| Summary: | Η έρευνα για τη βιοαφομοίωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα προς την παραγωγή βιομηχανικά χρήσιμων προϊόντων, τα τελευταία χρόνια είχε στο επίκεντρό της τους φωτοσυνθετικούς μικροοργανισμούς. Το πράσινο φως για πιλοτικά συστήματα βιομηχανικής κλίμακας δεν έχει δοθεί ακόμη, λόγω των αποδόσεων και του κόστους συντήρησης της όλης διεργασίας. Έτσι, το ενδιαφέρον έχει μετατοπιστεί στους ακραιόφιλους μικροοργανισμούς, όπως είναι η Moorella thermoacetica και το Clostridium ljungdahlii, οι οποίοι έχουν τη δυνατότητα αφομοίωσης του CO2. Η επιλογή των δύο μικροοργανισμών έγκειται στην υψηλή μεταβολική ευελιξία που εμφανίζουν, σε σχέση με τους άλλους ακραιόφιλους μικροοργανισμούς με το μονοπάτι της μη-φωτοσυνθετικής αφομοίωσης CO2, αλλά κυρίως λόγω των ανακατασκευασμένων μεταβολικών μοντέλων και την πληθώρα δεδομένων μοριακής ανάλυσης.
Η παρούσα εργασία αποτελεί εισαγωγικό κομμάτι του προγράμματος, πάνω στη μελέτη της μη-φωτοσυνθετικής αφομοίωσης εκπομπών CO2 από λιγνιτικές μονάδες της Ελληνικής Δημόσιας Επιχείρησης Ηλεκτρισμού, ΔΕΗ, προς την παραγωγή υψηλής αξίας χημικών (BIOMEK – T1ΕΔΚ00279). Ο μικροοργανισμός που επιλέχθηκε είναι η M. thermoacetica, ένα υποχρεωτικά αναερόβιο, πλήρως αλληλουχημένο, θερμόφιλο, θετικό κατά Gram ακετογόνο, με μικρό γονιδίωμα, γεγονός που το καθιστά ιδανικό για εφαρμογές συνθετικής βιολογίας. Η ανακατασκευή γονιδιωματικής κλίμακας του μεταβολικού δικτύου της, δημοσιεύθηκε το 2015, ωστόσο μέχρι σήμερα δεν υπάρχουν εργασίες πάνω στην ανακατασκευή του δικτύου πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων (protein-protein interaction network, PPI), ένα σημαντικό εργαλείο γνώσης στην καλύτερη κατανόηση της φυσιολογίας του μικροοργανισμού και τη βελτίωση της αναλυτικής του ικανότητας, σε συνδυαστικές ομικές αναλύσεις (multi-omic) κάτω από διάφορες συνθήκες διαθεσιμότητας CO2. Στην παρούσα εργασία, ο βασικός τρόπος ανακατασκευής επιλέχθηκε να είναι η συγκριτική γονιδιωματική ανάλυση, με μικροοργανισμούς των οποίων το δίκτυο πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων έχει ήδη μελετηθεί και ανακατασκευαστεί. Σε αυτό το εγχείρημα καταλυτικό ρόλο έχουν οι βάσεις δεδομένων που περιέχουν εκτεταμένη πληροφορία πάνω στο μικροβιακό γονιδίωμα, και τα εργαλεία που προσφέρουν για περαιτέρω ανάλυση. Έτσι, η εξόρυξη δεδομένων πραγματοποιήθηκε κυρίως από τη βάση δεδομένων μικροβιακών γονιδιωμάτων «Integrated Microbial Genomes» (IMG), έτσι ώστε να προσδιοριστούν οι εξελικτικά γειτονικοί στη M. thermoacetica μικροοργανισμοί με πειραματικά αποδεδειγμένο δίκτυο PPI, και μέσω της εύρεσης των ορθόλογων πρωτεϊνών να προσδιοριστούν οι πιθανώς ενεργές πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις στον μικροοργανισμό ενδιαφέροντος. Για να διευρύνουμε το δίκτυο PPI, στη συγκριτική γονιδιωματική ανάλυση προσθέτουμε και το καλύτερα μελετημένο στη βιβλιογραφία βακτήριο, το Escherichia coli, του οποίου το PPI δίκτυο έχει μελετηθεί και ανακατασκευαστεί. Έτσι, τα δεδομένα της παρούσης εργασίας προέρχονται από τη σύγκριση σε επίπεδο γονιδιώματος μεταξύ της M. thermoacetica, και του Bacillus subtilis και του E. coli. Μέσα από την παρούσα εργασία καταφέραμε να προσδιορίσουμε 12,910 πιθανά ενεργές πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ 2,114 πρωτεϊνών στη M. thermoacetica. Οι μελλοντικοί στόχοι αυτής της μελέτης περιλαμβάνουν τη διεύρυνση του ανακατασκευασμένου δικτύου, μέσω σύγκρισης και με άλλους μικροοργανισμούς αλλά και την ενσωμάτωση του PPΙ δικτύου με το μεταβολικό, έτσι ώστε να ενισχύσουμε την κατανόησή μας για τη μοριακή φυσιολογία του μικροοργανισμού, η οποία αποτελεί παράγοντα κλειδί για την αξιοποίησή του στη βιομηχανική βιοτεχνολογία.
|
|---|
