Dr. Eduardo Rodriguez Aplicaciones biotecnológicas Fisiología Bacteriana
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- Juan Francisco Navarrete Nieto
- hace 9 años
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1 Búsqueda de nuevos antibióticos Ingeniería metabólica de policétidos Dr. Eduardo Rodriguez Aplicaciones biotecnológicas Fisiología Bacteriana
2 Fisiología Bacteriana Aplicaciones Biotecnológicas Productos Naturales (metabolitos secundarios) Búsqueda Nuevos Compuestos Biosíntesis de Compuestos Policétidos Ingeniería de Metabólica de Policétidos
3 Productos Naturales: Metabolitos Secundarios Productos Naturales producidos por Plantas, Hongos o Bacterias que no son escenciales para el crecimiento pero que otorgan alguna ventaja adaptativa a su productor
4 Productos Naturales: Clasificación Estructural kanamycin - Policetónicos (PK) Acidos Carboxílicos (esteres de CoA) - Pétidos Sintesis No Ribosomales (NRPS) Aminoácidos - Terpenoides Isoprenos - Alcaloides Triptofano - Carbohidratos Azúcares - Hibridos: PK-NRP; NRP-Isoprenoides
5 Actividades Biológicas kanamycin Antibioticos (penicilina G, kanamicina, erythromycin, tetracycline,) Antiparasitarios (avermectin) Anticancerigenos (epothilone D, rebecamicina, doxorubicina, C-1027) Immunosupresores (rapamycin, cyclosporin) Reductores de Colesterol (Lovastatin) Captadores de luz (Caroteno), resistencia a UV y anti-insectisida (Maysina)
6 Mayores Productores de Compuestos Naturales: Actinomycetes Genilloud (2010) J Ind Microbiol Biotechnol
7 Género Streptomyces Producen 55% ATB de uso medicinal Incluyen: Policetónicos Macrólidos y Aromáticos, Peptidos de Síntesis no Ribosomal, β-lactámicos, Policetónico- NRPS hibridos, Cumarinas y Polipirroles.
8 Productos Naturales: Antibióticos Christoffersen (2006) NATURE BIOTECHNOLOGY 24(12)
9 Fisiología Bacteriana Aplicaciones Biotecnológicas Productos Naturales (metabolitos secundarios) Búsqueda Nuevos Compuestos Biosíntesis de Compuestos Policétidos Ingeniería de Metabólica de Policétidos
10 Aislamiento de Productos Naturales: Nuevas estructuras? Walsh (2003) Nat Review Micro 66 (1)
11 Aislamiento Tradicional de Productos Naturales Muestra de suelo - Optimizar crecimiento de microorganismos - Preparar extractos celulares - Ensayar contra cepas testigos - Purificar compuesto activo Fuentes alternativas Bacterias no cultivable Ensayos diferenciables - Nuevas técnicas de cultivo: enriquecimiento - Aislamiento de AND: Expresión de rutas en bacterias cultivables - Ingeniería metabólica en bacterias cultivables
12 Género Streptomyces
13 Análisis de genomas de actinomicetes Aigle y col. (2014 J Ind Microbiol Biotechnol 41:
14 Análisis de genomas de actinomicetes Wong and Khosla. Current Opinion in Chemical Biology 2012, 16:
15 Enriquecimiento de muestras del suelo Capilar lleno de buffer que contiene un atrayente para los actinomicetos móviles Granos de polen que flotan en una suspensión de suelo como cebos para actinomicetos móviles Muestra de suelo incubada con carbonato de calcio para enriquecer la población de Actinokineospora spp. Crecimiento de actinomicetos a partir de restos radiculares de plantas para Actinomycetos endofíticos Hayakawa (2008) Actinomycetologica 22:12 19
16 Estrategia de screening diferencial Young y col (2006) AAC 50(2): ; Wang y col (2007) PNAS 104(18):
17 Estrategia de screening diferencial: Mycobacterias Pyridomycin Estudios bioquímicos y estructurales muestran que pyridomycin inhibe la enoilreductasa InhA directamente como un inhibidor competitivo del sitio de unión NADH y de esta manera se inhibe la síntesis de ácidos micólicos en M. tuberculosis. Hartkoorn y col. (2012) EMBO Mol Med 4,
18 Búsqueda a partir de Nuevos Nichos: Esponjas marinas
19 Cultivo de microorganismos no cultivables: ichip Ling y col Nature 517:
20 Cultivo de microorganismos no cultivables: ichip Ling y col Nature 517:
21 NRP: Teixobactin Ling y col Nature 517:
22 Fisiología Bacteriana Aplicaciones Biotecnológicas Productos Naturales (metabolitos secundarios) Búsqueda Nuevos Compuestos Biosíntesis de Compuestos Policétidos Ingeniería de Metabólica de Policétidos
23 Biosíntesis Ac. Grasos y Policétidos FAS Doxociclina PKS 6-deoxyerythronolide B
24 FAS vs PKS
25 Clasificación Estructural de FAS Tipo I Iterativa Tipo II Iterativa
26 Clasificación Estructural y Mecanística de PKSs Tipo I Iterativa Tipo I Modular No Iterativa Tipo II Iterativa Tipo III
27 Interacción ACP con Dominios de PKS PKS Tipo I PKS Tipo II Walsh, Antibiotics ASM Press Ed 2003
28 Activación de las PKS Walsh, Antibiotics ASM Press Ed 2003
29 Tipos de PKSs Jenke-Kodama and Dittmann, Phitchesmistry 2009
30 PKS Tipo I Modular Iterativa Yadav et al, PLOS 2010
31 PKS Tipo II Iterativa: policétidos aromáticos Hertweck Angew Chem Int Ed 2009
32 Policetónicos aromáticos de Hongos Crowford and Townsen Nat Rev Micro 2010
33 PKS Tipo III iterativa de Plantas Hertweck Angew Chem Int Ed 2009
34 Modificaciones Post Chalcona Sintasa Grotewold Ann Rev Plant Biol 2006
35 PKS Tipo I Modular No Iterativa: macrólidos Gulder et al, Top Curr Chem 2011
36 Diversidad estructural de los policétidos Policetido sintasa o PKS - U. inicio y elongación - Longitud cadena - Grado de reducción - Estereoquímica Diversidad Modificaciones post-pks - Aromatizaciones - Acilaciones - Alquilaciones - Oxidaciones - Glicosilaciones
37 Fisiología Bacteriana Aplicaciones Biotecnológicas Productos Naturales (metabolitos secundarios) Búsqueda Nuevos Compuestos Biosíntesis de Compuestos Policétidos Ingeniería de Metabólica de Policétidos
38 Química medicinal tradicional ª Generación 2ª Generación 3ª Generación
39 Cluster de Genes PK/NRP FK520
40 Precursores de Policetónicos Walton et al, J Ind Micro Biotech 2005
41 Dominio Aciltransferasa: AT Jenke-Kodama and Dittmann, Phitchesmistry 2009
42 Precursores de FAS vs PKS Iniciadores Elongantes Walsh, Antibiotics ASM Press Ed 2003
43 Biosíntesis de eritromicina 6-dEB sintasa (DEBS) - Saccharopolispora erythraea
44 Biosíntesis Combinatoria McDaniel et al PNAS 2000
45 Biosíntesis Combinatoria McDaniel et al PNAS 2000
46 Streptomyces as heterologous host Rodriguez et al, Meth Enzy 2009
47 Modificaciones Post-PKS Más comumes: Alquilaciones Oxidaciones / reducciones Glicosilaciones Metilaciones Alogenaciones Compuestos Bioactivos Interación con el target celular Mejoran Propiedades Farmacologicas
48 Ingeniería de policétidos glicosilados
49 Bioingeniería de Metabolitos Secundarios Thibodeaux et al Nature 2007
50 Bioingeniería de Metabolitos Secundarios Thibodeaux et al Nature 2007
51 Bioingeniería de Metabolitos Secundarios Thibodeaux et al Nature 2007
52 Bioingeniería de Metabolitos Secundarios Thibodeaux et al Nature 2007
53 Bioingeniería de Metabolitos Secundarios Thibodeaux et al Nature 2007
54 Biosíntesis de Eritromicina Conversión de 6-dEB en eritromicina A Hidroxilaciones Glicosilaciones (micarose y desosamine) Metilación
55 Operón micarosa: conversión de 6-dEB a MEB Peiru et al, Appl Env Micro 2005
56 Operón desosamina: conversión de MEB a EriC Peiru et al, Appl Env Micro 2005
57 Producción de Eritromicina en E. coli Movilizar las vías de decoración del 6-dEB: Micarosa (6 genes) Desosamina (6 genes) Comunes (2 genes) Hidroxilasas (2 genes) Peiru et al, Appl Env Micro 2005
58 Producción de Eritromicina en E. coli a partir de propionato Peiru et al, Appl Env Micro 2005
59 Cluster de genes de biosíntesis de megalomicina Peiru et al, Appl Env Micro 2005
60 Actividad biológica de las megalomicinas Megalomicinas (M. megalomicea) Propiedades antivirales y antiparasitarias distintivas Nuevas drogas terapéuticas - Potencial farmacológico - Baja toxicidad Escasa disponibilidad y falta de herramientas genéticas
61 Producción de Megalomicina en E. coli Operon megosamina : megbvi megdii megdiii megdiv megdv megdvi megdi Useglio et al Appl Env Micro 2010
62 Producción de Análogos de Megalomicina TDP-L-megosamine OH O O OH OH HO O O N(CH 3 ) 2 H 3 C HO N(CH 3 ) 2 O OTDP MegDI MegDVI OH O O OH O O HO O N(CH 3 ) 2 OH N(CH 3 ) 2 O TLC EriA Meg-EriA O O OCH 3 O O OCH 3 O OH O OH Erythromycin A Megosaminyl-Ery A N N N(CH 3 ) 2 OH O OH OH HO O O N(CH 3 ) 2 OH O OH O O HO O O OH N(CH 3 ) 2 Azi Meg-Azi O O OCH 3 O O OCH 3 O Azithromycin OH O OH Megosaminyl-Azithromycin Useglio et al No publicado
63 Producción de Análogos de Megalomicina Useglio et al No publicado
64 Ciclo de vida de Plasmodium falciparum
65 Actividad biológica de meg-ea y meg-azi Actividad antibacteriana Levemente menor a la de EA y Azi Actividad antimalárica Frente a cultivos in vitro de eritrocitos infectados con P. falciparum Frente a P. berghei en el estadío exoeritrocitico del ciclo de vida. Aumento de efectividad luego de una exposición corta (48hs) Permanecen efectivos a cc. micromolares luego de una exposición prolongada (120hs) Meg-Azi: IC 50 de 6.9 µm Azi: IC 50 de 40 µm Meg-Azi nuevo mecasnimo de acción? Posibilidad de desarrollar un macrolido megosaminilado que no presente actividad antibacteriana y estudiar sus propiedades como antimalárico
66 Producción de nuevos análogos: Macrólidos alternativos En todos los casos la actividad antibacteriana disminuía con respecto a la de Azi.
67 Producción de nuevos análogos
68 Resumen Productos Naturales Búsqueda de nuevos compuestos Definición y Clasificación Biosíntesis de Policétidos y Clasificación de las PKSs PKS Tipo I PKS Tipo II PKS Tipo III Biosíntesis de Péptidos No Ribosomales (NRP) PKS/NRPS Híbridas Biosíntesis de Precursores Modificaciones post-pks Generación de análogos Expresión heteróloga
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