Biossíntese de colesterol de novo em bactérias

Nature Communications volume 14, Número do artigo: 2904 (2023) Citar este artigo

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Os eucariotos produzem esteróis altamente modificados, incluindo o colesterol, essencial para a fisiologia eucariótica. Embora poucas espécies bacterianas sejam conhecidas por produzir esteróis, a produção de novo de colesterol ou outros esteróis complexos em bactérias não foi relatada. Aqui, mostramos que a mixobactéria marinha Enhygromyxa salina produz colesterol e fornecemos evidências para outras modificações a jusante. Por meio de análise bioinformática, identificamos uma suposta via de biossíntese de colesterol em E. salina amplamente homóloga à via eucariótica. No entanto, evidências experimentais indicam que a desmetilação completa em C-4 ocorre através de proteínas bacterianas únicas, distinguindo a biossíntese do colesterol bacteriano e eucariótico. Adicionalmente, proteínas da cianobactéria Calothrix sp. Os NIES-4105 também são capazes de desmetilar completamente os esteróis na posição C-4, sugerindo que a biossíntese complexa de esteróis pode ser encontrada em outros filos bacterianos. Nossos resultados revelam uma complexidade não apreciada na produção de esteróis bacterianos que rivalizam com os eucariotos e destacam a complicada relação evolutiva entre a biossíntese de esteróis nos domínios bacteriano e eucariótico.

Os esteróis são uma classe de lipídios eucarióticos ubíquos e essenciais importantes em uma variedade de funções fisiológicas, incluindo sinalização celular, homeostase da membrana e tempo de desenvolvimento1,2,3. A biossíntese de esteróis eucarióticos foi estudada extensivamente, revelando vias biossintéticas complexas, incluindo um conjunto compartilhado de enzimas usadas para produzir produtos finais de esteróis semelhantes que variam no nível de insaturações, desmetilações e alcalinizações4,5. A ordem das reações nessas vias biossintéticas determina a produção e o acúmulo de intermediários esteróis que desempenham um papel regulador na homeostase lipídica6,7, na biossíntese de produtos a jusante8 e na resposta ao estresse9. As modificações químicas necessárias para sintetizar colesterol em vertebrados, fitoesteróis em plantas e ergosterol em fungos são essenciais para as propriedades biofísicas desses lipídios, afetando a localização e a dinâmica de membrana em seus respectivos organismos10,11,12. Esses esteróis também servem como um ponto de ramificação para a biossíntese de metabólitos a jusante. As reações de oxidação estão envolvidas na conversão de esteróis em uma ampla gama de compostos, incluindo oxisteróis, ácidos biliares, hormônios esteróides e brassinosteróides, que podem funcionar como ligantes em várias vias de sinalização13,14,15. Os eucariotos também conjugam esteróis com açúcares, proteínas e outros lipídios, expandindo ainda mais a função dos esteróis para incluir defesa celular, armazenamento de energia, digestão e sinalização16,17,18. No geral, a complexidade da biossíntese de esteróis eucarióticos reflete as diversas funções e papéis significativos que esses lipídios desempenham na fisiologia eucariótica.

Embora a biossíntese e função de esteróis tenham sido bem estudadas em organismos eucarióticos, a síntese e função de esteróis bacterianos é comparativamente pouco explorada. Várias bactérias, incluindo metanotróficos aeróbicos, Planctomycetes e várias mixobactérias são conhecidas por produzir esteróis de novo19. Ao contrário dos eucariotos, essas bactérias produzem em grande parte lanosterol, parkeol ou cicloartenol, os produtos iniciais da ciclização da oxidosqualeno ciclase (OSC)20,21,22. No entanto, algumas bactérias realizam modificações químicas adicionais durante a síntese de esteróis; bactérias metanotróficas modificam esteróis em estruturas monometiladas distintas específicas para Methylococcaceae19, Planctomycetes produtores de esteróis conjugam esteróis a uma macromolécula não identificada21 e vários Myxococcota23 produzem intermediários na via de biossíntese do colesterol, incluindo zimosterol19,22,24. Além disso, estudos filogenômicos expandiram o número de potenciais produtores de esteróis bacterianos, identificando os genes necessários para a ciclização e modificações a jusante em filos em todo o domínio bacteriano25,26. Várias dessas bactérias possuem potencial genético para produzir os esteróis biossinteticamente complexos associados aos eucariotos, incluindo o colesterol, porém as análises lipídicas ainda não confirmaram a presença desses esteróis nas bactérias5.