O papel negligenciado de um precursor de biotina para bactérias marinhas

The ISME Journal volume 16, páginas 2599–2609 (2022)Cite este artigo

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A biotina (vitamina B7) está envolvida em uma ampla gama de reações bioquímicas essenciais e é um micronutriente crucial que é vital para muitos organismos pró e eucarióticos. As poucas medições de biotina nos oceanos do mundo mostram que a disponibilidade está sujeita a fortes flutuações. Numerosos microorganismos marinhos exibem auxotrofia de biotina e, portanto, dependem do suprimento de outros organismos. A destiobiotina é o precursor primário da biotina e foi recentemente detectada em concentrações semelhantes à biotina na água do mar. A última reação enzimática na via biossintética da biotina converte a destiobiotina em biotina através da biotina sintase (BioB). O papel da destiobiotina como precursor da síntese de biotina em sistemas microbianos, no entanto, é amplamente desconhecido. Aqui demonstramos experimentalmente que as bactérias podem superar a auxotrofia da biotina se retiverem o gene bioB e a destiobiotina estiver disponível. Uma pesquisa genômica de 1068 bactérias prevê que o potencial biossintético da biotina varia muito entre diferentes grupos filogenéticos e que 20% codificam apenas bioB e, portanto, podem potencialmente superar a auxotrofia da biotina. Muitos Actino e Alphaproteobacteria não podem sintetizar biotina de novo, mas alguns possuem apenas bioB, enquanto a grande maioria de Gammaproteobacteria e Flavobacteria exibem os últimos quatro genes cruciais de síntese de biotina. Detectamos altas concentrações intra e extracelulares do precursor em relação à biotina na bactéria prototrófica, Vibrio campbellii, com destiobiotina extracelular atingindo até 1,09 ± 0,15*106 moléculas por célula durante o crescimento exponencial. Nossos resultados fornecem evidências para o papel ecológico da destiobiotina como uma rota de fuga para superar a auxotrofia da biotina para bactérias no oceano e presumivelmente em outros ecossistemas.

A biotina (vitamina B7) é uma coenzima essencial envolvida em numerosas reações bioquímicas em procariotos e eucariotos. Enzimas dependentes de biotina catalisam reações de carboxilação, como piruvato carboxilase, propionil-CoA carboxilase, acetil-CoA carboxilase ou β-metilcrotonil-CoA carboxilase. Essas reações indispensáveis ​​estão envolvidas na gliconeogênese, síntese de ácidos graxos e catabolismo de aminoácidos [1,2,3]. Duas carboxilases dependentes de biotina adicionais podem ser encontradas em bactérias, a ureia amidoliase, que permite que as bactérias usem a ureia como fonte de nitrogênio, e a geranil-CoA carboxilase, que está envolvida no catabolismo isoprenóide [4]. A base para a via de biossíntese da biotina é a síntese de pimeloil-CoA que pode ser obtido através de diferentes rotas metabólicas [4] seguido pela atividade sequencial de quatro enzimas, 8-amino-7-oxononanoato sintase (BioF), adenosilmetionina-8- amino-7-oxononanoato aminotransferase (BioA), destiobiotina sintase (BioD) e biotina sintase (BioB), que convertem pimeloil-CoA em biotina [5, 6]. A reação enzimática final envolve a inserção de um átomo de enxofre entre as posições saturadas C6 e C9 da destiobiotina, que se acredita originar-se da cisteína [7] (Fig. 1). Estimativas atuais, baseadas em experimentos de cultivo, sugerem que 90% de todo o fitoplâncton eucariótico são prototróficos de biotina [8,9,10]. Apesar da importância da biotina e da acessibilidade dos genomas bacterianos para a avaliação das vias metabólicas, o potencial de biossíntese da biotina em bactérias marinhas permaneceu amplamente indefinido. Em estudos anteriores, apenas o bioB, o gene que codifica a conversão final da destiobiotina em biotina, foi considerado para a classificação do potencial da via da biotina em bactérias marinhas. Essas análises sugeriram que vários representantes marinhos de Alphaproteobacteria e Flavobacteria são incapazes de sintetizar biotina, enquanto a maioria das gamaproteobactérias marinhas são prototróficos de biotina [10]. No entanto, avaliações do potencial da via da biotina das comunidades bacterianas considerando todos os quatro genes da via da biotina, por exemplo, no intestino humano, mostram que um grande número de bactérias exibe auxotrofias da biotina, mas a recuperação do precursor da biotina pode desempenhar um papel importante [11].