Estudo metabolômico e bioprospecção do fungo endofítico Fusarium solani associado à alga marinha Dichotomaria marginata

Abstract

Com o avanço das pesquisas em bioprospecção de produtos naturais marinhos, o ecossistema oceânico tem se mostrado uma rica fonte de compostos bioativos. O isolamento de estruturas inéditas, é impulsionado pela elevada biodiversidade e pelo potencial de descoberta de novos macros e microrganismos marinhos. Nesse contexto, os fungos associados a organismos marinhos, com destaque para as algas, têm emergido como importantes produtores de metabólitos com múltiplas bioatividades e ampla quimiodiversidade. Entretanto, a remoção desses microrganismos de seu ambiente natural frequentemente resulta na perda de expressão de vias metabólicas específicas, onde os genes relacionados a biossíntese de certos compostos deixam de ser ativados, em um processo conhecido como silenciamento gênico. Dessa forma, o principal objetivo deste trabalho, foi explorar o potencial biológico e a quimiodiversidade do fungo endofítico Fusarium solani, que foi isolado da alga marinha Dichotomaria marginata. Fusarium solani está entre as espécies de fungos dominantes, com capacidade de proliferação em diferentes substratos, além de ser considerado uma das espécies mais promissoras na produção de moléculas bioativas. Considerando esse potencial, foram construídas curvas de crescimento em meio líquido de extrato de malte para determinar melhores condições de crescimento em relação ao tempo de cultivo e produção de extrato. O endófito também foi cultivado em meios sólidos de aveia, farelo de trigo e arroz, gerando uma quantidade em massa de extrato maior do que em meio líquido, permitindo fracionamento e análise das frações. Os extratos obtidos nos experimentos de construção da curva de crescimento e os extratos obtidos no cultivo em meios sólidos, foram analisados por CLAE-EM esses dados foram utilizados para gerar redes moleculares que permitiram identificar as semelhanças e diferenças entre os extratos, além da anotação de metabólitos com similaridade espectral com as bases da plataforma GNPS como, ácido fusaridióico, NG-391 e ciclosporina-X. Todos os extratos obtidos nos experimentos de construção da curva de crescimento, além dos extratos obtidos no cultivo em meios sólidos e suas frações de partição, foram testados contra a linhagem tumoral HCT116 (carcinoma colorretal) em duas concentrações (5 µg/mL e 50 µg/mL). Para os extratos da curva de crescimento, os melhores percentuais foram na concentração de 50 µg/mL, as amostradas de 15, 20 e 25 dias de crescimento mostraram percentuais de inibição acima de 90%, as amostras de 35 e 40 dias mostraram percentuais ainda maiores, com 99,64% e 100% de inibição respectivamente. Para os extratos obtidos em meios sólidos de aveia, trigo e arroz, foram testados os extratos brutos e suas partições acetonitrila e aquosa, também nas duas concentrações (5 µg/mL e 50 µg/mL). As partições acetonitrila dos três extratos se mostraram ativas na concentração de 50 µg/mL apresentando o mesmo percentual de inibição (100%), mas apenas o extrato bruto e partições em meio de arroz se mostraram ativas nas duas concentrações testadas. Os resultados deste trabalho contribuem para o entendimento da quimiodiversidade e potencial biológico dos fungos associados a algas marinhas, dando origem a novas perspectivas para a bioprospecção de compostos bioativos.

With the advancement of research in the bioprospecting of marine natural products, the ocean ecosystem has proven to be a rich source of bioactive compounds. The isolation of novel structures is driven by the high biodiversity and the potential for discovering new macro- and microorganisms. In this context, fungi associated with marine organisms—especially algae—have emerged as important producers of metabolites with multiple bioactivities and broad chemodiversity. However, removing these microorganisms from their natural environment often results in the loss of expression of specific metabolic pathways, where genes related to the biosynthesis of certain compounds are no longer activated, in a process known as gene silencing. Therefore, the main objective of this study was to explore the biological potential and chemodiversity of the endophytic fungus Fusarium solani, which was isolated from the marine alga Dichotomaria marginata. Fusarium solani is among the dominant fungal species, capable of proliferating in different substrates, and is considered one of the most promising species for the production of bioactive molecules. Considering this potential, growth curves were constructed in malt extract liquid medium to determine optimal growth conditions regarding cultivation time and extract production. The endophyte was also cultivated on solid media based on oats, wheat bran, and rice, generating a greater extract mass than in liquid medium, thus allowing for fractionation and analysis of the fractions. Extracts obtained from the growth curve experiments and from solid media cultivation were analyzed by LC-MS, and the data were used to generate molecular networks that allowed the identification of similarities and differences between the extracts, as well as the annotation of metabolites with spectral similarity to compounds in the GNPS platform database, such as fusaridionic acid, NG-391, and cyclosporin-X. All extracts from the growth curve experiments, along with those from solid media cultivation and their partitioned fractions, were tested against the HCT116 tumor cell line (colorectal carcinoma) at two concentrations (5 µg/mL and 50 µg/mL). For the growth curve extracts, the best inhibition percentages were at the 50 µg/mL concentration; the 15, 20, and 25 day samples showed inhibition above 90%, while the 35- and 40-day samples showed even higher inhibition, at 99.64% and 100%, respectively. For the extracts obtained from solid oat, wheat, and rice media, crude extracts and their acetonitrile and aqueous partitions were tested, also at two concentrations (5 µg/mL and 50 µg/mL). The acetonitrile partitions of all three extracts were active at the 50 µg/mL concentration, all showing 100% inhibition; however, only the crude extract and partitions from the rice medium were active at both tested concentrations. The results of this study contribute to the understanding of the chemodiversity and biological potential of fungi associated with marine algae, providing new perspectives for the bioprospecting of bioactive compounds.