Brazilië, Embrapa ontdekt biotechnologische schat in de Amazone

Een eerste grootschalige studie in het Amazone rivierenstelsel ontdekt micro-organismen met potentieel gebruik in de landbouw.

Wetenschappers van Embrapa, de Braziliaanse Overheidsinstelling voor Landbouwonderzoek, zijn bezig met een inventarisatie van micro-organismen aanwezig in Amazonische riviersedimenten en hebben daarbij bacteriën en schimmels met een biotechnologisch potentieel gevonden.

Deze kleine wezens kunnen waardevolle moleculen genereren voor medisch en agrarisch gebruik of voor toepassing in industriële processen, aldus Gilvan Ferreira da Silva, de Embrapa onderzoeker in Manaus (AM) die dit werk coördineert.

Hij wijst erop dat dit de eerste grootschalige studie is met kweekbare en niet-kweekbare micro-organismen uit riviersedimenten in het Amazonebekken. Ze hebben bijna 7.000 km aan rivieren afgelegd om deze studie te kunnen maken.

Volgens deze wetenschapper combineert het werk verschillende methodes in een multidisciplinair onderzoek dat de velden van microbiologie, chemie en genomica (sequentiebepaling van volledige genomen, genbewerking en metagenomica) integreert .

“De interesse gaat niet alleen uit naar de identificatie van micro-organismen met een biotechnologisch potentieel. Het belangrijkste is om de chemie van biologisch actieve moleculen te doorgronden, alsmede de genen en de biosyntheseroutes van deze verbindingen ”, zei hij. Hiermee zal het mogelijk worden om de productie van interessante verbindingen te maximaliseren door middel van genbewerking.

Na inzameling in het veld heeft het Laboratorium voor Moleculaire Biologie van Embrapa in Belém (PA) meer dan duizend micro-organismen uit riviersedimenten onderzocht. Aan het Laboratorium voor Moleculaire Biologie van Embrapa in Manaus (AM), daarentegen, worden kweekbare micro-organismen geïsoleerd en DNA-extracties uitgevoerd voor onderzoek naar metataxonomie en functionele metagenomica.

Naar schatting is slechts 5% van de micro-organismen in voedingsbodems te kweken. IN dit verband is het doel dit jaar om het volledige genoom van meer dan 60 reeds geselecteerde bacteriën te verkrijgen. Daaronder bevinden zich schimmels en bacteriën die voor de landbouwkundig van belang kunnen zijn om fytopathogenen te bestrijden en om voedingsstoffen in de bodem beschikbaar te maken voor planten.

Silva deelt mee dat in het geval van niet-kweekbare micro-organismen (die niet in petrischalen groeien) en die overigens een meerderheid binnen de microbiota vormen, men het DNA uit de sedimenten wil extraheren en via verschillende sequentiebepalingsplatforms de milieugenomen en daarmee de genen en metabole routes wil identificeren.

De groep heeft expertise opgedaan in de analyse van genomen die gericht zijn op de productie van secundaire metabolieten.

Op zoek naar moleculen met anti-parasitaire en kanker-bestrijdende werking

Vorig jaar werden negen volledige genomen van geïsoleerde Amazoneschimmels met een biotechnologisch potentieel in kaart gebracht, waarvan vijf nieuwe soorten waren.

Deze genomen worden geanalyseerd om metabole routes te identificeren die verband houden met de productie van interessante moleculen, voornamelijk met een potentiele antimicrobiële, anti-parasitaire en kanker-bestrijdende werking.

Naast het bijdragen aan de studie van de biodiversiteit in het Amazonegebied en de identificatie van nieuwe soorten micro-organismen, zijn training en een betere beheersing in het gebruik van geavanceerde technologieën in de moleculaire biologie dankzij dit onderzoek mogelijk gemaakt, evenals de vooruitgang voor resultaten met praktische toepassingen voor verschillende industriële segmenten.

Silva deelt mee dat de micro-organismen zijn geselecteerd op basis van hun activiteit. 'De meest veelbelovende worden geïdentificeerd door middel van diens morfologie en de moleculaire fylogenie', voegde hij toe.

Agrarische toepassing

Sommige hebben een antimicrobiële werking tegen ziekteverwekkers in de landbouw. Als voorbeeld is gekozen voor producenten van antimicrobiële moleculen met een potentiele toepassing in verschillende landbouwproductieketens, zoals voor de bestrijding van ziektes in de teelt van guaraná (Paullinia cupana), Amazone fruitbomen (cupuaçu, cacao) en groenten.

De beheersing van ziekten in landbouwgewassen kan bijvoorbeeld de productie en het inkomen van kleine en grote boeren verbeteren en ook het gebruik van chemische bestrijdingsmiddelen verminderen, met de daaruit voortvloeiende positieve gevolgen voor het milieu en de menselijke gezondheid.

Er word hierbij gekozen voor micro-organismen die werken bij de productie van enzymen, zoals protease, amylase, lipase en cellulase, die op hun beurt in verschillende industrieën worden toegepast. Cellulasen worden gebruikt voor het verzachten van jeansvezels en voor de cellulose-industrie en ook voor gebruik in bio-ethanol. Lipase wordt, naast toepassing in de textielsector, ook gebruikt bij de productie van wasmiddelen, de leerindustrie en voedingsaroma's. Amylase wordt gebruikt in de voedingsindustrie en protease kent verschillende toepassingen, zoals bij de productie van wasmiddelen en biodiesel.

Ook micro-organismen die werkzaam zijn in de productie van siderofoor (een molecuul die de opname van ijzer uit de grond mogelijk maken) zullen worden onderzocht. Deze siderofoor moleculen vormen stabiele verbindingen met ijzer, waardoor het oplosbaar wordt en door de plant opgenomen kan worden. Er waren ook micro-organismen bij die werkzaam zijn in het oplosbaar maken van fosfaten.

Silva wijst erop dat binnen dit onderzoek geavanceerde technieken geïntegreerd wordt toegepast, zoals een grootschalige sequentiebepaling om volledige genomen te verkrijgen, naast genbewerking via CRISPR-CAS9, gecombineerd met de chemische identificatie van moleculen die door Amazone microbiota worden geproduceerd. "Deze integratie stelt ons in staat om vooruitgang te boeken in de functionele analyse van biochemische routes die gerelateerd zijn aan interessante moleculen en in het verkrijgen van microbiële stammen die hoogwaardige moleculen in grote aantallen produceren, evenals in baanbrekende studies die genomica en chemie integreren", legt hij uit.

De toekomstige toepassing van deze gegevens zal dienen voor de ontwikkeling van bio-producten op basis van microbiota uit het Amazonegebied. Bovendien is het werk van wetenschappelijk belang, waardoor vooruitgang mogelijk is op het gebied van de moleculaire biologie, scheikunde en genomica, toegepast op de microbiologie.

(bron: Embrapa)