Development of a computational tool to screen antimicrobial peptides in metagenomics data associated to a new vector for high-scale production of lasso peptides

Abstract

O surgimento e o desenvolvimento da resistência antimicrobiana (AMR) contra os antimicrobianos convencionais são os principais temores da medicina moderna e da segurança alimentar, levando ambas as indústrias farmacêutica e alimentícia a renovar seu interesse na descoberta de produtos naturais microbianos com propriedades antimicrobianas. Com o advento de abundante quantidade de dados metagenômicos disponíveis, contendo sequências de espécies cultivadas e não-cultivadas, o campo da descoberta de produtos naturais está se transformando, e novas estratégias, como a mineração de peptídeos, estão sendo desenvolvidas. Aqui, apresentamos a primeira ferramenta de correspondência de padrões criada para prospectar peptídeo laço diretamente a partir de short reads de dados metagenômicos, que atualmente é uma restrição para a abordagem clássica de mineração genômica com base em similaridade de sequências. A ferramenta recebe como entrada arquivos de formato FASTQ ou FASTA e os padrões de consulta. Um teste controle foi realizado em uma comunidade simulada, contendo 27 genomas de produtores conhecidos de peptídeos laço e 9 genomas não produtores. Os padrões de consulta foram obtidos a partir de 35 sequências peptídeos laço de 27 genomas distintos. As sequências foram divididas aleatoriamente em grupo treino, contendo 21 sequências e um grupo teste com 14 sequências. Para o grupo reino, uma matriz de distância foi obtida pela técnica de dimensionamento multidimensional e na separação de três grupos. Para cada grupo, uma sequência consenso foi obtida, e um padrão de consulta foi usado para procurar potenciais peptídeos laço em dados metagenômicos de rúmen, levando a descoberta de 3 novos potenciais peptídeos. Para validar os potenciais peptídeos laço, um vetor de expressão para E. Coli contendo genes otimizados para produção de peptídeos laço em alto rendimento foi projetado e sintetizado. O vetor foi capaz de produzir o peptídeo laço microcina J25, com a capacidade de inibir bactérias gram-negativas e gram-positivas. O estudo demonstra o potencial de acessar dados de comunidades bacterianas, um recurso potencialmente único para novos peptídeos antimicrobianos.