Isolamento endógeno de plasmídeos e avaliação do potencial biotecnológico de bactérias associadas a esponjas marinhas

Abstract

O microbioma das esponjas marinhas representa um tópico de investigação de interesse crescente uma vez que é ainda incipiente o conhecimento sobre as interações ecológicas entre os poríferos e a sua microflora e sobretudo, pelo seu potencial interesse comercial. Um elevado número de substâncias, incluindo moléculas farmacologicamente ativas, foi já identificado em esponjas marinhas e nos seus microrganismos associados. A elevada diversidade do microbioma de esponjas enquanto comunidade microbiana leva à hipótese de que este possa também conter uma grande diversidade de plasmídeos. No entanto, a informação disponível sobre o papel dos plasmídeos (mobiloma) nas interações entre os poríferos e os seus simbiontes ou na produção de metabolitos é ainda escassa. Este trabalho teve como objetivo a exploração do potencial biotecnológico de bactérias associadas a esponjas marinhas através do isolamento de plasmídeos e da caracterização bioquímica das bactérias cultiváveis do microbioma. O isolamento de bactérias contendo plasmídeos foi feito em meios de cultivo suplementados com antibióticos (cloranfenicol, canamicina, tetraciclina, trimetoprim ou metais/metaloides tóxicos (arsenito de sódio, cloreto de mercúrio) como agentes seletivos. Esta abordagem permitiu obter 42 estirpes das quais 18 continham plasmídeos. O meio seletivo contendo trimetoprim permitiu selecionar o maior número de isolados e o maior número de plasmídeos. No entanto, os meios suplementados com cloranfenicol e canamicina resultaram na maior percentagem de estirpes contendo plasmídeos. Para a caracterização fisiológica e bioquímica dos isolados, avaliou-se a produção de hemolisinas, biosurfactantes aniónicos e inibidores de quorum sensing. A atividade hemolítica foi detetada em isolados pertencentes aos géneros Bacillus, Pseudomonas, Psychrobacter, Shewanella e Vibrio. Nenhum dos isolados evidenciou produção de biosurfactantes aniónicos. Isolados dos géneros Pseudomonas, Vibrio e Bacillus mostraram atividade de inibição de quorum sensing. Tendo em consideração os dados obtidos, em trabalhos futuros, pretendemos proceder à sequenciação dos plasmídeos obtidos e à identificação de genes que codificam para vias metabólicas envolvidas na degradação de moléculas específicas, tais como N-Acil homoserina lactonas, e para outras famílias de compostos de interesse biotecnológico.

The microbiome of marine sponges represents an emerging research topic since there is a lack of knowledge on the ecological interactions between Porifera and its microflora and there is a great potential commercial interest in bioactive compounds produced by the sponge holobiont. A high number of substances, including pharmacologically active molecules, have already been identified in marine sponges and their associated microorganisms. The high diversity of the sponge microbiome as a microbial community, leads to the hypothesis that it may also represent a large and diverse reservoir of plasmids. However, available information on the role of plasmids (mobilome) in the interactions between Porifera and their symbionts or in the production of metabolites is still scarce. The objective of this work was to explore the biotechnological potential of bacteria associated with marine sponges through the isolation of plasmids and the biochemical characterization of the host bacteria. Isolation of plasmid-containing bacteria was done in culture media supplemented with antibiotics (chloramphenicol, kanamycin, tetracycline, trimethoprim) or toxic metals/metalloids (sodium arsenite, mercury chloride) as selective agents. This approach yielded 42 strains of which 18 contained plasmids. The selective medium containing trimethoprim allowed the selection of the largest number of isolates and the largest number of plasmids. However, media supplemented with chloramphenicol and kanamycin resulted in the highest percentages of plasmid-containing strains. For the physiological and biochemical characterization of the isolates, the production of hemolysins, anionic biosurfactants and quorum sensing inhibitors was evaluated. Hemolytic activity was detected in isolates belonging to the genus Bacillus, Pseudomonas, Psychrobacter, Shewanella and Vibrio. None of the isolates showed production of anionic biosurfactants. Isolates of the genera Pseudomonas, Vibrio and Bacillus caused quorum sensing inhibition. Considering the data obtained from functional screening, in future works, we intend to sequence the plasmids obtained and search for genes encoding for metabolic pathways involved in the degradation of specific molecules, such as N-Acyl homoserine lactones and for other families of bioactive compounds of biotechnological interest