Quimiodiversidade de Humicola fuscoatra, fungo endofítico isolado da alga marinha Asparagopsis taxiformis: co-cultura e uso de modificadores epigenéticos visando alteração do perfil metabólico - Mendonça, Iatã do Carmo [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
Os produtos de origem natural vêm auxiliando a humanidade a lidar com enfermidades desde os primórdios das civilizações, e atualmente despertam interesse tanto científico quanto econômico, pois incluem amplo espectro de substâncias bioativas. Dentre as fontes mais promissoras, destacam-se os organismos marinhos, que apresentam biodiversidade comparável às florestas tropicais e grande potencial para bioprospecção. Neste trabalho, investigamos microrganismos do bioma marinho, por sua elevada capacidade de biossintetizar estruturas orgânicas complexas e ampla quimiodiversidade, bem como a possibilidade de cultivo em laboratório, o que reduz a necessidade de coletas e permite realizar variações nas condições de cultivo para estimular a ativação de vias metabólicas, eventualmente silenciadas, em função da falta de estímulos externos. Neste contexto, este estudo objetivou aprofundar a prospecção química do fungo endofítico Humicola fuscoatra, isolado da alga vermelha Asparagopsis taxiformis (estágio Falkenbergia), utilizando diferentes metodologias para estimular possíveis vias metabólicas silenciadas. O experimento de co-cultivo com o fungo endofítico H. fuscoatra e outro endófito isolado do mesmo hospedeiro, identificado como Nemania bipapillata, forneceu um extrato, cuja análise por CLUAE-EM e uso da plataforma GNPS permitiu, quando comparado aos extratos de monocultivo, a anotação de 8 substâncias, incluindo um sesquiterpeno, detectado apenas no extrato do co-cultivo. O experimento levou ao isolamento de 4 substâncias, as isocumarinas 5-carboxi-4,8-hidroxi-3-metil-3,4- diidroisocumarina (P01), 5-hidroxi-8-hidroxi-3-metil-3,4- diidroisocumarina (P03) e 3,5-dimetil-8-hidroxi-3,4-dihidro-isocumarina (P04) e um policetídeo, 8-formil-3,4-dihidroxiiundeca-1,5,7,9-tetraen-1-il 3-(hidrox(imino)metoxi)-4-(5-hidroxi-4,7a-dimetil-1-oxo-3a,4,5,7a-tetraidro-1H-isoindol-3a-il)-2-metileno-butanoato, inédito (P02). O cultivo dos endófitos com os moduladores epigenéticos butirato de sódio e cloridrato de procaína forneceu extratos, cuja análise por CLUAE-EM e GNPS, levou à anotação de 15 substâncias e o isolamento e identificação da dicetopiperazina Ciclo(Leu-Pro) (P05) e de um policetídeo, metil-4-amino-4-(3,4,6-trihidroxi-5-metil-3,4-diidro-2H-pirano-3-il)but-2-enoato, (P06) também inédito. Os ensaios de atividade antibiofilme e citotóxica dos extratos analisados mostraram atividade moderada a fraca no ensaio com biofilme e aumento da atividade contra células de câncer colorretal para o extrato obtido com ambos os moduladores, corroborando a influência de moduladores epigenéticos sobre a ativação de rotas metabólicas, e a decorrente produção de novas substâncias ou maior quantidade de substâncias potencialmente bioativas. Assim, concluiu-se que ambas as abordagens se mostraram eficientes no estímulo de vias metabólicas silenciadas, permitindo anotar, isolar e/ou caracterizar substâncias possivelmente bioativas, e avaliar de forma mais detalhada a produção metabólica da linhagem H. fuscoatra. Este estudo evidencia também a importância de se intensificar a exploração do potencial metabólico dos fungos isolados de algas marinhas, e assim contribuir para aprofundar o conhecimento sobre suas interações ecológicas, essenciais para ações voltadas à preservação deste importante bioma, além de contribuir para o desenvolvimento científico cada vez mais alinhado com as propostas de sustentabilidade representadas pelos ODS-ONU.

Natural products have been helping humanity deal with illnesses since the dawn of civilizations and currently arouse both scientific and economic interest, as they include a broad spectrum of bioactive compounds. Among the most promising sources, marine organisms stand out, due to their biodiversity comparable to tropical forests and great potential for bioprospecting. In this work, we investigated microorganisms from the marine biome, due to their ability to biosynthesize highly complex organic structures and broad chemodiversity, as well as the possibility of laboratory cultivation, which reduces the need for collections and allows variations in growth conditions which may trigger activation of metabolic pathways, eventually silenced, due to the lack of external stimuli. In this context, this study aimed to deepen the chemical prospecting of the endophytic fungus Humicola fuscoatra, isolated from the red alga Asparagopsis taxiformis (Falkenbergia stage), using different approaches to trigger possibly silenced metabolic pathways. The co-cultivation experiment with H. fuscoatra and another endophyte isolated from the same host, identified as Nemania bipapillata, provided an extract, which was analyzed by UHPLC-MS and the GNPS platform, and allowed, when compared to monoculture extracts, the annotation of 8 compounds, including a sesquiterpene, previously detected only in the co-cultivation extract. In addition, the experiment led to the isolation of 4 compounds, the isocoumarins 5-carboxy-4,8-hydroxy-3-methyl-3,4-dihydroisocoumarin (P01), 5-hydroxy-8-hydroxy-3-methyl-3,4-dihydroisocoumarin (P03) and 3,5-dimethyl-8-hydroxy-3,4-dihydroisocoumarin (P04) and a new polyketide: 8-formyl-3,4-dihydroxyundeca-1,5,7,9-tetraen-1-yl-3-(hydroxy(imino)methoxy)-4-(5-hydroxy-4,7a-dimethyl-1-oxo-3a,4,5,7a-tetrahydro-1H-isoindol-3a-yl)-2-methylenebutanoate (P02). The cultivation of endophytes with the epigenetic modulators sodium butyrate and procaine hydrochloride provided extracts, which were analyzed by UHPLC-MS and the GNPS platform, and led to the annotation of 15 compounds, in addition to the isolation and identification of the diketopiperazine Cyclo(Leu-Pro) (P05) and a novel polyketide: methyl-4-amino-4-(3,4,6-trihydroxy-5-methyl-3,4-dihydro-2H-pyran-3-yl)but-2-enoate (P06). The antibiofilm and cytotoxic activity assays of the extracts under investigation showed moderate to weak activity in the biofilm assay and increased activity against colorectal cancer cells for the extract obtained with both epigenetic modulators, corroborating their influence on the activation of metabolic pathways, and the resulting production of new compounds or greater amounts of potentially bioactive substances. Such results evidenced that both methodologies proved to be efficient in triggering silenced metabolic pathways, which allowed the annotation, isolation and characterization of possibly bioactive compounds, in addition to a more comprehensive assessment of H. fuscoatra metabolic production. This study also highlights the importance of intensifying the exploration of the metabolic potential of marine fungi, which may lead to deepening knowledge about their ecological interactions, essential for actions aimed at preserving this important biome, in addition to contributing to the development of scientific research increasingly aligned with sustainability proposals as stated by the UN-SDGs.
Chemodiversity of Humicola fuscoatra, an endophytic fungus isolated from the seaweed Asparagopsis taxiformis: co-culture and use of epigenetic modifiers to alter the metabolic profile
Keywords: Algas vermelhas; Fungos marinhos; Epigenética; Produtos naturais; Técnicas de cocultura; Red algae; Marine fungi; Epigenetics; Natural products; Co-culture techniques