Abordagens metabolômica e genômica para a compreensão da plasticidade de Pseudogymnoascus spp. isolados de ambientes terrestres e marinhos da Antártica

Abstract

A Antártica é um continente com condições ambientais extremas, ainda pouco explorado. Para sobreviverem em permanente estresse ambiental, os microrganismos antárticos desenvolveram adaptações acompanhadas de modificações nas vias metabólicas e regulação gênica. Fungos do gênero Pseudogymnoascus são majoritariamente psicrofílicos e amplamente distribuídos em ecossistemas marinhos e terrestres da Antártica. Estudos revelam que existe um potencial em relação a este gênero, sendo seus representantes considerados como reservatórios genéticos para a realização de estudos funcionais, fisiológicos e de compostos bioativos. Para contribuir no avanço do conhecimento acerca dos Pseudogymnoascus da Antártica, propusemos avaliar a presença de possíveis novas espécies; explorar a produção de novos compostos biotivos; investigar as alterações metabólicas em resposta ao estresse salino e revelar se existem assinaturas químicas e genéticas (biomarcadores) relacionadas a adaptabilidade destes fungos ao ambiente antártico marinho e terrestre. Para isso, foram avaliados 58 fungos previamente identificados como Pseudogymnoascus, os quais foram isolados em estudos prévios do grupo. Foram feitas análises filogenéticas, macromorfológicas, fingerprinting genético, genômicas (sequenciamento massivo) e metabolômicas (metabolômica não direcionada). Os dados do metaboloma revelaram variações significativas nos perfis químicos entre as linhagens da mesma espécie 28 (marinha) e 41 (terrestre) e em diferentes condições de salinidade, demostrando a plasticidade de ambas as linhagens. A linhagem 41 (terrestre) apresentou maior diversidade e intensidade de metabólitos, especialmente sob estresse salino, com produção de compostos como um bromofenol e sulochrin. A linhagem 34 (marinha) produziu os alcaloides epi-fiscalin E, fiscalinas A, C e F exclusivamente sob condição salina, ressaltando a importância do estresse osmótico na ativação de vias biossintéticas específicas. A análise genômica preditiva (antiSMASH) revelou que ambas as linhagens 28 e 41 possuem ampla diversidade de clusters de genes biossintéticos (BGCs), com 41 e 39 BGCs, respectivamente, incluindo PKSs, NRPSs, terpenos e híbridos. Apesar de compartilharem 33 BGCs, existem diferenças na arquitetura de alguns clusters entre as linhagens, com genes acessórios exclusivos em cada uma, sugerindo adaptações ecológicas específicas. Além disso, a maioria dos clusters apresentou baixa similaridade com os clusters previamente catalogados no MIBiG (<70%), sugerindo a presença de vias biossintéticas inéditas. A linhagem 34 (marinha), em meio não salino, apresentou 44,1% de atividade citotóxica contra células de câncer colorretal (HCT-116), e a linhagem 48 (terrestre) na mesma condição atingiu 48,6% de citotoxicidade, indicando influência significativa do meio na biossíntese de compostos bioativos. A análise filogenética dos marcadores taxonômicos (ITS, TEF1, RPB2 e MCM7) indicou a presença de sete potenciais novas espécie de Pseudogymnoascus dentro do acervo estudado, que representa uma contribuição significativa para o conhecimento taxonômico deste grupo. Os resultados deste estudo evidenciam a expressiva diversidade metabólica, genética e potenciais bioativos entre linhagens do gênero Pseudogymnoascus oriundas do ambiente Antártico.