Isolation and characterization of Acidiphilium sp. PM, a nickel-resistant electricigen from Río Tinto
Author
San Martín Úriz, PatxiAdvisor
Amils Pibernat, RicardoEntity
UAM. Departamento de Biología Molecular; Centro de Astrobiología (CAB)Date
2015-03-13Subjects
Bacterias - Río Tinto - Tesis doctorales; Río Tinto - Microbiología - Tesis doctorales; Biología y Biomedicina / BiologíaNote
Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Biología Molecular. Fecha de lectura: 13-03-2015Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.
Abstract
Acidiphilium is a conspicuous member of acidic environments, where it grows
heterotrophically using O2 and Fe3+ as electron acceptors. In 2008, a Río Tinto Acidiphilium
isolate was identified that coupled glucose oxidation with direct transfer of electrons to
graphite electrodes even in the presence of oxygen. This opened the door to the use of
aerobic anodes in microbial fuel cells, which would greatly simplify their design. This PhD
thesis is part of a long-term, trans-disciplinar, multi-laboratory plan to characterize this
Acidiphilium isolate.
As part of this thesis, the genome of Acidiphilium sp. PM has been sequenced and
annotated and its metabolism has been partially reconstructed. This has allowed the
identification of central metabolic pathways and has permitted comparative genomic studies
with other Acidiphilium strains. In addition, a DNA genomic microarray has been constructed
that enables whole-genome transcriptional studies as well as comparative genomic
hybridizations.
Furthermore, this work has seeked to characterize Acidiphilium sp. PM resistance to
heavy metals. In particular, its remarkable ability to withstand Ni has been examined using
different approaches. On the one hand, a functional screening of a genomic library of
Acidiphilium sp. PM allowed the identification of Ni-resistance determinants. On the other
hand, whole-genome transcriptomics and proteomics revealed the rapid programmed
response triggered by Ni, which ultimately leads to cell growth arrest. Differential gene
expression analysis also allowed the identification of certain enzymes as potential primary
targets of Ni toxicity. Acidiphilium es un habitante habitual de ambientes ácidos, donde crece
heterotróficamente usando O2 y Fe3+ como aceptores de electrones. En 2008, se aisló de Río
Tinto una cepa de Acidiphilium capaz de acoplar la oxidación de glucosa con la transferencia
directa de electrones a electrodos de grafito. Este descubrimiento abrió la puerta al uso de
ánodos aerobios en pilas de combustible microbianas, lo que simplificaría significativamente
su diseño. Esta tesis forma parte de un plan a largo plazo llevado a cabo por un grupo
transdisciplinar de laboratorios que intenta caracterizar en profundidad esta cepa.
Como parte de esta tesis, el genoma de Acidiphilium sp. PM ha sido secuenciado y
anotado y su metabolismo ha sido parcialmente reconstruido. Esto ha permitido la
identificación de rutas del metabolismo central y la comparación del genoma de Acidiphilium
sp. PM con los de otras cepas del género. Además, se ha construído un microarray de ADN
genómico que permite realizar estudios transcripcionales a nivel de todo el genoma, así como
hibridaciones comparativas entre genomas.
Por otra parte, este trabajo ha perseguido caracterizar la resistencia de Acidiphilium
sp. PM a metales pesados. En concreto, se ha examinado su inusual capacidad de resistir Ni
mediante distintas metodologías. Por un lado, el análisis funcional de una librería genómica
de Acidiphilium sp. PM ha permitido identificar genes involucrados en resistencia a Ni. Por
otro lado, estudios de transcriptómica y proteómica a nivel de todo el genoma han revelado
que el Ni desencadena una rápida respuesta programada que, en última instancia, lleva a una
parada del crecimiento celular. Los análisis de expresión diferencial de genes también han
llevado a la identificación de varias enzimas como potenciales dianas principales de la
toxicidad causada por el Ni.
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