Identificación y caracterización de posibles clústeres de genes biosintéticos de actinobacterias cultivables asociadas a insectos con actividad antimicrobiana frente a bacterias gram negativas de interés clínico

Abstract

Las actinobacterias constituyen una fuente promisoria de compuestos bioactivos con potencial terapéutico, especialmente antibióticos. En este estudio, se obtuvieron 577 aislamientos de actinobacterias a partir de insectos pertenecientes a distintos órdenes, recolectados en dos zonas biológicas de Costa Rica, con el objetivo de identificar aislamientos con actividad antimicrobiana específica contra bacterias Gram-negativas de relevancia clínica. Se llevaron a cabo bioensayos de co-cultivo frente a un panel de 24 cepas de referencia clínicamente significativas, compuesto por 9 bacterias Gram-negativas, 8 Gram-positivas, 3 hongos filamentosos y 4 levaduras. Diez aislamientos presentaron perfiles bioactivos promisorios, destacándose por su actividad antimicrobiana selectiva contra bacterias Gram-negativas. Los genomas de estos aislamientos fueron secuenciados, identificándose representantes de los géneros Streptomyces, Pseudonocardia y Gordonia. La anotación genómica de estos aislamientos reveló un total de 233 clústeres de genes biosintéticos (CGBs). Además, se realizó un análisis filogenómico para determinar los genomas de referencia más cercanos, seguido de un análisis pangenómico que permitió identificar genes únicos en comparación con cepas filogenéticamente relacionadas. Posteriormente, dos aislamientos del género Streptomyces fueron seleccionados para estudios transcriptómicos en condiciones de co-cultivo con Acinetobacter baumannii, evidenciando la expresión diferencial de 31 CGBs en respuesta a la interacción directa entre ambos microorganismos. Estos resultados destacan el potencial biosintético no explorado de actinobacterias simbiontes de insectos como fuente de nuevas moléculas antimicrobianas, y subrayan la importancia de investigar nichos ecológicos alternativos para el descubrimiento de antibióticos ante la creciente amenaza de bacterias multirresistentes.Actinobacteria are a promising source of bioactive compounds with therapeutic potential, particularly antibiotics. In this study, we obtained 577 actinobacterial isolates from insects belonging to various orders, collected from two biological regions of Costa Rica, with the aim of identifying strains with specific antimicrobial activity against clinically relevant Gram-negative bacteria. Co-culture bioassays were performed against a panel of 24 clinically significant reference strains, including 9 Gram-negative bacteria, 8 Gram-positive bacteria, 3 filamentous fungi, and 4 yeasts. Ten isolates exhibited promising bioactive profiles, notably with selective antimicrobial activity against Gram-negative bacteria. Whole-genome sequencing of these isolates revealed representatives of the genera Streptomyces, Pseudonocardia, and Gordonia. Genome annotation identified a total of 233 biosynthetic gene clusters (CGBs). Phylogenomic analyses were conducted to determine the closest reference genomes, followed by a pangenomic analysis that identified unique genes in the isolates relative to their closest phylogenetic counterparts. Subsequently, two Streptomyces isolates were selected for transcriptomic analyses under co-culture conditions with Acinetobacter baumannii, revealing differential expression of 31 CGBs in response to direct interaction between both microorganisms. These findings highlight the untapped biosynthetic potential of insect-associated actinobacteria as a source of novel antimicrobial compounds and underscore the importance of exploring alternative ecological niches for antibiotic discovery in the face of the rising threat of multidrug-resistant bacteria.