Resumo: Os terpenos são metabólitos secundários que possuem vasta aplicação industrial e representam a classe de produtos naturais (PN) mais abundantes na natureza. No entanto, os terpenos bacterianos foram negligenciados por décadas, apesar do grande potencial biotecnológico. Com o advento das tecnologias de sequenciamento de nova geração (NGS) e a redução de custos de sequenciamento de genomas, foi possível explorar o extenso potencial que os genomas bacterianos têm voltado para a biossíntese de terpenos. Esse trabalho se propôs a explorar terpenos bacterianos produzidos a partir de um actinomiceto isolado em território nacional. A pesquisa focou no genome mining da Streptomyces sp. CBMAI 2042 endofítica de Citrus sinensis, revelando a presença de 37 clusters de genes associados à produção de metabólitos secundários. A partir desses dados, foram identificados cinco clusters biossintéticos de terpenos: três relacionados à produção de sesquiterpenos, um à produção de hopanoides e outro à produção de carotenoides. O estudo avaliou a transcrição dos genes principais e a identificação de 28 sesquiterpenos voláteis nos extratos do micélio de Streptomyces sp. CBMAI 2042. Adicionalmente, foi realizada a associação genes-metabólitos por meio de testes de disrupção genética. A pesquisa também abrangeu a clonagem, produção e caracterização das enzimas ciclases de terpenos (TCs) enzTS-1-4 recombinantes de Streptomyces sp. CBMAI 2042, avaliando as condições reacionais ideais e o impacto do hidróxido de amônio na modulação dos terpenos produzidos por enzTS-2 e enzTS-3. Além disso, foi demonstrado que enzTS-2 e enzTS-3 possuem promiscuidade na aceitação de substratos análogos ao pirofosfato de farnesila (FPP) e substratos C10, sem necessidade de evolução enzimática, possibilitando a expansão da aplicação dessas TCs bacterianas. Esse resultado sugere a otimização das TCs visando a produção de análogos com potenciais aplicações inovadoras, e ressaltam a importância de explorar microrganismos em solo brasileiro, como Streptomyces, na busca por novas enzimas e moléculas bioativas. A estratégia de genome mining se mostrou poderosa, rápida e eficaz, e pode ser aplicada na busca por clusters biossintéticos de terpenos em bactérias. Estudos futuros podem expandir as aplicações biotecnológicas dos sesquiterpenos e análogos, assim como as TCs estudadas nesse trabalho, trazendo contribuições significativas para a sociedade. Esta pesquisa destaca o potencial inexplorado de terpenos bacterianos e evidencia que o Brasil, com toda sua biodiversidade, possui grande potencial para se tornar líder global na inovação biotecnológica, levando a impactos no desenvolvimento de produtos e tecnologias sustentáveis Ver menos

Abstract: Terpenes are secondary metabolites with wide-ranging industrial applications and represent the most abundant class of natural products (NPs) in nature. However, bacterial terpenes have been largely overlooked for decades despite their significant biotechnological potential. The advent of next-generation sequencing (NGS) technologies and the reduced costs of genome sequencing have made it possible to explore the vast potential of bacterial genomes for terpene biosynthesis. This study aimed to analyze bacterial terpenes produced by an actinomycete isolated from Brazilian territory. Specifically, the research focused on genome mining of Streptomyces sp. CBMAI 2042, an endophyte of Citrus sinensis. This analysis revealed 37 gene clusters associated with secondary metabolite production, including five terpene clusters: three for sesquiterpenes, one for hopanoids, and one for carotenoids. The transcription of target genes and the identification of 28 volatile sesquiterpenes in extracts from the mycelium of Streptomyces sp. CBMAI 2042 were investigated. Additionally, gene-metabolite associations were established using genetic disruption engineering. The research also included cloning, production, and characterization of recombinant terpene cyclases (TCs), enzTS-1-4, from Streptomyces sp. CBMAI 2042. Ideal reaction conditions and the effects of ammonium hydroxide on modulating terpene production by enzTS-2 and enzTS-3 were evaluated. Notably, enzTS-2 and enzTS-3 demonstrated versatility by accepting analogs of farnesyl pyrophosphate as well as C10 substrates without requiring enzymatic evolution. This versatility extends the applications of these bacterial TCs, suggesting their potential for optimizing the production of analogs with innovative applications. These findings underscore the importance of studying Brazilian soil microorganisms, such as Streptomyces, for discovering new enzymes and bioactive molecules. The genome mining strategy proved to be a powerful, fast, and effective approach for identifying terpene clusters in bacteria. Future research could expand the biotechnological applications of sesquiterpenes, their analogs, and the TCs investigated in this study, contributing to societal advancements. This work highlights the untapped potential of bacterial terpenes and demonstrates Brazil's capacity, with its vast biodiversity, to become a global leader in biotechnological innovation, fostering the development of sustainable products and technologies Ver menos