Caracterização do mecanismo de Quorum Sensing (QS) em Zymomonas Mobilis em resposta ao auto-indutor do tipo 2 (AI-2)

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Juliana de Fatima dos Santos
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFABC
Texto Completo: http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=122990
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Luiz Roberto Nunes
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spelling Caracterização do mecanismo de Quorum Sensing (QS) em Zymomonas Mobilis em resposta ao auto-indutor do tipo 2 (AI-2)TRANSCRIPTÔMICAZYMOMONAS MOBILISQUORUM SENSINGTRANSCRIPTOMEPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOSSISTEMAS - UFABCOrientador: Prof. Dr. Luiz Roberto NunesTese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biossistemas, Sâo Bernardo do Campo, 2022.A bactéria Gram-negativa Zymomonas mobilis apresenta diversas características que a tornam atrativa para a produção industrial de diferentes bioprodutos, incluindo o bioetanol. Técnicas de manipulação genética foram desenvolvidas para esta bactéria, que vem sendo modificada geneticamente e/ou adaptada para trabalhar em sistemas de bioprocessamento integrado, produção de diversos produtos de alto valor agregado além de incorporar fontes alternativas de carbono às suas vias metabólicas. Dessa forma, Z. mobilis vem sendo vista como um microrganismo de grande potencial para a indústria de bioconversão e um melhor entendimento acerca dos mecanismos por ela utilizados para o controle de sua expressão gênica pode auxiliar no desenvolvimento de novas linhagens geneticamente manipuladas, com elevada capacidade de produção industrial. O autoindutor 2 (ou AI-2) é uma das moléculas utilizadas pelas bactérias para desencadear a resposta Quorum Sensing (QS), que ativa a expressão de genes envolvidos em uma série de mecanismos alternativos, quando as células atingem altas densidades populacionais (incluindo bioluminescência, motilidade, formação de biofilme, resistência ao estresse, fatores de patogenicidade, entre outros). Ao contrário da maioria dos autoindutores, o AI-2 pode induzir respostas QS tanto em bactérias Gram-negativas quanto Gram-positivas. Desta forma, esta molécula se apresenta como um sistema trans-específico de comunicação, capaz de afetar até mesmo bactérias que não podem produzir esse autoindutor. Neste trabalho, demonstramos que a bactéria Gram-negativa etanologênica Z. mobilis (não produtora de AI-2) responde ao AI-2 exógeno, modulando a expressão de genes envolvidos em mecanismos tipicamente associados a QS em outras bactérias como motilidade, Reparação de DNA e fixação de nitrogênio. Além disso, o metabolismo de células de Z. mobilis induzidas por AI-2 parece favorecer a produção de etanol sobre o acúmulo de biomassa, provavelmente como uma adaptação à alta demanda energética de fixação de N2. Do ponto de vista ambiental, esta estratégia pode estar ligada a mecanismos de sobrevivência em ambientes altamente competitivos onde Z. mobilis ativa a fixação de nitrogênio para sobreviver em meios escassos desta molécula e se torna mais eficaz na relação de produção glicose-etanol. Com estes achados, são abertas novas possibilidades de empregar AI-2 durante a produção industrial de etanol de segunda geração, como forma de aumentar a fixação de N2 por essas bactérias sem comprometer a produção de etanol.The Gram-negative bacterium Zymomonas mobilis has several characteristics that make it attractive for the industrial production of different bioproducts, including bioethanol. Genetic manipulation techniques were developed for this bacterium, which has been genetically modified and/or adapted to work in integrated bioprocessing systems, producing several products with high added value, in addition to incorporating alternative sources of carbon to its metabolic pathways. Thus, Z. mobilis has been seen as a microorganism of great potential for the bioconversion industry and a better understanding of the mechanisms used by it to control its gene expression can help in the development of new genetically manipulated strains, with high capacity of industrial production. Autoinducer 2 (or AI-2) is one of the molecules used by bacteria to trigger the Quorum Sensing (QS) response, which activates the expression of genes involved in a series of alternative mechanisms when cells reach high population densities (including bioluminescence, motility, biofilm formation, stress resistance, pathogenicity factors, among others). Unlike most autoinducers, AI-2 can induce QS responses in both Gramnegative and Gram-positive bacteria. In this way, this molecule presents itself as a trans-specific communication system, capable of affecting even bacteria that cannot produce this autoinducer. In this work, we demonstrate that the ethanologenic Gram-negative bacterium Z. mobilis (nonAI-2 producing) responds to exogenous AI-2, modulating the expression of genes involved in mechanisms typically associated with QS in other bacteria such as motility, DNA repair and nitrogen fixation. Furthermore, AI-2-induced metabolism of Z. mobilis cells seems to favor ethanol production over biomass accumulation, probably as an adaptation to the high energy demand of N2 fixation. From an environmental point of view, this strategy may be linked to survival mechanisms in highly competitive environments where Z. mobilis activates nitrogen fixation to survive in the scarce media of this molecule and becomes more efficient in the glucose-ethanol production relationship. With these findings, new possibilities are opened to use AI-2 during the industrial production of second-generation ethanol, as a way of increasing N2 fixation by these bacteria without compromising ethanol production.Nunes, Luiz RobertoSpira, BenyRibeiro, César Augusto JoãoArruda, Denise CostaRodrigues, TiagoSilva, Juliana de Fatima dos Santos2022info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf86 f. : il.http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=122990http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=122990&midiaext=80165http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=122990&midiaext=80164Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.br/php/capa.php?obra=122990porreponame:Repositório Institucional da UFABCinstname:Universidade Federal do ABC (UFABC)instacron:UFABCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-08-08T10:36:26Zoai:BDTD:122990Repositório InstitucionalPUBhttp://www.biblioteca.ufabc.edu.br/oai/oai.phpopendoar:2022-08-08T10:36:26Repositório Institucional da UFABC - Universidade Federal do ABC (UFABC)false
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