Transporte de glucosa en cianobacterias marinasregulación, expresión del transportador y efectos en el proteoma y metaboloma

Resumen

1. Introducción o motivación de la tesis Procholorococcus y Synechococcus dominan numéricamente vastas áreas oceánicas y son los dos organismos fotótrofos oxigénicos más abundantes en la Tierra. Ambos se han convertido en modelo en ecología marina, y son responsables de una parte importante de la producción primaria global. Resultados previos en nuestro grupo demostraron que Prochlorococcus puede transportar glucosa, observando un aumento en la expresión de genes implicados en su metabolización. Posteriormente, se demostró que el gen Pro1404/glcH codifica un transportador de glucosa de cinética bifásica en Prochlorococcus sp. SS120. Además, se detectó transporte de glucosa en poblaciones naturales de Prochlorococcus en el Atlántico. Dado que este gen está presente en todas las estirpes de Prochlorococcus y Synechococcus, decidimos realizar experimentos comparativos que abordaran las capacidades de captación de glucosa en varias estirpes representativas de ambos géneros, sometidas a diferentes concentraciones de glucosa y también a la oscuridad. Utilizando una doble aproximación proteómica y metabolómica, nuestro grupo está realizando estudios encaminados a comparar el efecto de la disponibilidad de glucosa sobre el proteoma y metaboloma de Prochlorococcus y Synechococcus, analizando además el efecto de la oscuridad sobre la expresión de proteínas cuando hay glucosa disponible. 2. Contenido de la investigación Nuestra hipótesis de trabajo es que la mixotrofía confiere una ventaja evolutiva a Procholorococcus frente a otros microorganismos con los que comparte el nicho ecológico (zonas oligotróficas de los océanos). Esta estrategia metabólica podría conferirle una ventaja ecológica adicional, debido a un aporte extra tanto de ATP como de poder reductor, con gran importancia en estirpes que se encuentran en la profundidad ya que la cantidad de luz que reciben es muy escasa para llevar a cabo los procesos fotosintéticos. Por lo tanto, los objetivos fijados en esta tesis doctoral han sido los siguientes: - Comprender el papel del transportador glcH en diferentes grupos de cianobacterias mediante estudios de regulación de glcH en cultivos de Prochlorococcus y Synechococcus sometidos a diferentes condiciones: disponibilidad de glucosa y oscuridad. -Realizar estudios de metabolómica y proteómica en las estirpes más relevantes de Prochlorococcus y Synechococcus. -Estudiar la implicación de diversos aminoácidos del transportador de glucosa Pro1404 de Prochlorococcus sp. SS120 en la cinética del transporte de glucosa. -Purificación la proteína GlcH de Prochlorococcus sp. SS120 tras sobreexpresión de la proteína en E. coli. 3. Conclusión -Los cambios en la expresión de glcH después de la adición de concentraciones crecientes de glucosa indican que Prochlorococcus y Synechococcus detectan estas concentraciones, adaptando la expresión del transportador en consecuencia. -La disminución de la expresión de glcH inducida por la oscuridad muestra la naturaleza activa de la captación de glucosa en las picocianobacterias marinas. Esta disminución es más pronunciada en Prochlorococcus MIT9313. -Los resultados de la metabolómica y la proteómica confirman que Prochlorococcus y Synechococcus absorben y utilizan glucosa. -La adición de una concentración de 5 mM de glucosa condujo a un fuerte cambio metabólico hacia los patrones anabólicos generales en todas las cepas de cianobacterias estudiadas. - El transportador de glucosa de alta afinidad GlcH de Prochlorococcus sp. SS120 ha sido sobreexpresado y purificado. - Se han construido por mutagénesis dirigida dos mutantes en residuos de aminoácidos esenciales del transportador de glucosa GlcH de Prochlorococcus sp. SS120. 4. Bibliografía [1] Guadalupe Gómez-Baena, Antonio López-Lozano, Jorge Gil-Martínez, José Manuel Lucena, Jesús Díez, Pedro Candau, José Manuel García-Fernández. Glucose uptake and its effect on gene expression in Prochlorococcus. PLOS ONE 3, e3416 (2008). [2] María del Carmen Muñoz-Marín, Ignacio Luque, Mikhail V.Zubkov, Polly G. Hill, Jesús Díez, José Manuel García-Fernández. Prochlorococcus can use the Pro1404 transporter to take up glucose at nanomolar concentrations in the Atlantic Ocean. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 110, 8597-8602 (2013). [3] María del Carmen Muñoz-Marín, Guadalupe Gómez-Baena, Jesús Díez, Robert J. Beynon, David González-Ballester, Mikhail V. Zubkov, Jose Manuel García-Fernández. 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