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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.60.2014.tde-17042015-144842
Document
Author
Full name
Rafael de Felício
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2014
Supervisor
Committee
Debonsi, Hosana Maria (President)
Lopes, Adriana Aparecida
Araujo, Angela Regina
Lourenço, Ricardo Vessecchi
Trivella, Daniela Barretto Barbosa
Title in Portuguese
Produtos naturais marinhos: isolamento e identificação de metabólitos inéditos a partir de fungos endofíticos e cianobactérias utilizando técnicas de eliciação química epigenética e desreplicação via redes moleculares
Keywords in Portuguese
Acremonium
Molecular networking
Moorea producens
Nigrospora
Penicillium
Xylaria
Abstract in Portuguese
Os produtos naturais marinhos são apontados com uma das fontes de substâncias bioativas mais importantes para a descoberta de novos fármacos. Neste ambiente, os organismos estão em constante interação ecológica por meio da produção de metabólitos secundários. Fungos endofíticos e cianobactérias representam grupos de micro-organismos que realizam a biossíntese de substâncias com características químicas únicas e atividades biológicas potentes. Entretanto, quando retirados de seu habitat natural, esses seres microbianos geralmente perdem sua capacidade metabólica através de um fenômeno denominado silenciamento gênico, no qual genes biossintéticos deixam de ser transcritos devido a motivos ainda indeterminados. Esse mecanismo genético é intermediado, dentre outros fatores, pelas enzimas DNAmetiltransferase (DNA-MT) e Histona-desacetilase (HDAC). Deste modo, seus inibidores têm sido utilizados com sucesso para promover a eliciação de substâncias que não seriam produzidas em condições laboratoriais. Outra importante abordagem na pesquisa de produtos naturais têm sido a desreplicação baseada na fragmentação (MS/MS) para identificação de substâncias ou análogos. As redes moleculares (molecular networking) constituem uma nova abordagem na qual dados de espectrometria de massas são agrupados de acordo com as semelhanças entre os padrões de fragmentação, formando famílias de moléculas, permitindo a rápida visualização do perfil químico de várias amostras ao mesmo tempo. Deste modo, este trabalho apresenta o isolamento e identificação de metabólitos inéditos a partir de fungos endofíticos e cianobactérias oriundos do ambiente marinho. Para isto, técnicas de eliciação epigenética foram utilizadas em ambos os grupos de organismos, e a desreplicação via redes moleculares foi utilizada em cianobactérias. Fungos endofíticos associados à macroalga vermelha Bostrychia tenella foram alvo de estudos químicos e epigenéticos. As linhagens Xylaria sp. e Nigrospora oryzae foram submetidas ao cultivo em meio sólido arroz, o que resultou no isomento da substância citocalasina D e de um derivado potencialmente inédito da griseofulvina. A linhagem Penicillium decaturense foi cultivada em meio líquido PDB resultando no isolamento da 10,11-deidrocurvularina e possíveis análogos. Experimentos com inibidores epigenéticos (butirato de sódio e procaína) promoveram a modulação do perfil químico desta linhagem, ao estimular a produção de metabólitos não expressos em condições normais de cultivo. Ainda, a linhagem Acremonium sp. produziu várias substâncias quando cultivada em meio de líquido Czapek sob a influência de procaína, sendo uma delas potencialmente inédita e derivada da classe de metabólitos das brevianamidas. Frações orgânicas da cianobactéria Schizothrix sp., coletada no Panamá, foram analisadas em LC-MS/MS e os dados gerados foram utilizados para a criação de redes moleculares. Este estudo resultou na identificação dos metabólitos barbamida, hectoclorina, curacinas A e D, curazole, acetato de malingamida D, dolastatina 10 e carmaficina B. Ainda, análogos das substâncias curazole, dolastatina D e dois análogos inéditos das carmaficinas foram propostos. A cianobactéria Moorea producens JHB, coletada na Jamaica, foi submetida ao cultivo sob influência do ii composto butirato de sódio, e produziu dois metabólitos inéditos, propostos de acordo com os dados de fragmentação, como sendo derivados da jamaicamida e da hectoclorina, num tipo de biossíntese cruzada. Portanto, este trabalho confirma os fungos endofíticos e cianobactérias marinhos como promissores quanto a exploração do metabolismo secundário.
Title in English
Marine natural products: isolation and identification of unknown metabolites from endophytic fungi and cyanobacteria through chemical epigenetic elicitation and dereplication via molecular networking
Keywords in English
Acremonium
Molecular networking
Moorea producens
Nigrospora
Penicillium
Xylaria
Abstract in English
Marine natural products are pointed out as one of the most important sources of bioactive compounds for drug discovery. In this environment, organisms are in constantly interaction ecological through the production of secondary metabolites. Endophytic fungi and cyanobacteria represent groups of microorganisms that perform biosynthesis of substances with unique chemical features and potent biological activities. However, when removed from their natural habitat, these microbial beings generally lose their metabolic capacity through a phenomenon called gene silencing, in which biosynthetic genes are no longer transcribed due to reasons still undetermined. This genetic mechanism is brokered, among other factors, by the enzyme DNA methyltransferase (DNA-MT) and histone deacetylase (HDAC). Thus, their inhibitors have been used successfully to promote the elicitation of substances that would not be produced under laboratory conditions. Another important approach in the natural products research field have been dereplication based on the fragmentation (MS/MS) for the identification of substances or analogues. The molecular networking is a new approach in which data from mass spectrometry are grouped according to the similarities between the patterns of fragmentation, forming families of molecules, allowing rapid visualization of the chemical profile of several samples simultaneously. Thus, this work presents the isolation and identification of novel metabolites from endophytic fungi and cyanobacteria originating from the marine environment. For this propose, epigenetic elicitation techniques were used in both groups of organisms and the molecular networks via dereplication was used in cyanobacteria. Endophytic fungi associated with red seaweed Bostrychia tenella were subjected to chemical and epigenetic studies. Xylaria sp. and Nigrospora oryzae strains were cultured in solid medium rice, resulting in isolation of substance of cytochalasin D and a potentially novel derivative of griseofulvin. Penicillium decaturense strain was grown in PDB liquid medium resulting in the isolation of 10,11- deidrocurvularina and possible analogues. Experiments with epigenetic inhibitors (sodium butyrate and procaine) promoted the modulation of the chemical profile of this strain, to stimulate the production of metabolites not expressed under normal culture conditions. Moreover, Acremonium sp. produced various substances when grown in liquid medium under the influence of Czapek procaine, one of novel and potentially derived from the class of metabolites brevianamides. Organic fractions of the cyanobacteria Schizothrix sp., collected in Panama, were analized by LC-MS/MS and the data generated were used to create molecular networks. This study resulted in the identification of metabolites barbamide, hectochlorin, curacins A and D, curazole malyngamide D acetate, dolastatin 10 and carmaphycin B. Also, analogs of curazole, dolastatin 10 and carmaphycins A and B have been proposed. Cyanobacteria Moorea producens JHB, collected in Jamaica, was grown under the influence of sodium butyrate, and produced two new proposed metabolites in accordance with the fragmentation data as being derived from jamaicamide and hectochlorin, in a sort of crossed biosynthesis. Therefore, this work corroborates marine endophytic fungi and cyanobacteria as promising for exploration of secondary metabolism.
 
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Release Date
2017-04-16
Publishing Date
2015-04-22
 
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