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Publicação
The Biotechnological Potential of Marine Bio-reactives: Isolation and Characterization of Novel Toxins from Polychaeta
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
As the largest and most ancient habitat on Earth, the marine environment has an immense biodiversity
that can become an almost endless span of novel bioproducts. Still, only a few have already been syn-
thesized in vitro and commercialised as approved drugs. Venom-derived drugs have shown to be a viable
alternative to the expensive and time-consuming process that is the design of synthetic pharmaceuticals.
Due to long-term coevolution between predator and prey, proteins with strong activity towards specific
targets of recipient organisms were recruited into venoms and poisons. Some Polychaeta, a large class
of biodiverse and ubiquitous invertebrates, are known to secrete toxins for predation and defence. The
present study focused on Glycera alba, a common Glyceridae (Annelida: Polychaeta) from the Portu-
guese estuarine intertidal, whose congenerics, G. tridactyla and G. dibranchiata, are known to be ven-
omous. As the first attempt to screen for potential proteinaceous toxins, we extracted and fractionated
total protein from the G. alba’s proboscis and skin. The structures were compared histologically con-
firming the presence of specialised venom glands in the former, which are bound to reservoir-like struc-
tures and ducts connecting to hollow jaws. The SDS-PAGE analysis of protein fractions, obtained by
ultrafiltration, disclosed intricate proteomes with different bands between the two organs that can be
potentially associated to toxins and permeabilising agents, among other bio-reactives. Regarding the
proboscis and the skin specific proteomes, LC-MS/MS-based proteomics and Gene Ontology enrich-
ment analysis identified relevant differences related to different molecular and physiological pathways.
According to toxicity assays, the higher molecular mass fraction’s toxins/enzymes can exert negative
effects onto their prey, with emphasis on cytotoxicity. Altogether, the encouraging findings show that
venomous annelids can be important sources of novel bio-reactives, albeit illustrating the challenges of
surveying organisms whose genomes and metabolism are poorly understood.
Como maior e mais antigo habitat terrestre, o ambiente marinho possui uma imensa biodiversidade com potencial de se tornar numa fonte quase infinita de novos bioprodutos. Destes, apenas alguns foram sintetizados in vitro e comercializados como medicamentos aprovados. Drogas derivadas de veneno têm revelado ser uma alternativa viável, ao processo caro e demorado, que é o design de produtos farmacêu- ticos sintéticos. Devido à longa coevolução entre predador e presa, proteínas com forte atividade contra alvos específicos de organismos recetores, foram recrutadas como venenos. Algumas Poliquetas, uma grande classe de invertebrados biodiversos e ubíquos, são conhecidas por secretar toxinas para predação e defesa. O presente estudo incidiu sobre Glycera alba, um Glyceridae (Annelida: Polychatea) comum do estuário intertidal português, cujos congenéricos G. tridactyla e G. dibranchiata são conhecidos pro- dutores de veneno. Como primeira tentativa de rastrear potenciais toxinas proteicas, extraímos e fracio- námos extratos de proteína da probóscide e da pele de G. alba. As estruturas foram comparadas histo- logicamente, confirmando a presença de glândulas de veneno especializadas nas primeiras, que se ligam a estruturas semelhantes a reservatórios e dutos e a mandíbulas ocas. A análise do SDS-PAGE das fra- ções proteicas, revelaram proteomas complexos com diferentes bandas entre os dois órgãos que podem ser associadas a toxinas e agentes permeabilizantes, entre outros biorreativos. Relativamente ao prote- oma específico da probóscide e pele, a proteómica baseada em LC-MS/MS e a análise de enriqueci- mento de ontologia genética identificaram diferenças relevantes em relação a diferentes vias molecula- res e fisiológicas. De acordo com os ensaios de toxicidade, as toxinas/enzimas da fração de alta massa molecular exercem efeitos negativos nas suas presas, especialmente citotóxicos. Em suma, estes resul- tados encorajadores, revelam que anelídeos venenosos podem ser fontes importantes de biorreativos, contribuindo para ilustrar os desafios da investigação em organismos cujos genomas e metabolismo são mal compreendidos.
Como maior e mais antigo habitat terrestre, o ambiente marinho possui uma imensa biodiversidade com potencial de se tornar numa fonte quase infinita de novos bioprodutos. Destes, apenas alguns foram sintetizados in vitro e comercializados como medicamentos aprovados. Drogas derivadas de veneno têm revelado ser uma alternativa viável, ao processo caro e demorado, que é o design de produtos farmacêu- ticos sintéticos. Devido à longa coevolução entre predador e presa, proteínas com forte atividade contra alvos específicos de organismos recetores, foram recrutadas como venenos. Algumas Poliquetas, uma grande classe de invertebrados biodiversos e ubíquos, são conhecidas por secretar toxinas para predação e defesa. O presente estudo incidiu sobre Glycera alba, um Glyceridae (Annelida: Polychatea) comum do estuário intertidal português, cujos congenéricos G. tridactyla e G. dibranchiata são conhecidos pro- dutores de veneno. Como primeira tentativa de rastrear potenciais toxinas proteicas, extraímos e fracio- námos extratos de proteína da probóscide e da pele de G. alba. As estruturas foram comparadas histo- logicamente, confirmando a presença de glândulas de veneno especializadas nas primeiras, que se ligam a estruturas semelhantes a reservatórios e dutos e a mandíbulas ocas. A análise do SDS-PAGE das fra- ções proteicas, revelaram proteomas complexos com diferentes bandas entre os dois órgãos que podem ser associadas a toxinas e agentes permeabilizantes, entre outros biorreativos. Relativamente ao prote- oma específico da probóscide e pele, a proteómica baseada em LC-MS/MS e a análise de enriqueci- mento de ontologia genética identificaram diferenças relevantes em relação a diferentes vias molecula- res e fisiológicas. De acordo com os ensaios de toxicidade, as toxinas/enzimas da fração de alta massa molecular exercem efeitos negativos nas suas presas, especialmente citotóxicos. Em suma, estes resul- tados encorajadores, revelam que anelídeos venenosos podem ser fontes importantes de biorreativos, contribuindo para ilustrar os desafios da investigação em organismos cujos genomas e metabolismo são mal compreendidos.
Descrição
Palavras-chave
Marine Biotechnology Bioresources Proteomics Venom Annelida Glycera alba