Till innehåll på sidan

Adaptations and constraints associated with autotrophy in microbial metabolism

Tid: Fr 2021-05-07 kl 13.00

Plats: https://kth-se.zoom.us/j/64061878210, Solna (English)

Ämnesområde: Bioteknologi

Respondent: Johannes Asplund Samuelsson , Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Systembiologi, Hudson Lab

Opponent: Professor Costas D. Maranas, The Pennsylvania State University, United States

Handledare: Associate Professor Elton P. Hudson, Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH); Professor Adil Mardinoglu, Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH)

Exportera till kalender

Abstract

Utsläpp av koldioxid (CO2) från mänskliga aktiviteter driver klimatförändringarna, men den stundande krisen skulle kunna mildras av en cirkulär kolekonomi där CO2 som släpps ut återvinns till råvarukemikalier. Autotrofa mikrober kan bidra genom att producera kemikalier, såsom biobränslen, från CO2 och förnybar energi. Den primära naturliga syntesvägen för CO2-fixering är calvincykeln, i vilken enzymet Rubisco karboxylerar ribulos-1,5-bisfosfat. Undersökningen som ligger till grund för denna avhandling använde systembiologiska beräkningsmetoder för att kartlägga anpassningar och begränsningar i autotrof mikrobiell metabolism baserad på calvincykeln. För det första kontrasterades det metaboliska nätverket hos den calvincykelkapabla fotoautotrofa cyanobakterien Synechocystis med det hos heterotrofen E. coli. De intracellulära metabolitkoncentrationerna var olika, vilket ledde till olika kapacitet att bistå med termodynamisk drivkraft till kemiska syntesvägar. För det andra modellerades calvincykeln i Synechocystis kinetiskt, vilket visade att vissa enzymsatureringsnivåer och metabolitkoncentrationer, bland annat hög ribulos-1,5-bisfosfatkoncentration, motverkade stabiliteten. Kontroll över reaktionshastigheter var distribuerad, men ökning av hastigheten hos vissa enzymer, till exempel fruktos-1,6-bisfosfatas, skulle kunna öka den generalla kolfixeringshastigheten. För det tredje svältes Synechocystis på CO2 och ribosomprofilering användes för att följa effekten på translationen. Stressrespons och CO2-upptag uppreglerades, men konstant uttryck av Rubisco och pausning av ribosomer i de icketranslaterade 5'-regionerna indikerade beredskap för ett återuppträdande av CO2. Slutligen jämfördes mikrobiella genom med och utan calvincykeln, vilket avslöjade metaboliska, energetiska, och regulatoriska anpassningar som beskriver egenskaperna hos en funktionell autotrof. Dessa upptäckter ger en bakgrund för framtida studier och ingenjörsmässig design av autotrofer för direkt omvandling av CO2 till råvarukemikalier.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-292437