Estudio funcional y metabolómico del gen BFR y de las posibles quinasas del regulador maestro Aor1 en la producción de antibióticos de Streptomyces coelicolor

• Autores: Javier García Martín
• Directores de la Tesis: Margarita María Díaz Martínez (dir. tes.), Ramón Santamaría Sánchez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Salamanca ( España ) en 2026
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Felipe Lombó Brugos (presid.), Lorena Carro García (secret.), Isabel Nuñez Santiago (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biología Funcional y Genómica por la Universidad de Salamanca
• Menciones:
  • Internacional
• Calificación: Sobresaliente Cum Laude
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TESEO
• Resumen

  • Debido a la crisis generada por las bacterias resistentes a antibióticos, es necesario identificar nuevas moléculas con potencial antibiótico que permitan tratar las infecciones bacterianas actuales. Uno de los abordajes para conseguir este objetivo es el estudio de la regulación de la producción de antibióticos por microorganismos productores. Entre ellos, las bacterias del género Streptomyces poseen un gran potencial, dada su gran cantidad de genes que permiten la síntesis de metabolitos secundarios. Estos genes están muy controlados por factores de regulación que integran señales externas e internas, de modo que caracterizar estas redes es crucial para comprender qué factores son necesarios para incrementar la producción de antibióticos y para despertar genes no activados en condiciones de laboratorio, que puedan ser claves para la producción de nuevas moléculas.

    En este trabajo, se ha profundizado en el estudio de las redes de regulación de S. coelicolor, organismo modelo del género Streptomyces. Los sistemas de dos componentes (TCS) en estas bacterias cumplen un papel esencial en el control del desarrollo y del metabolismo. Algunos TCS descritos en nuestro grupo de investigación intervienen en la producción de antibióticos en S. coelicolor, y todos ellos regulan el gen bfr, que codifica la bacterioferritina Bfr. Entre estos TCS destaca el regulador huérfano Aor1, que tiene gran influencia en la expresión del genoma de S. coelicolor y cuya histidina quinasa asociada, encargada de activarlo, se desconoce.

    En primer lugar, en esta tesis se describe el papel de la bacterioferritina codificada por el gen bfr en el desarrollo de S. coelicolor mediante el estudio del mutante de deleción Δbfr. Bfr es un elemento necesario para una correcta diferenciación y producción de antibióticos (actinorrodina, prodigiosinas y coelimicinas) en medios de cultivo complejos, mientras que en medio mínimo su efecto depende de la concentración de hierro y del estado (sólido o líquido) del medio. Bfr está implicada en la homeostasis del hierro, pero esta no es su función principal al no alterarse los niveles de hierro en el mutante Δbfr. La ausencia de bfr causa cambios a nivel proteómico: aumenta la abundancia de proteínas de estrés oxidativo (y los niveles de especies reactivas de oxígeno en el mutante), del antibiótico dependiente de calcio y de proteínas de respiración, mientras que disminuye la abundancia de proteínas de desarrollo, de varios clústeres para biosíntesis de metabolitos y de traducción. Además, varias proteínas de señalización alteran sus niveles en el mutante Δbfr. Con los datos de esta tesis, se propone un modelo en el que Bfr es necesaria para donar hierro a proteínas de regulación importantes para la síntesis de metabolitos secundarios.

    En cuanto al regulador huérfano Aor1, mediante varias estrategias, se han identificado varias quinasas que podrían estar asociadas a este regulador: SCO3750 (quinasa huérfana), SCO2215 (asociada al regulador SCO2216) y SCO2359 (asociada al regulador SCO2358). La asociación entre estas proteínas y Aor1 se ha estudiado mediante la generación de mutantes de deleción y CRISPR de interferencia, y se ha validado mediante ensayos de dos híbridos. También se ha estudiado brevemente la relación entre el sistema AbrC, previamente caracterizado en el laboratorio, con Aor1. Aún quedan por caracterizar las señales a las que responden estas proteínas y su mecanismo de regulación.

    Finalmente, se realizó un estudio metabolómico de varias cepas de interés relacionadas con los TCS estudiados en este trabajo: la cepa silvestre y los mutantes ΔabrA, Δbfr, Δaor1, ΔSCO3750, ΔSCO2359 y ΔSCO2359/2358. Muchos de los metabolitos anotados al comparar los metabolomas de cada mutante con el silvestre no se pudieron identificar con exactitud, lo cual refleja el conocimiento que falta en el metabolismo de S. coelicolor. La identificación de estos metabolitos sería clave para profundizar en los mecanismos de regulación de estos sistemas.

    En conclusión, esta tesis caracteriza en gran medida el papel de bfr en la red regulatoria de la producción de antibióticos de S. coelicolor, y profundiza en la red molecular del regulador huérfano Aor1 mediante su relación con nuevos elementos no descritos anteriormente (la quinasa huérfana SCO3750 y los TCS SCO2215/2216 y SCO2359/2358) y con el sistema AbrC. Además, este trabajo inicia el estudio metabolómico de estos sistemas involucrados en la síntesis de antibióticos y propone su estudio más detallado para comprender las redes de regulación de S. coelicolor y mejorar la producción y descubrimiento de metabolitos secundarios.