A tuberculose (TB), causada por bactérias do Complexo Mycobacterium tuberculosis (MTBC), é a maior causa de morte humana por um único patógeno no mundo. Um agravante subestimado desta enfermidade é a TB zoonótica causada por membros do MTBC de importância veterinária, como o M. bovis e M. caprae. Descrito primeiramente em 1999, M. caprae é encontrado principalmente em países europeus afetando diferentes animais, incluindo bovinos, caprinos, cervídeos, coelhos, elefantes e etc, sendo responsável por um terço dos casos de TB zoonótica em regiões endêmicas. Ao contrário de M. tuberculosis e M. bovis, pouco se sabe sobre a biologia de M. caprae. Em nosso laboratório, observamos um fenótipo de crescimento limitado durante o cultivo desta espécie in vitro quando comparado a M. tuberculosis e M. bovis, sugerindo que M. caprae apresente alterações metabólicas importantes. Por possuírem uma evolução clonal e genomas altamente similares, com >99.95% de identidade em regiões homólogas, membros do MTBC podem ser analisados por genômica comparativa utilizando M. tuberculosis como referência. Assim, utilizando um banco de dados de 72 genomas de M. caprae, avaliamos a presença de polimorfismos de único nucleotídeo (SNPs), inserções e deleções (Indels) comuns aos genomas desta espécie em relação a M. tuberculosis H37Rv e o impacto destas mutações nas proteínas e no metabolismo de M. caprae. Por fim, propusemos hipóteses sobre a formulação de um meio de cultura específico para M. caprae. Foram detectadas 1.577 variações (SNPs e indels) em pelo menos 95% dos 72 genomas de M. caprae quando comparados a M. tuberculosis H37Rv, traduzindo em um total de 731 proteínas com SNPs não sinônimos ou frameshifts em regiões codificadoras com potencial de afetar a função proteica. Com base no software PROVEAN e assumindo que proteínas com frameshifts perdem sua atividade, 203 (27.77%) dessas proteínas mostraram mutações deletérias para sua função. Essas proteínas potencialmente deletérias conferem lesões metabólicas importantes no metabolismo central de carbono associadas a metabolização do piruvato e ciclos de Krebs e metilmalonil, influenciando diretamente na produção de succinato e moléculas redutoras. Importantes alterações foram também observadas nos metabolismos de colesterol e nitrato, enquanto outras enzimas deletérias eram metabolicamente redundantes. Foi possível também observar mutações deletérias em fatores de virulência e em proteínas relacionadas ao metabolismo de dormência bacteriana. Portanto, hipotetizamos que as mutações descritas neste trabalho afetam diretamente a replicação in vitro e in vivo, e sugerimos uma nova formulação para meio de cultivo baseado em estratégias para aumentar a produção de succinato, e consequentemente fumarato e malato, e combater o estresse oxidativo e o desbalanço de poder redutor. Esse é o primeiro estudo a avaliar o metabolismo de M. caprae e esperamos que esses achados contribuam para a compreensão do metabolismo adaptativo e para melhorar o crescimento dessa espécie in vitro, contribuindo para pesquisas e diagnóstico.

Tuberculosis (TB), which is caused by bacteria of the Mycobacterium tuberculosis Complex (MTBC), is the main cause of human deaths globally, considering a single pathogen. An underestimated aggravation factor regarding TB is the zoonotic TB cases, caused mt members of the MTBC of veterinary relevance, such as Mycobacterium caprae. First described in 1999, M. caprae occurs mainly in European countries and infect different animal species, including cattle, goats, deer, rabbits, elephants, and so on. M. caprae alone is responsible for one third of endemic zoonotic cases of TB. Unlike M. tuberculosis, the biology of M. caprae is not well known or described. In our laboratory it was observed a limited growth phenotype during its in vitro cultivation, in comparison with M. tuberculosis and M. bovis. This finding suggests that M. caprae presents important metabolic alterations. Since MTBC have clonally evolved from a common ancestor and have highly similar genomes, with more than 99,95% of homolog regions identity, member of MTBC can be analyzed by comparative genomic, using M. tuberculosis as reference. Therefore, using a 72 M. caprae database, we evaluated the presence of common single nucleotide polymorphisms (SNPs), insertions and deletions, in comparison with M. tuberculosis H37Rv, and the impact of these mutations on proteins and on the M. caprae metabolism. Finally, we have proposed hypotheses about the formulation of a specific culture medium for M. caprae growth. There were detected 1,577 variations (SNPs and indels) in at least 95% of the 72 M. caprae genomes, compared to M. tuberculosis H37Rv. Likewise 731 proteins with non-synonymous SPNs or frameshifts in coding regions with potential to affect protein function. Based on the PROVEAN software and assuming that the proteins with frameshifts have lost their activity, 203 (27.77%) of these proteins are shown to present deleterious mutation for their functions. These potentially deleterious proteins cause important metabolic lesions in central carbon metabolism and the metabolization of pyruvate, the Krebs cycle, and the methylmalonyl cycle. These alterations directly influence the production of succinate and reducing molecules. Important changes were also observed on cholesterol and nitrate metabolism, while other deleterious enzymes were metabolically redundant. It was also observed some deleterious mutations in virulence factors and in protein related to dormancy metabolism. Thus, here we hypothesize that the mutations here described directly affect in vivo and in vitro replication, and suggest a new formulation for culture medium, based on strategies to enhance succinate production, and consequently fumarate and malate, avoid oxidative stress and reducing power. This is the first study to evaluate M. caprae metabolism and we hope to enhance the comprehension of its adaptive metabolism and its in vitro growth, for research and diagnose purposes.