Estudio de los metalorreguladores Fur en la bacteria extremófila Chromohalobacter salexigens: implicación en la homeostasis del hierro y en la síntesis de ectoínas

• Autores: Emilia Naranjo Fernández
• Directores de la Tesis: Montserrat Argandoña Bertrán (dir. tes.), Carmen Vargas Macías (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2021
• Idioma: español
• Número de páginas: 315
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen

  • Chromohalobacter salexigens es un microorganismo extremófilo modelo de máximo interés y aplicabilidad en Biotecnología Microbiana, ya que sintetiza en respuesta a estrés osmótico y/o por temperatura, los solutos compatibles ectoína e hidroxiectoína, compuestos con propiedades estabilizadoras por lo que son de gran interés en Dermofarmacia, Biología Molecular, Agricultura o Biomedicina. La síntesis de ectoínas y su regulación es un proceso en el que intervienen complejos mecanismos transcripcionales y postranscripcionales, además de la implicación de reguladores globales y específicos. Por otro lado, se ha puesto de manifiesto la importancia de la regulación de la homeostasis del hierro en la adaptación a la salinidad, y por tanto en la síntesis de estos solutos. Así, el regulador global Fur es el encargado de mantener un control preciso de los niveles de hierro intracelulares existiendo, en C. salexigens, dos parálogos pertenecientes a la superfamilia Fur, Fur1 y Fur2. Además, para poder sintetizar la cantidad necesaria de estos solutos en condiciones de estrés, en C. salexigens se produce una adaptación metabólica en función de la salinidad y temperatura, ya que la síntesis de ectoínas depende de intermediarios procedentes de rutas del metabolismo central. Así, para poder dilucidar posibles modificaciones genéticas que permitan la obtención de cepas mejoradas en la producción de estos compuestos, se hace necesario un estudio más global e integrado tanto del metabolismo, como de los reguladores implicados en dicho proceso, así como de otros factores ambientales que puedan intervenir. En los últimos años se ha desarrollado un modelo metabólico de C. salexigens a escala genómica, que permitirá la predicción de estrategias de Ingeniería Metabólica para optimizar la producción de ectoínas en este microorganismo. Para la mejora de este modelo se está desarrollando un modelo de regulación que integre tanto las redes de señalización como las redes transcripcionales responsables de la adaptación metabólica y de la síntesis de ectoínas. Para ello se hace necesario el estudio, tanto a nivel molecular como global, de reguladores clave, como son los metalorreguladores Fur. En este trabajo se ha profundizado en el estudio sobre la homeostasis del hierro y su relación con la salinidad y temperatura, así como de su regulación, poniendo de manifiesto la importancia del hierro en la osmo- y termoadaptacion, y, por tanto, en la acumulación de solutos compatibles en C. salexigens. Además, se profundizado en la caracterización molecular de los dos metalorreguladores globales de la familia Fur, Fur1 y Fur2. Nuestro estudio ha demostrado que ambos están implicados en la regulación de la homeostasis del hierro, en función de salinidad y temperatura, así como en la osmo y termoadaptación, mediante el control transcripcional de la síntesis de ectoínas, pudiendo actuar tanto como activadores o inhibidores según la salinidad, temperatura y concentración de hierro extracelular. Esta conexión entre la homeostasis del hierro, la adaptación a elevada temperatura y la síntesis de solutos compatibles, es de especial relevancia, ya que se ha descrito en muy pocos organismos. En relación a su influencia a nivel global, experimentos de RNAseq en diferentes condiciones de salinidad, muestran que la eliminación tanto de fur1 como de fur2 afectó a la expresión del 40% de los genes, tanto a baja como a elevada salinidad, todos ellos pertenecientes a distintas categorías funcionales COG, mostrando el gran impacto sobre la fisiología de C. salexigens de ambos reguladores Fur. Entre los genes afectados, destacan los más de 50 genes que codifican reguladores transcripcionales, entre ellos algunos factores Sigma, sugiriendo que tanto Fur1 como Fur2 son reguladores globales, pero además sugiere su posición en un nivel superior dentro de la jerarquía de regulación, lo que explicaría el elevado número de genes que se ven afectados en su expresión. Por otro lado, uno de los aspectos más destacados que revelaron los estudios de RNAseq fue la implicación de los reguladores Fur en el metabolismo central. Así los genes relacionados con la respuesta metabólica controlados por el regulador Fur1 fueron 278 genes a baja salinidad y 255 genes a elevada salinidad, mientras que en relación al regulador Fur2, se observaron 254 genes diferencialmente expresados a baja salinidad, frente a los 187 genes a elevada salinidad. Las rutas donde se concentraron el mayor número de genes afectados fueron aquellas relacionadas con el metabolismo energético, el metabolismo de aminoácidos y el metabolismo de carbohidratos. Además, se ha observado que ambos reguladores también intervienen de forma importante en el control de procesos de transporte y metabolismo del hierro y zinc en función de las condiciones de salinidad, así como en la osmoadaptación, ya que parece que ambos reguladores intervienen no sólo en la síntesis, sino también en el transporte y degradación de los principales solutos compatibles, entre ellos las ectoínas. Por todo ello, los reguladores Fur1 y Fur2 se pueden postular como reguladores globales de la bacteria C. salexigens, implicados no solo en el control del metabolismo de las ectoínas, sino también en la adaptación metabólica y fisiológica de dicha bacteria a la osmolaridad del medio.