Genome-scale metabolic modelling of an extremophile microbial community

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Nunes, Rui Ricardo Barros
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1822/87188
Resumo: Dissertação de mestrado em Bioinformatics
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spelling Genome-scale metabolic modelling of an extremophile microbial communityAcidithiobacillus caldus SM-1Acidimicrobium ferrooxidans DSM 10331ExtremophilesGenome-scale metabolic modelMicrobial communityBiominingEngenharia e Tecnologia::Biotecnologia IndustrialDissertação de mestrado em BioinformaticsBiomining offers an ecological alternative to the standard mining practices by using ex tremophiles that can endure elevated temperatures and low pH values. Several studies have been performed using Acidithiobacillus caldus SM-1 and Acidimicrobium ferrooxidans DSM 10331, suggesting that these bacteria in a community offer several advantages in bioleaching environ ments. Genome-Scale Metabolic (GSM) models simulate the organisms’ metabolism through constraint based approaches. Therefore, the reconstruction of GSM models for A. caldus and A. ferroox idans and their integration into a community will offer, besides valuable insights into their metabolism, a unique perspective on the potential interaction mechanisms between the two organisms within the community. In this work, we developed manually curated GSM models for A. caldus with 416 genes, 846 reactions and 646 metabolites, and A. ferrooxidans with 408 genes, 817 reactions and 640 metabolites. Both models were reconstructed using the user-friendly software merlin. We performed the functional annotation of both organisms’ genomes to identify their metabolic characteristics, which allowed generating a draft of the metabolic network. Manual curation efforts through literature, genomic information, phylogenetically close organisms and biological databases allowed refining the metabolic network. Furthermore, the models were validated using Cobrapy and Mewpy which allowed analysing flux distribution and interactions in different environmental conditions, and the results were compared with the literature and experimental data. Lastly, the community model was built using the organisms’ validated GSM models. In silico phenotypic simulations of the community model revealed that A. caldus exchanged lipid-production related compounds whilst A. ferrooxidans donated hydrogen sulfide assisting the former with its more complex sulfur metabolism. Moreover, the results suggest a more significant influence of A. ferrooxidans in the community’s growth rate whilst A. caldus assists A. ferrooxidans in biomass production. These models can serve as a starting point to study and model the community’s behaviour in several bioleaching conditions.A biomineração oferece uma alternativa ecológica às práticas de mineração comuns através do uso de extremófilos que são capazes suportar elevadas temperaturas e baixos valores de pH. Vários estudos foram realizados usando os microrganismos Acidithiobacillus caldus SM-1 e Acidimicrobium ferrooxidans DSM 10331 em comunidade, sugerindo várias vantagens em ambientes de biolixiviação. Os modelos metabólicos à escala genómica permitem a modelação do metabolismo através de abordagens baseadas em restrições. Portanto, a construção de uma comunidade com contendo o modelo da A. caldus e outro da A. ferrooxidans poderá oferecer novas perspetivas sobre os seus respetivos metabolismos, assim como sobre os mecanismos de interação entre os dois organismos dentro da comunidade. Neste trabalho, foram reconstruídos dois modelos metabólicos à escala genómica com um elevado nível de curação manual utilizando a ferramenta merlin. O modelo da A. caldus conta com 416 genes e 846 reações enquanto que o da A. ferrooxidans possuí 408 genes e 817 reações. Os modelos foram funcionalmente anotados a fim de identificar as características metabólicas dos organismos, gerando um esboço da rede metabólica. Esta rede metabólica foi depois curada manualmente a fim de a refinar. Para isto foi usado informação presente na literatura, dados genómicos, organismos filogeneticamente próximos e bases de dados biológicas. Posteriormente, os modelos foram validados através de uma análise da distribuição de fluxo com diferentes condições ambientais e os resultados foram comparados com a literatura e dados experimentais. Por fim, o modelo da comunidade foi construído usando os modelos validados dos dois organismos. Simulações fenotípicas in silico do modelo da comunidade revelaram uma troca de compostos relacionados com produção de lípidios por parte da A. caldus, enquanto A. ferrooxidans doou sulfato de hidrogénio, auxiliando o primeiro no seu metabolismo de enxofre mais complexo. Por fim, os resultados sugerem uma maior influência de A. ferrooxidans na taxa de crescimento da comunidade enquanto que A. caldus auxilia o primeiro na produção de biomassa.Dias, OscarUniversidade do MinhoNunes, Rui Ricardo Barros2022-05-252022-05-25T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/87188eng203381564info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-11T01:16:38Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/87188Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T22:37:53.667180Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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