Till innehåll på sidan
Till KTH:s startsida

Systems biology techniques show high prevalence of post-translational regulation in the cyanobacterium Synechocystis PCC 6803

Tid: Fr 2021-12-17 kl 09.00

Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm

Språk: Engelska

Ämnesområde: Bioteknologi

Respondent: Jan Karlsen , Systembiologi, Science for Life Laboratory, SciLifeLab

Opponent: Professor Martin Hagemann, Universität Rostock

Handledare: Associate Professor Elton Paul Hudson, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH)

Exportera till kalender

QC 2021-11-24

Abstract

Koldioxidutsläpp från mänskliga aktiviteter och utnyttjandet av fossila råvaror har satt jordens klimat ur balans. För förhindra katastrofala konsekvenser på civilisationer och naturliga miljöer behöver vi snarast utveckla alternativa lösningar som baserar sig på förnybara råvaror. En potentiell lösning är att använda genetiskt modifierade cyanobakterier som omvandlar koldioxid och solljus till värdefulla produkter, såsom bränslen och biologiskt nedbrytbar plast. Men dessa uråldriga bakterier har utvecklat ett komplext, robust och självreglerat metaboliskt nätverk för att effektivt omvandla koldioxid till sin egen biomassa, snarare än en främmande kemikalie. Detta begränsar de modifierade cyanobakteriernas produktivitet och möjligheten att använda dem för industriellt bruk. Därför krävs det utökad kunskap om hur deras metabolism är reglerad för att kunna utveckla högproduktiva stammar. Denna undersökning har utnyttjat nyligen utvecklade systembiologi-tekniker för att utforska hur metabolismen regleras i cyanobakterien Synechocystis. Resultaten från den första studien visade att Synechocystis nedreglerar anabola processer genom posttranslationell inaktivering av ribosomer när de svältes på koldioxid. Ribosomprofilering visade att ribosomer som fortfarande var aktiva tillverkade proteiner involverade i koldioxidupptag och stresshantering. Det regulatoriska proteinet thioredoxin TrxC ökade i mängd genom uppreglerad translation och utför möjligen posttranslationell redox-reglering under koldioxidstress. I den andra studien undersöktes dagliga svängningar i transkriptom, translatom och proteom med hjälp av mRNA-sekvensering, ribosomprofilering och kvantitativ proteomik. Ett stabilt proteom observerades, trots signifikanta svängningar i translation. En matematisk modell som beskrev det dynamiska förhållandet mellan proteinsyntes och proteinnivåer i cellen antydde att en långsam proteinomsättning orsakar den observerade effekten. Observationen av ett stabilt proteom antydde att omställningen mellan autotrof och heterotrof metabolism som sker mellan dag och natt regleras på posttranslationell nivå. Den tredje studien undersökte proteomallokeringsstrategier under ljus- och koldioxidbegränsad tillväxt. Integrering av proteomikdata i en cellulär proteinekonomimodell antydde att Synechocystis håller på underutnyttjade proteinreserver. Dessa reserver aktiveras förmodligen av posttranslationell reglering för att snabbt anpassa sig till förändringar i tillväxtmiljön. I den fjärde studien undersöktes posttranslationell reglering av metabolitinteraktioner med hjälp av interaktionsproteomik och enzymkinetiska analyser. Glyceraldehyd-3-fosfat aktiverade enzymet fruktos/sedoheptulosbisfosfatas, vilket föreslår en feedforward-aktiveringsmekanism i Calvin cykeln. AMP hämmar samma enzym, vilket skulle kunna styra glykogenkatabolism under koldioxidsvält. Resultaten och datan från detta arbete kan vägleda framtida forskning och försök att modifiera cyanobakterier för en hållbar produktion av råvarukemikalier.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-305282