Biodegradation of gemfibrozil using filamentous fungi of the genus Cunninghamella

Problem rosnącego zanieczyszczenia wód ksenobiotykami, w tym pozostałościami leków, skłania naukowców do zintensyfikowania prac nad wykorzystaniem naturalnie występujących w środowisku mikroorganizmów w procesach bioremediacji środowiska wodnego.Głównym celem pracy były badania nad biodegradacją mikrobiologiczną leku hipolipemizującego - gemfibrozylu przy udziale grzybów środowiskowych z rodzaju Cunninghamella. Dodatkowo przeprowadzono badania biotransformacji gemfibrozylu w modelu mikrosomalnym oraz w warunkach in silico. W drugim etapie pracy, w celu zweryfikowania bezpieczeństwa mikrobiologicznych produktów biodegradacji, oszacowano ich ekotoksyczność, mutagenność oraz cytotoksyczność.Analiza otrzymanych wyników potwierdziła, że grzyby z rodzaju Cunninghamella posiadają zdolność biodegradacji gemfibrozylu prowadząc do powstania sześciu pochodnych. Ponadto wszystkie szczepy testowe wykazały porównywalną zdolność eliminacji gemfibrozylu, na co wskazują niskie wartości procentowej pozostałości związku macierzystego. Przemiany enzymatyczne zachodzące w komórkach Cunninghamella polegają głównie na hydroksylacji w obrębie pierścienia aromatycznego i dalszych reakcjach utleniania, co jest zgodne z wynikami uzyskanymi w modelu ludzkich mikrosomów oraz in silico. Zasadniczą różnicą jest natomiast główne miejsce hydroksylacji, która w komórkach ludzkich zachodzi najintensywniej w obrębie grupy metylowej w położeniu 5’, natomiast w komórkach grzybów w położeniu 2’.Badania toksyczności powstałych produktów mikrobiologicznej biodegradacji gemfibrozylu wykazały brak mutagenności i cytotoksyczności. Uzyskane produkty odznaczały się także niższą ekotoksycznością niż związek wyjściowy, co potwierdza, że grzyby Cunninghamella mogą mieć potencjalne zastosowanie w procesach mykoremediacji.

The problem of increasing water pollution by xenobiotics, including drug residues, prompts scientists to intensify work on the use of naturally occurring microorganisms in the processes of bioremediation of the aquatic environment.The main purpose of the study was to investigate the microbial biodegradation of the hypolipemic drug gemfibrozil using environmental fungi of the genus Cunninghamella. In addition, gemfibrozil biotransformation studies were conducted in a microsomal model and under in silico conditions. In the second stage of the study, in order to verify the safety of microbial biodegradation products, their ecotoxicity, mutagenicity and cytotoxicity were estimated.Analysis of the obtained results confirmed that fungi of the genus Cunninghamella possess the ability to biodegrade gemfibrozil by leading to the formation of six derivatives. In addition, all test strains showed a comparable ability to eliminate gemfibrozil, as indicated by the low percentages of residual parental compound. The enzymatic biotransformations occurring in Cunninghamella cells mainly involve hydroxylation within the aromatic ring and further oxidation reactions, which is consistent with the results obtained in the human microsome model and in silico study. The primary difference, however, is the main site of hydroxylation, which in human cells occurs most intensively within the methyl group at the 5' position, while in fungal cells at the 2' position.Toxicity studies of the obtained products of gemfibrozil’s microbial biodegradation showed the absence of mutagenicity and cytotoxicity. The obtained derivatives also exhibited lower ecotoxicity than the parental compound, confirming that Cunninghamella fungi may have potential applications in mycoremediation processes.