Bioconversão de 4

Mar 08, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 1835 (2023) Citar este artigo

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Atividades de criação de gado e resíduos farmacêuticos levam ao acúmulo considerável de hormônios esteróides e estrogênios em águas residuais. Aqui, os estrogênios atuam como agentes pró-cancerígenos e desreguladores endócrinos, interferindo no desenvolvimento sexual de animais aquáticos e tendo efeitos tóxicos em humanos. As bactérias ambientais desempenham um papel vital na degradação dos estrogênios. Seu amplo reservatório de enzimas, como as dioxigenases de clivagem do anel (RCDs), podem degradar o núcleo esteróide, catalisando a metaclivagem dos anéis esteróides A, B ou D. Neste trabalho, 4 dioxigenases de clivagem de anel extradiol (ERCDs), PP28735, PP26077, PP00124 e PP00193, foram isoladas da esfingomona marinha Novosphingobium sp. PP1Y e caracterizado. Parâmetros cinéticos de enzimas foram determinados em diferentes substratos catecólicos sintéticos. Em seguida, avaliou-se a bioconversão dos estrogênios catecol. O PP00124 mostrou ser um catalisador eficiente para a degradação do 4-hidroxiestradiol (4-OHE2), um derivado hidroxilado cancerígeno do E2. A clivagem completa de 4-OHE2 foi obtida usando PP00124 tanto na forma solúvel quanto em células de E. coli recombinantes completas. As análises de LC-MS/MS confirmaram a geração de um produto semialdeído, através da metaclivagem do anel A. Até onde sabemos, PP00124 é a primeira enzima caracterizada capaz de degradar diretamente 4-OHE2 via metaclivagem. Além disso, a biodegradação completa de 4-OHE2 usando células inteiras recombinantes destacou vantagens para fins de biorremediação.

Os estrogênios são os principais hormônios esteróides responsáveis ​​pela regulação do sistema reprodutor feminino e pelo desenvolvimento das características sexuais secundárias1. Em todos os vertebrados, a estrona (E1) e o 17β-estradiol (E2) são os principais hormônios reguladores (Fig. 1a). O E2, que possui maior atividade estrogênica com concentrações plasmáticas em fêmeas de mamíferos de até 500 pg/mL, está entre os principais efetores para o desenvolvimento do sistema reprodutivo em humanos2. Os estrogênios são excretados na urina após hidroxilação ou sulfonação3; vários estudos demonstraram que estes compostos, e em particular as suas formas hidroxiladas (4-hidroxiestradiol 4-OHE2 e 2-hidroxiestradiol 2-OHE2, Fig. 1a), podem atuar como desreguladores endócrinos e carcinógenos4,5.

Principais compostos estrogénicos e vias de degradação do E2. (a) Estruturas e pesos moleculares (MW) de estrona (E1), 17 β-estradiol (E2), estratetraenol (E0), 4-hidroxiestradiol (4-OHE2) e 2-hidroxiestradiol (2-OHE2). Anéis de esteroides AD são indicados em vermelho. (b) Principais vias de degradação de E2. i) hidroxilação do anel E2 A19. ii) hidroxilação do anel E2 B19. iii) Desidratação do anel E2D20. iv) Desidrogenação de E2 para E1 e subseqüente desidrogenação do anel D e clivagem21. iv.i) Desidrogenação de E2 para E1 e subsequente desidrogenação e clivagem do anel A18. A via NB iv.i) segue essencialmente a mesma reação de clivagem do anel A que a via i). É aqui separado uma vez que o substrato de clivagem é 4-OHE1 na via iv.i) e 4-OHE2 na via i).

A presença desses compostos nocivos em águas residuais e ecossistemas aquáticos deve-se principalmente a excreções de animais de fazenda em atividades de criação de gado6 e recentemente se tornou uma grande preocupação ambiental7,8,9; essas moléculas parecem, de fato, ser responsáveis ​​pelo desenvolvimento, fertilidade e comprometimento da função reprodutiva em populações de mamíferos, peixes e anfíbios. De fato, populações de peixes intersexuais foram observadas em todo o mundo em ecossistemas contaminados por estrogênio [5,6,10,11,12 e referências nele contidas].

A crescente preocupação ambiental tem aumentado recentemente o interesse pelos processos biológicos envolvidos na degradação dos estrogénios, em particular do E2, e a identificação tanto de novos potenciais degradadores como de atividades enzimáticas degradantes13. A degradação dos núcleos estrogênicos, por meio do rompimento da estrutura do anel A aromático, é a chave para impedir a interação desses compostos com o DNA, neutralizando sua atividade e consequente efeito carcinogênico13,14. Os processos de degradação microbiana desempenham um papel vital na determinação do destino e transporte de estrogênios no ambiente. As bactérias que possuem a maquinaria catalítica específica para a destruição completa dos núcleos esteróides no modo metabólico ou co-metabólico desempenham um papel central na conversão de estrogênios em CO213,14,15.