Estudo in vitro e in silico de pigmentos aril polienos produzidos por duas bactérias queratinolíticas

Abstract

Os pigmentos microbianos destacam-se como uma solução viável devido à sua eficiente produção por meio de processos biotecnológicos, além de apresentarem baixo impacto à saúde e rápida biodegradabilidade. Este estudo abrangente concentra-se na síntese de pigmentos provenientes de duas bactérias, Chryseobacterium sp. KR6 e Lysobacter sp. A03, reconhecidas por sua queratinólise e potencial biotecnológico na produção de metabólitos secundários. Numa primeira etapa, avaliou-se a atividade antibacteriana e anti-biofilme dos pigmentos extraídos das bactérias de estudo, Kr6 e A03, evidenciando eficácia contra E. faecalis e S. aureus, além da redução do biofilme produzido por L. monocytogenes a uma concentração de 1 mg/mL de pigmento. A análise filogenética confirmou que A03 pertence à espécie L. avium, resultado corroborado por hibridização de DNA in silico, demonstrando uma notável similaridade de 92.75%. As análises genômicas revelaram a presença de clusters de genes relacionados à síntese de pigmentos, compartilhando ambas as cepas genes associados à biossíntese de aril polienos (APE)-dialquil resorcinol. A caracterização dos pigmentos e as análises LC-DAD-MS indicaram que esses não pertencem à família dos carotenoides, mas sim aos aril polienos, apresentando potencial para serem considerados pigmentos bioativos naturais. Em resumo, Kr6 produz pigmentos flexirrubina, enquanto A03 gera o pigmento xantomonadina esterificada com dois possíveis tipos de ácidos graxos, ambos exibindo propriedades antioxidantes, antibacterianas e anti-biofilme. Estes resultados reforçam o potencial biotecnológico dessas bactérias na produção de pigmentos de interesse.

Microbial pigments stand out as a viable solution due to their efficient production through biotechnological processes, as well as their low impact on health and rapid biodegradability. This comprehensive study focuses on the synthesis of pigments from two bacteria, Chryseobacterium sp. Kr6 and Lysobacter sp. A03, recognized for their keratinolytic and biotechnological potential in the production of secondary metabolites. In the initial phase, the antibacterial and anti-biofilm activity of pigments extracted from the studied bacteria, Kr6 and A03, were evaluated, demonstrating effectiveness against E. faecalis and S. aureus. Additionally, a reduction in the biofilm produced by L. monocytogenes was observed at a concentration of 1 mg/mL of pigment. Phylogenetic analysis confirmed that A03 belongs to the species L. avium, a result supported by in silico DNA hybridization, revealing a significant similarity of 92.75%. Genomic analyses revealed the presence of gene clusters related to pigment synthesis, with both strains sharing genes associated with the biosynthesis of aryl polyene (APE)-dialkyl resorcinol. The characterization of pigments and LC-DAD-MS analyses indicated that these do not belong to the carotenoid family but rather to aryl polyene pigments, showing potential as natural bioactive pigments. In summary, Kr6 produces flexirubin pigments, while A03 generates xanthomonadin esterified with two possible types of fatty acids, both exhibiting antioxidant, antibacterial, and anti-biofilm properties. These results underscore the biotechnological potential of these bacteria in the production of pigments of interest