New insights on mechanisms and barriers against horizontal gene transfer in Thermus thermophilus

• Autores: Carlos Verdú Cano
• Directores de la Tesis: José Berenguer Carlos (dir. tes.), Mario Mencía Caballero (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2023
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 236
• Títulos paralelos:
  • Nuevos conocimientos sobre mecanismos y barreras contra la transferencia horizontal de genes en Thermus thermophilus
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen
  • español

    La bacteria termófila extrema Thermus thermophilus HB27 presenta una maquinaria de transferencia horizontal de genes (HGT) muy activa que le permite una adaptación rápida a cambios en el entorno. Esta maquinaria está compuesta por un eficiente aparato de competencia natural y una maquinaria implicada en un proceso semejante a la conjugación, denominado transjugación. En contraposición, T. thermophilus HB27 presenta también importantes barreras frente a la transferencia de DNA que pueden producir altos niveles de toxicidad cuando se desregulan. A fin de facilitar el estudio in vivo de proteínas tóxicas relacionadas con la HGT, hemos desarrollado un conjunto de termosensores de RNA (RNATs) que permiten una expresión modulada en T. thermophilus, minimizando la toxicidad. Posteriormente, empleamos estos RNATs para el estudio in vivo de proteína implicada en defensa Argonauta (TtAgo) (la cual genera altos niveles de toxicidad), observando que TtAgo parece interaccionar con elementos implicados en la maquinaria de replicación y transformación. También hemos explorado la función fisiológica de TtPrimpol, una DNA primasa-polimerasa codificada en el elemento integrativo conjugativo ICETh2, y su posible implicación en la generación de guías de DNA de cadena sencilla (ssDNA) para TtAgo. A través de la mutación y la cuantificación de pérdida de plásmido hemos observado que, mientras que TtPrimpol parece no ser la única fuente de guías para TtAgo, sí estaría involucrada en el mantenimiento plasmídico. Asimismo, la deleción/pérdida de función del gen codificante de TtPrimpol está siempre relacionado unidireccionalmente con la pérdida de función de un componente principal de la maquinaria de reparación de roturas de cadena doble (DBS) AddAB, resultando en un incremento de la frecuencia de transformación y de la inestabilidad genómica

  • English

    The extreme thermophilic bacterium Thermus thermophilus HB27 presents a very active horizontal gene transfer (HGT) machinery which makes it able to get adapted rapidly to changes in the environment. It is composed by an efficient natural competence apparatus and a conjugation-like mechanism named transjugation. As countermeasures, T. thermophilus HB27 also presents powerful barriers against HGT which can produce high levels of toxicity when deregulated. In order to facilitate the in vivo study of toxic proteins related with HGT, we have developed a set of RNA thermosensors (RNATs) that allow the modulation of gene expression in T. thermophilus, minimizing toxicity. Then we used RNATs for the in vivo study of the defense protein Argonaute (TtAgo) (which produces high levels of toxicity). We observed that TtAgo seems to interact with elements of the replication and transformation machinery. We have also explored the physiological function of TtPrimpol, a DNA primase-polymerase encoded in the integrative and conjugative element ICETh2, and its putative implication in the single strand DNA (ssDNA)-guide generation for TtAgo. Through gene knockouts and plasmid loss quantification we have observed that, whereas TtPrimpol would not be the unique source of guides for TtAgo, it is involved in plasmids maintenance. In addition, the deletion/loss of function of the TtPrimpol coding gene is always related unidirectly with the loss of function of the double strand break (DBS) repair machinery AddAB, resulting in an increase in frequency of transformation and genome instability. These results strongly suggest a relationship between TtPrimpol and AddAB. As a working model, we propose that TtPrimpol´s role is filling small genomic ssDNA gaps that become DBSs during genome replication and, in this way, TtPrimpol modulates the toxicity generated by dsDNA degradation by overactive AddAB