Investigadores del Centro RIKEN para Ciencias de Recursos Sostenibles CSRS han descubierto la enzima necesaria para la síntesis del ácido tenuazónico TeA, una toxina conocida que es producida por múltiples tipos de hongos y afecta frutas, verduras, arroz yotros cultivos. En su estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza , los autores describen cómo encontraron el gen para esta enzima y revelan que su estructura es única entre las enzimas conocidas.
Las micotoxinas son compuestos tóxicos producidos por hongos que no están directamente involucrados en el crecimiento, desarrollo o reproducción. Estos metabolitos secundarios generalmente colonizan los cultivos y son una carga económica real para los agricultores. Se sabe que el TeA es producido por al menos tres plantas patógenas diferenteshongos, y se asocia con el deterioro de frutas, verduras y cultivos alimentarios, así como con la descomposición posterior a la cosecha.
"Ahora que conocemos el gen responsable de la biosíntesis de esta toxina dañina", señala el coautor principal Takayuki Motoyama, "después de realizar más pruebas, podríamos idear una forma de regular su expresión y evitar la destrucción de cultivos importantes".
Al estudiar microorganismos como los hongos, los investigadores descubrieron que los genes de muchos metabolitos secundarios son silenciosos en condiciones de laboratorio, lo que ha hecho que encontrarlos sea especialmente difícil. El grupo CSRS dirigido por Hiroyuki Osada tiene una amplia experiencia en el estudio de metabolitos secundarios, y el equipo razonó queOSM1, un gen asociado con las respuestas al estrés ambiental, también podría estar relacionado con la producción de TeA en Magnaporthe oryzae , un hongo de arroz patógeno. Mientras que de tipo salvaje M. oryzae no produjo ningún TeA, los investigadores pudieron producirlo a partir de cepas eliminadas de OSM1. También pudieron producir TeA mediante el cultivo de tipo salvaje M. oryzae con 1% de dimetilsulfóxido, tal vez como respuesta al entorno desfavorable.
Tener dos métodos para producir TeA en el laboratorio demostró ser invaluable para identificar el gen responsable de su biosíntesis. Para hacerlo, el equipo realizó un análisis de microarrays de ADN utilizando el ARN total extraído bajo las dos condiciones que produjeron TeA. Solo un gen fuese encontró que se expresaba significativamente más en estas condiciones que cuando no se producía toxina. Se realizaron pruebas adicionales para determinar si este gen realmente es responsable de la biosíntesis de TeA. Primero, eliminar este gen produjo una cepa que no podía producir la toxina, y los investigadorestentativamente renombró el gen TeA sintetasa 1 - o TAS1. Luego, el equipo creó un M. oryzae cepa que sobreexpresó TAS1, y como se esperaba, esta cepa produjo la toxina en condiciones normales.
Luego, los investigadores examinaron la estructura de TAS1 y descubrieron que es una enzima híbrida que contiene una región NRPS seguida de una región PKS. "Esto fue muy sorprendente", explica Motoyama. "Se asumió debido a la estructura de TeA que seríasintetizado por una enzima híbrida PKS-NRPS. ¡De hecho, el orden de estas regiones se invirtió totalmente! "Si bien se han encontrado enzimas híbridas NRPS-PKS en bacterias, TAS1 es la primera enzima fúngica para un metabolito secundario que se descubre con un NRPS-PKS estructura.
Después de analizar cómo se genera TeA y determinar que TAS1 lo sintetiza a partir de isoleucina y acetoacetil-coenzima A, los investigadores buscaron homólogos en otros organismos. Si bien encontraron varias otras especies de hongos que tienen genes para homólogos que comparten la misma estructura de dominio,las fuentes bacterianas con secuencias de aminoácidos similares no compartían la misma estructura de dominio característica. Se necesitará más investigación para descubrir si esta nueva enzima tiene homólogos que biosintetizan otros compuestos con funciones biológicas útiles.
Si bien la prevención de la síntesis de TeA podría ser un objetivo para la conservación del cultivo, TeA también tiene propiedades antitumorales, antibacterianas y antivirales que podrían resultar beneficiosas en muchas situaciones. Por lo tanto, comprender exactamente cómo se sintetiza con TAS1 es un siguiente paso importante ". Ahorasabemos que el dominio KS de TAS1 es único ", señala el coautor principal Choong-Soo Yun," el análisis cristalográfico de rayos X de este dominio será importante para descubrir el mecanismo de reacción ".
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