Nos últimos anos, a engenheira química Michelle O'Malley concentrou sua pesquisa nos fungos anaera³bios encontrados no intestino de herba­voros, que permitem que esses animais se alimentem com açúcares e amidos extraa­dos de plantas fibrosas. O trabalho de O'Malley, refletido em vários prêmios de pesquisa e artigos de jornal, tem se centrado em como esses fungos poderosos podem ser usados ​​para extrair produtos de valor agregado das partes não comesta­veis das plantas - raa­zes, caules e folhas - que são geralmente considerados produtos residuais.

Agora, seu laboratório descobriu que esses mesmos fungos provavelmente produzem novos " produtos naturais ", que podem funcionar como antibia³ticos ou outros compostos de uso para a biotecnologia. A pesquisa édescrita em um artigo intitulado "Os fungos anaera³bicos do intestino são um reservata³rio inexplorado de produtos naturais", publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) .

Todas as coisas vivas são equipadas com defesas naturais para garantir sua sobrevivaªncia. Os micróbios geralmente dependem de produtos naturais sintetizados que atuam como defesas contra as ameaa§as ambientais e permitem que eles competam com outros micróbios. Muitos desses produtos naturais tem servido como fonte de antibia³ticos usados ​​para combater doenças em humanos.

Os fungos anaera³bios, por definição, não usam oxigaªnio para alimentar sua produção de produtos naturais. Assim, disse O'Malley, "custa muito mais metabolicamente para eles fazer algo do que um aera³bio." Além disso, qualquer coisa que um micróbio anaera³bio produza deve ser cuidadosamente "projetado" e extremamente eficiente, uma vez que a energia éescassa nos micróbios livres de oxigaªnio.

O laboratório de O'Malley em 2017 forneceu ao Departamento de Energia dos EUA vários fungos intestinais anaera³bicos, que foram sequenciados como parte de uma colaboração maior.

"Comea§amos a ver algo que não espera¡vamos encontrar: os blocos de construção - clusters de genes biossintanãticos, ou BGCs - dos quais os antibia³ticos são tipicamente feitos", disse O'Malley sobre esse trabalho. "Os BGCs ficam pra³ximos uns dos outros no genoma e participam de reações químicas graduais. Nesse caso, eles carregam uma molanãcula em uma enzima - decorando-a quimicamente, se vocêpreferir - e, em seguida, passando-a para outro ma³dulo enzima¡tico, e desta forma , tornando-se uma molanãcula cada vez mais complexa. "

Esse processo de linha de montagem molecular éimportante, diz ela, porque emula como os antibia³ticos são frequentemente feitos. "Os BGCs também podem ser aºteis para fazer produtos químicos de valor agregado, porque eles tem muitos produtos químicos complexos incorporados", acrescentou ela. "Então, eles podem ser usados ​​como biocombusta­veis drop-in, como revestimentos e como mona´meros para fazer novos materiais."

Mas as implicações mais importantes, disse ela, são as possibilidades dos antibia³ticos. No artigo, a autora principal Candice Swift, que obteve seu Ph.D. no laboratório de O'Malley e agora éum pesquisador de pa³s-doutorado na Escola de Saúde Paºblica da Universidade da Carolina do Sul, demonstra não apenas que os BGCs estãopresentes onde não deveriam estar - fungos anaera³bicos nunca foram considerados como tendo propriedades antibia³ticas - eles estão, ainda mais surpreendentemente, ativos e realmente fazendo algo. "Eles são transcritos", observou O'Malley.

A análise de Swift sugere que os compostos que eles encontraram não foram identificados anteriormente. "Na³s os descobrimos e, com base no que se sabe sobre esses aglomerados de genes biossintanãticos, eles podem estar fazendo novos antibia³ticos", disse O'Malley. "Nãomostramos isso definitivamente aqui, mas éuma possibilidade que faria sentido, porque os fungos existem como uma espanãcie de jogadores minorita¡rios em sua comunidade, então eles provavelmente tem alguma vantagem ou habilidade que os permite resistir em face de concorraªncia esmagadora. Isso éo que pensamos que eles podem estar fazendo. Nãoprovamos, mas éuma maneira atraente de ver isso. "

Portanto, se os fungos anaera³bios estãoproduzindo antibia³ticos naturais, quanto difa­cil seria traduzi-los para uso em humanos? "Se vocêidentificar um novo antibia³tico, a chave para torna¡-lo em grande escala ésaber como ele éconstrua­do", explicou O'Malley. "Essa éuma grande questão. Tentaremos abordar isso em um artigo de acompanhamento, mas se vocêpuder descobrir a receita genanãtica de como eles são feitos, éfa¡cil aplica¡-la em outro sistema."

O'Malley disse que a comunidade cienta­fica "se tornou muito boa em fazer antibia³ticos, de forma recombinante ou por meio de engenharia genanãtica", e que todos, ou quase todos os antibia³ticos, são derivados de produtos naturais - feitos na natureza ou inspirados pelos compostos dessa natureza constra³i.

O pra³ximo esta¡gio desta pesquisa envolvera¡ o uso de ferramentas genanãticas para aumentar a produção e isolar os compostos para descobrir exatamente quais compostos estãosendo feitos. Para esse trabalho, O'Malley estãofazendo parceria com outros pesquisadores em BioPolymers, Automated Cellular Infrastructure, Flow e Integrated Chemistry Materials Innovation Platform (BioPACIFIC MIP), que a National Science Foundation financiou no ano passado como uma colaboração entre UCSB e UCLA.