Engenharia genética no probiótico Bacillus subtilis: expressão de fitase fúngica melhora parâmetros zootécnicos, sistema imune, resposta inflamatória e defesa antioxidante no zebrafish (Danio rerio) alimentado com dieta rica em matéria vegetal

Autor: Kamila Oliveira dos Santos (Currículo Lattes)
Orientador: Dr Luis Fernando Fernandes Marins

Resumo

A enzima fitase catalisa a hidrólise de fitato, o qual representa a forma de armazenamento do fósforo nos vegetais. O fitato é um fator antinutricional para animais monogástricos, pois estes são ineficientes na produção de fitases intestinais. Portanto, o incremento de ingredientes vegetais na ração em sistemas de produção animal é limitado.Com isso, o objetivo da presente tese foi obter um Bacillus subtilis geneticamente modificado capaz de expressar uma fitase fúngica e avaliar a eficácia desta enzima na dieta do zebrafish (Danio rerio). No capítulo I desenvolvemos uma construção genética baseada em plasmídeo replicativo contendo o gene da fitase do fungo Aspergillus fumigatus (Phy-Af) fusionado ao sinal de secreção do gene da levansacarase (SacB) do próprio B. subtilis. A atividade da fitase produzida pelo B. subtilis transgênico no sobrenadante da cultura foi 2,7 vezes superior do que os controles. Após determinar a atividade da fitase, realizamos um experimento de alimentação do zebrafish, durante 30 dias, com uma dieta rica em vegetais. O experimento foi constituído por dois grupos: Phy-Af (com dieta suplementada com B. subtilis expressando a fitase) e o grupo controle (dieta com B. subtilis não transgênico). Foi realizada a biometria inicial dos animais e final para avaliar o desempenho zootécnico e foram analisados genes relacionados com o transporte de peptídeos (slc15a1b e slc15a2), apetite (ghrl), fatores de crescimento muscular (igf1, myod e myog) e metabolismo de minerais (bglap). Os peixes alimentados com o B. subtilis transgênico apresentam melhores índices de desempenho quando comparados ao controle. Neste mesmo sentido, todos os genes analisados foram superexpressados no grupo tratado com o probiótico expressando a fitase fúngica. No capítulo II, o objetivo foi avaliar o efeito do B. subtilis transgênico sobre o sistema imune e a resposta inflamatória no zebrafish alimentado com a ração rica em matéria vegetal. Neste caso, foram analisados genes relacionados com a produção de linfócitos (cd4 e ikzf1), resposta inflamatória (ifnphi1, ifng, tnf-α e il1b) e a resposta ao estresse oxidativo (sod1). Novamente, todos os genes analisados foram induzidos nos zebrafish alimentados com dieta suplementada com o probiótico transgênico. Considerando que plasmídeo replicativo pode ser instável e levar a perda da característica ao longo das gerações bacterianas, no capítulo III abordamos a aplicação da tecnologia CRISPR- Cas9 para edição do genoma do B. subtilis usando a construção da fitase fúngica desenvolvida no capítulo I. Como resultado, obtivemos a cepa BsJJ14 com o gene da fitase fúngica (oriunda de A. fumigatus) integrada ao genoma do B. subtilis e comparamos capacidade de manutenção da resistência ao antibiótico com a cepa Phy- Af, que no capítulo III denominamos de BsJJ5. Os resultados mostraram que após 65 gerações, apenas 11% das células (BsJJ5) mantiveram o fenótipo de resistência a antibióticos, e a linhagem transformada pelo método CRISPR-Cas9 não perdeu o fenótipo no final do experimento. O perfil de atividade da cepa BsJJ14 foi 20% maior do que na cepa BsJJ5 transformada com o plasmídeo replicativo. Em conclusão, a presente tese demostrou que as técnicas usadas para a transformação de Bacillus tanto via epissomal quanto integrada ao genoma foram eficientes e, além disso, a fitase recombinante apresentou atividade enzimática e promoveu efeitos benéficos à saúde do zebrafish alimentado com uma dieta rica em ingrediente vegetal.

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