Análisis del transcriptoma y proteoma de la cepa Burkholderia zhejiangensis CEIB S4-3 en el proceso de biodegradación del plaguicida paratión metílico

• Autores: Maria Luisa Castrejon Godinez
• Directores de la Tesis: Ma. Laura Ortiz-Hernández (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma del Estado de Morelos ( México ) en 2019
• Idioma: español
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: riaa.uaem.mx
• Resumen

  • Los plaguicidas constituyen una herramienta importante para el desarrollo de la agricultura y su uso ha contribuido a incrementar la producción de alimentos y de materias primas. Sin embargo, la aplicación de plaguicidas puede causar efectos adversos a las diferentes formas de vida y a los ecosistemas, lo cual hace necesario desarrollar tecnologías para garantizar su eliminación de manera eficiente. Entre éstas, se encuentra la remediación biológica por microorganismos, donde las enzimas median la degradación de los contaminantes. Los estudios de biorremediación de plaguicidas se centraban en la caracterización de cepas bacterianas capaces de degradar estos compuestos, actualmente con herramientas como las omicas han permitido analizar la expresión de genes (Transcriptoma) e identificar proteínas (Proteómica) que este involucrados en la degradación de compuestos xenobióticos. En el Laboratorio de Investigaciones Ambientales del Centro de Investigación en Biotecnología, dependiente de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos (UAEM), en el año 2012 Popoca-Ursino aisló la cepa Burkholderia zhejiangensis CEIB S4-3 de muestras de suelo del municipio de Tepoztlán, Morelos. La cepa tiene la capacidad de hidrolizar al plaguicida organofosforado paratión metílico (PM) en tres horas a una concentración de 50 mg/L y degrada completamente al principal metabolito de si hidrólisis p-nitrofenol (PNF) en 15 horas, utilizándolo como fuente de carbono. Este trabajo tuvo como objetivo analizar los cambios transcripcionales y traduccionales de Burkholderia zhejiangensis CEIB S4-3 en presencia y ausencia de paratión metílico. En este trabajo, a través de un enfoque transcriptómico y proteómico, se evaluaron los cambios en la expresión génica y de proteínas durante la hidrólisis PM y la degradación del PNF por Burkholderia zhejiangensis CEIB S4-3, los cuales revelaron cambios diferenciales en la expresión de genes y de proteínas. Los datos transcriptómicos mostraron la sobreexpresión de ocho genes en el tiempo de cero horas, 376 en el tiempo de tres horas y 756 genes en el tiempo de nueve horas en la condición con PM. Por otro lado, en la condición sin PM se obtuvieron cero genes en el tiempo de cero horas, 278 genes en el tiepo de tres horas y 823 en el tiempo de nueves horas. Ademas, los genes catabólicos PNF (pnpABA´E1E2FDC y pnpE1E2FDC) se mostraron sobreexpresados en presencia del PM presentes en Burkholderia zhejiangensis CEIB S4-3. Estos clusters de genes se validaron mediante qRT-PCR la expresión del gen mpd, así como los genes responsables de la degradación de PNF contenidos en los dos grupos, lo que demuestra las rutas de degradación de PNF por la cepa probada en este trabajo. La exposición a PNF activa, en primer lugar, la expresión de los reguladores transcripcionales MarR, e IcIR, que son importantes en la regulación de genes del catabolismo de compuestos aromáticos, así como la expresión de genes que codifican transportadores, permeasas, bombas de eflujo y porinas relacionadas con la resistencia a múltiples fármacos y otros xenobióticos. Por otro lado, en el análisis proteómico se identificaron proteínas en la condición con PM, como peroxirredoxinas, las cuales juegan un papel como enzimas antioxidantes, las cuales pueden estar ayudando contra el daño oxidativo a la bacteria. Además de NAD (+) cinasas las cuales pueden estar neutralizando especies reactivas de oxígeno. Se demostró que la bacteria es capaz de degradar el PNF por las dos rutas reportadas, debido a que se identificó la proteína Hidroquinona 1,2 dioxigenasa la cual está implicada en la ruta de degradación de PNF de las Gram positivas y la proteína Hidroxiquinol 1,2 dioxigenasa implicada en la ruta de degradación de PNF en Gram negativas, y las vías metabólicas como la de la degradación de benzoato y el metabolismo de glioxilato y dicarboxilato presentes en la condición con PM, fortalecen el modelo de degradación de la cepa debido a que utilizan el plaguicida como fuente de carbono.