Análise transcriptômica da mutante AphaR de Herbaspirillum seropedicae SmR1

Orientador : Prof. Dr. Marcelo Muller dos SantosCoorientadora : Profa. Dra. Leda Satie ShubatsuDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ciências : Bioquímica. Defesa: Curitiba, 20/03/2017Inclui referências : f. 89-89Resumo: O acumulo de rejeitos plásticos no mundo representa na atualidade um dos maiores problemas ambientais. Os "bioplásticos" são compostos com propriedades muito similares aos plásticos que sintetizados por numerosos organismos. Os polihidroxialcanoatos são um tipo de bioplásticos produzidos por diversos grupos de bactérias como estoque de carbono e energia, possuem propriedades termoplásticas, elastoméricas e são resistentes a ruptura. Herbaspirillum seropedicae é uma betaproteobactéria fixadora de nitrogênio também capaz de produzir polihidroxibutirato (PHB). Foram identificados vários genes implicados na biossintesse e formação do grânulo de PHB dentro de bactéria, além dos genes das fasinas phaP, phaP2, encontrou-se o gene phaR que codifica para uma proteína reguladora PhaR, a qual se liga ao DNA na região de vários genes implicados na biossíntese de PHB. Em estudos prévios feitos pelo grupo de Fixação Biológica de Nitrogênio da Universidade Federal do Paraná foi gerado o mutante ?phaR derivado da estirpe parental SmR1 que apresentou uma dinâmica de produção de PHB diferente na estirpe selvagem SmR1, neste projeto foi estudado o perfil transcriptómico do mutante ?phaR de H. seropedicae comparando os níveis de expressão dos genes com a estirpe selvagem propondo uma possível via de regulação da proteína repressora PhaR, também foi avaliado o crescimento do mutante em diferentes fontes de carbono e a produção de PHB. O mutante ?phaR apresentou uma diminuição na produção de PHB e diferenças no perfil de crescimento em meio com galactose respeito à estirpe parental SmR1. Na avaliação transcriptômica foram encontrados sobre expressos genes envolvidos na síntese de ácidos graxos assim enquanto transportadores de aminoácidos ramificados e acetaldeído desidrogenase tiveram a sua expressão diminuida; revelando um possível redirecionamento do Acetil-coA que não está sendo empregado na síntese de PHB. Além disso, foi encontrado sobre expresso um gene que codifica para uma proteína envolvida no estresse oxidativo enquanto genes que codificam para o complexo IV da cadeia respiratória tiveram a sua expressão diminuída, indicando uma possível resposta ao estresse gerado pelo acumulo de fatores redutores como NADH. Genes envolvidos no metabolismo de galactose tiveram a sua expressão aumentada, enquanto vários reguladores transcricionais, entre eles um envolvido no metabolismo de arabinose araC, tiveram expressão diminuída. Foi demostrado também o papel de PhaR como regulador de fasinas já que ambos genes tiveram a sua expressão aumentada. Palavras chave: Polihidroxibutirato, Transcriptoma, Herbaspirillum seropedicae, repressor, expressão genética.Abstract: Worldwide plastic waste accumulation is one of the main issues to address today, current alternatives are based on the development of new materials that can be easily degraded biologically in short periods without any contamination. "Bioplastics" are compounds whose properties are very similar to oil derived plastics but they are synthetized by living organisms. Polyhydroxyalkanoates are compounds related to bioplastics produced by several bacteria as an energy and carbon storage. They have good thermoplastics and elastomeric properties and are resistant to break. Herbaspirillum seropedicae it's a nitrogen fixating betaproteobacteria, also able to produce Polyhydroxybatyrate (PHB). There were identified several genes involved in PHB synthesis and granule formation, besides the phasins genes phaP1, phaP2, there was found the phaR gene that codifies a regulatory protein PhaR, wich is able to bind DNA in several regions of genes involved in PHB synthesis. In previous studies developed by the Nitrogen Fixation Group of the Universidade Federal do Paraná the ?phaR mutant was constructed from the parental strain SmR1, this mutant showed differences in the PHB production when compared to the wild type SmR1, in this work the transcriptomic profile of the ?phaR mutant was studied and the levels of expression compared with the wild type SmR1, a possible regulation pathway of the PhaR protein was proposed, also the growth dynamics in different carbon sources and PHB production was assayed. The ?phaR mutant showed a decreased in PHB production, and differences in growth patterns when grown in galactose. The transcriptomic profile showed an over expression of genes involved in fatty acid biosynthesis whereas there was a decrease on the expression of branched chain aminoacids and acetaldehyde dehydrogenase genes, this shows a possible path for redirecting Acetil-coA surplus because of low PHB production. Besides, there were found over expressed genes involved in oxidative stress whereas transcription of genes responsible for the synthesis of complex IV of the respiratory chain were decreased, indicating a possible response to stress generated for excess of NADH. Genes involved in galactose metabolism had an augmented expression in the ?phaR mutant whereas genes involved in transcription regulation included araC, a regulator of the arabinose metabolism presented a decrease on its transcription. It was demonstrated also the role of PhaR as a phasin regulator since both phasins presented an augmented transcription. Keywords: Polyhydroxibutyrate, Transcriptome, Herbaspirillum seropedice, repressor, gene expression