Producción de polihidroxialcanoatos en Pseudomonas extremaustralis : análisis del metabolismo en distintas condiciones y su influencia en la adaptabilidad frente al estrés - Brito, María Gabriela (2023)
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.