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Publication
Insights into Polyhydroxyalkanoates (PHAs) in Extremophile Microorganisms: Search for PHA-related genes and PHA accumulation in members of the genus Rubrobacter
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
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Authors
Abstract(s)
This thesis investigates the potential of polyhydroxyalkanoates (PHAs) production by extremophile microorganisms. PHA offers advantages over conventional
fossil-fuel-based plastics due to their biodegradability and bio-based origin. Among extremophiles capable of producing PHA, species of the genus Rubrobacter are
promising contenders and were chosen for this investigation. The research involved a bioinformatic analysis of Rubrobacter genomes, specifically examining the presence of
key genes (phaA, phaB, phaC) belonging to the PHA synthesis pathway. Since only some of the species studied possess the class I PHA synthase, suggested potential differences in PHA synthesis capabilities. Further investigation into the phaC lipase box-like motif, pointed to variations in their conserved region which may also impact the capacity of PHA synthesis by different Rubrobacter species. The synthesis of PHA was then tested experimentally. Thermus medium emerged as the most suitable to grow the organisms and to standardize experimental conditions. Potentiation of PHA accumulation was achieved in a minimal medium supplemented with glucose as a carbon source. With the Sudan Black B method, it was possible to identify the Rubrobacter xylanophilus DSM 9941T, Rubrobacter radiotolerans RSPS-4 and Rubrobacter radiotolerans DSM 5868T species as PHA accumulators. Confirmation of PHA accumulation was achieved through transmission electron microscopy and an indirect PHA detection method. Notably, the presence of the class I PHA synthases in the studied species correlated with successful PHA production, emphasizing its significance and concluding an identification of a link between genomic characteristics and phenotypic outcomes in PHA synthesis within the thermophilic Rubrobacter species studied. Future research should include exploring the specific types of PHA produced by different species and assessing economic viability based on production costs and market demand, which is crucial for commercial use.
Esta tese investiga o potencial de produção de polihidroxialcanoatos (PHAs) por microrganismos extremófilos. O PHA oferece vantagens sobre os plásticos convencionais à base de combustíveis fósseis devido à sua biodegradabilidade e origem biológica. Entre os extremófilos capazes de produzir PHA, as espécies do género Rubrobacter são candidatos promissores e foram escolhidas para esta investigação. A investigação envolveu uma análise bioinformática dos genomas de Rubrobacter, examinando especificamente a presença dos genes-chave (phaA, phaB, phaC) pertencentes à via metabólica de PHA. Uma vez que apenas algumas das espécies estudadas possuem a PHA sintase da classe I, este facto sugere potenciais diferenças nas capacidades de síntese de PHA. Uma pesquisa mais aprofundada na região phaC “lipase box-like motif” apontou também para variações na região conservada, que também podem afetar a capacidade de síntese de PHA nas diferentes espécies de Rubrobacter. A síntese de PHA foi então testada experimentalmente. O meio Thermus destacou-se como o mais adequado para cultivar os organismos e padronizar as condições experimentais. A potenciação da acumulação de PHA foi alcançada num meio mínimo suplementado com glucose como fonte de carbono. Com o método do Sudan Black B, foi possível identificar as espécies Rubrobacter xylanophilus DSM 9941T , Rubrobacter radiotolerans RSPS-4 e Rubrobacter radiotolerans DSM 5868T como acumuladores de PHA. A confirmação da acumulação de PHA foi obtida através de microscopia eletrónica de transmissão e de um método de deteção indireta de PHA. Notavelmente, a presença da PHA sintase da classe I nas espécies estudadas correlacionou-se com a produção bem-sucedida de PHA, enfatizando a sua importância e concluindo a identificação de uma ligação entre as características genómicas e os resultados fenotípicos na síntese de PHA dentro das espécies termofílicas de Rubrobacter estudadas. Pesquisas futuras devem incluir a exploração dos tipos específicos de PHA produzidos por pelas diferentes espécies e a avaliação da viabilidade económica com base nos custos de produção e na procura de mercado, o que é crucial para a sua utilização comercial.
Esta tese investiga o potencial de produção de polihidroxialcanoatos (PHAs) por microrganismos extremófilos. O PHA oferece vantagens sobre os plásticos convencionais à base de combustíveis fósseis devido à sua biodegradabilidade e origem biológica. Entre os extremófilos capazes de produzir PHA, as espécies do género Rubrobacter são candidatos promissores e foram escolhidas para esta investigação. A investigação envolveu uma análise bioinformática dos genomas de Rubrobacter, examinando especificamente a presença dos genes-chave (phaA, phaB, phaC) pertencentes à via metabólica de PHA. Uma vez que apenas algumas das espécies estudadas possuem a PHA sintase da classe I, este facto sugere potenciais diferenças nas capacidades de síntese de PHA. Uma pesquisa mais aprofundada na região phaC “lipase box-like motif” apontou também para variações na região conservada, que também podem afetar a capacidade de síntese de PHA nas diferentes espécies de Rubrobacter. A síntese de PHA foi então testada experimentalmente. O meio Thermus destacou-se como o mais adequado para cultivar os organismos e padronizar as condições experimentais. A potenciação da acumulação de PHA foi alcançada num meio mínimo suplementado com glucose como fonte de carbono. Com o método do Sudan Black B, foi possível identificar as espécies Rubrobacter xylanophilus DSM 9941T , Rubrobacter radiotolerans RSPS-4 e Rubrobacter radiotolerans DSM 5868T como acumuladores de PHA. A confirmação da acumulação de PHA foi obtida através de microscopia eletrónica de transmissão e de um método de deteção indireta de PHA. Notavelmente, a presença da PHA sintase da classe I nas espécies estudadas correlacionou-se com a produção bem-sucedida de PHA, enfatizando a sua importância e concluindo a identificação de uma ligação entre as características genómicas e os resultados fenotípicos na síntese de PHA dentro das espécies termofílicas de Rubrobacter estudadas. Pesquisas futuras devem incluir a exploração dos tipos específicos de PHA produzidos por pelas diferentes espécies e a avaliação da viabilidade económica com base nos custos de produção e na procura de mercado, o que é crucial para a sua utilização comercial.
Description
Keywords
Polihidroxialcanoatos (phas) Extremófilos Rubrobacter Termofílicas Análise bioinformática Análise fenotípica Síntese de pha