Registro:
Documento: | Tesis Doctoral |
Título: | Producción de polihidroxialcanoatos en Pseudomonas extremaustralis : análisis del metabolismo en distintas condiciones y su influencia en la adaptabilidad frente al estrés |
Título alternativo: | Production of polyhydroxyalkanoates in Pseudomonas extremaustralis : analysis of metabolism under different conditions and its influence on adaptability to stress |
Autor: | Brito, María Gabriela |
Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
Lugar de trabajo: | Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN)
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Publicación en la Web: | 2024-01-09 |
Fecha de defensa: | 2023-10-19 |
Fecha en portada: | 2023 |
Grado Obtenido: | Doctorado |
Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Química Biológica |
Departamento Docente: | Departamento de Química Biológica |
Director: | López, Nancy Irene |
Consejero: | Zorreguieta, Ángeles |
Jurado: | Vullo, Diana Lía; Cerrutti, Patricia; Ruzal, Sandra Mónica |
Idioma: | Español |
Palabras clave: | PSEUDOMONAS; POLIHIDROXIALCANOATOS; ESTRES; RELACION C/N; PROTEOMICAPSEUDOMONAS; POLYHYDROXYALKANOATES; STRESS; C / N RATIO; PROTEOME |
Formato: | PDF |
Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7426_Brito |
PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7426_Brito.pdf |
Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7426_Brito |
Ubicación: | QUI 007426 |
Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Brito, María Gabriela. (2023). Producción de polihidroxialcanoatos en Pseudomonas extremaustralis : análisis del metabolismo en distintas condiciones y su influencia en la adaptabilidad frente al estrés. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7426_Brito |
Resumen:
Los polihidroxialcanoatos (PHA) son polímeros de reserva de interés como plásticos biodegradables y por su papel en el metabolismo bacteriano. De acuerdo a la longitud de los monómeros que los componen, se clasifican en PHA de cadena corta (PHAcc), entre los que se encuentra el polihidroxibutirato (PHB), y PHA de longitud de cadena media (PHAcm). Los PHAcc y PHAcm poseen distintas propiedades termoplásticas, lo que amplía sus posibles aplicaciones industriales. Pseudomonas extremaustralis es una bacteria procedente de la Antártida, capaz de sintetizar ambos tipos de polímeros debido a la adquisición por transferencia horizontal genética (THG) de genes para la producción de PHAcc. En esta tesis se estudió la producción de PHA en P. extremaustralis en distintas condiciones de cultivo que comprendieron el análisis de distintas fases de crecimiento, de la variación en la relación C/N y la aireación. Se analizó también la relevancia de los distintos tipos de polímero para hacer frente a la radiación ultravioleta A (UVA) y a variaciones de pH. Para ello se utilizaron mutantes en los genes de producción de cada uno de los polímeros y una doble mutante. Se pudo determinar que el desbalance nutricional ejerce más influencia en la producción de PHAcm que en la producción de PHB. El PHB resultó más relevante para sobrellevar la exposición a la radiación UVA y a los cambios de pH en comparación con los PHAcm, mostrando el papel clave del PHB en la fisiología de esta bacteria. Los estudios realizados también permitieron determinar el rango de pH más favorable para la producción de PHA, lo que puede resultar de utilidad para estrategias de producción del polímero o de sus monómeros. Teniendo en cuenta que los genes PHB en P. extremaustralis, adquiridos por THG, resultan claves para la supervivencia se realizó un análisis bioinformático comparativo de estos genes y su entorno, en los genomas de Pseudomonas. Se encontraron genes PHB en varias especies en las que no habían sido reportados previamente, lo que sugiere que los mismos podrían otorgar una ventaja adaptativa, tal como se demostró en P. extremaustralis. Esto tiene especial relevancia en especies patógenas oportunistas humanas, como es el caso de P. aeruginosa, o patógenas de vegetales, por su interés clínico y agrícola, respectivamente. Para analizar los cambios metabólicos que tienen lugar en esta bacteria en condiciones de acumulación de PHA se realizó un análisis proteómico en distintas condiciones de cultivo focalizado en el metabolismo de los PHA y en rutas metabólicas centrales que contribuyen con precursores para su biosíntesis. Se corroboró que las enzimas relacionadas con la producción de PHAcm se sobreexpresan en condiciones desbalanceadas de C/N. La fase estacionaria y la aireación favorecieron la expresión de proteínas involucradas en la biosíntesis de ambos tipos de PHA. Se observó la activación de algunas enzimas que participan en glucólisis (vías de Embden Meyerhof Parnas y Entner Doudoroff), ciclo de Krebs, de las pentosas fosfato, síntesis de novo y β-oxidación de ácidos grasos, así como la sobreexpresión de vías periféricas al ciclo de Krebs que pueden incrementar la diversidad de precursores disponibles para la biosíntesis. En su conjunto esta tesis explora la contribución de los distintos tipos de PHA en la fisiología de P. extremaustralis, pudiéndose identificar condiciones que favorecen la producción de cada uno de ellos. Estos resultados pueden resultar de utilidad para estrategias de producción de los distintos polímeros, sus monómeros o para el empleo de proteínas que participan en su biosíntesis en aplicaciones industriales. Asimismo, la alta resistencia a estrés conferida por los PHA puede contribuir a mejorar el desempeño de microorganismos productores en aplicaciones ambientales tales como la biorremediación o la promoción de crecimiento vegetal.
Abstract:
olyhydroxyalkanoates (PHAs) are interesting storage polymers as biodegradable plastics and also for their role in bacterial metabolism. They are classified according to the length of their monomeric units into short-chain PHAs (PHAcc), among which polyhydroxybutyrate (PHB) is the more common and more studied compound, and medium-chain length PHAs (PHAcm). PHAcc and PHAcm have different thermoplastic properties, which expands their possible industrial applications. Pseudomonas extremaustralis is a bacterium isolated from Antarctica, capable of synthesizing both types of polymers due to the acquisition of PHAcc genes by horizontal gene transfer (THG). This thesis studied PHA production under different culture conditions including different growth phases, variations of the C/N ratio, and aeration. In addition, the relevance of the different types of polymers regarding exposure to ultraviolet radiation (UVA) and pH variations was analyzed. These studies involved the use of mutants in genes involved in the biosynthesis of each type of polymer and a double mutant. The nutrient imbalance exerted more influence on PHAcm than on PHB production. PHB was more relevant for coping with UVA radiation and pH changes compared to PHAcm, showing the key role of PHB in the physiology of this bacterium. The studies allowed the determination of the most favorable pH range for the production of PHA, which could be useful for strategies related to polymer production or its monomers. Considering that the PHB genes in P. extremaustralis, acquired by THG, are crucial for survival, a comparative bioinformatic analysis of the Pseudomonas genomes was performed to search for PHAcc genes and their genomic context. Genes for PHB production were found in several Pseudomonas species where had not been previously reported, suggesting that they might confer an adaptive advantage, as demonstrated in P. extremaustralis. This is especially relevant in opportunistic human pathogenic species, as P. aeruginosa, or in plant pathogens, due to their clinical and agricultural interest, respectively. To analyze the metabolic changes that take place in this bacterium under different PHA accumulation conditions, a proteomic analysis focusing on PHAs metabolism and central metabolic pathways that contribute to precursors for their biosynthesis was carried out. Proteomic results showed that the enzymes related to the production of PHAcm are overexpressed under unbalanced conditions of C/N. The stationary phase and aeration favored the expression of proteins involved in biosynthesis for both types of PHA. Activation of some enzymes involved in glycolysis (Embden Meyerhof Parnas and Entner Doudoroff pathways), the Krebs cycle, pentose phosphates, de novo synthesis, and β-oxidation of fatty acids was observed, as well as the overexpression of peripheral pathways to the Krebs cycle which can increase the diversity of precursors available for biosynthesis. In summary, this thesis explores the contribution of the different types of PHA in the physiology of P. extremaustralis and identifies conditions that favor the production of each one. These results may be useful for production strategies of the different polymers or their monomers, or the use of proteins that participate in their biosynthesis for several industrial applications. Likewise, the high-stress resistance conferred by PHAs may be of interest for the use PHA producing bacteria in environmental applications such as bioremediation or plant growth promotion.
Citación:
---------- APA ----------
Brito, María Gabriela. (2023). Producción de polihidroxialcanoatos en Pseudomonas extremaustralis : análisis del metabolismo en distintas condiciones y su influencia en la adaptabilidad frente al estrés. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7426_Brito
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Brito, María Gabriela. "Producción de polihidroxialcanoatos en Pseudomonas extremaustralis : análisis del metabolismo en distintas condiciones y su influencia en la adaptabilidad frente al estrés". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2023.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7426_Brito
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