Μελέτη της διεργασίας μη φωτοσυνθετικής αφομοίωσης CO2 από ακραιόφιλα βακτήρια με μεθόδους δικτυακής βιολογίας
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο και για τους σκοπούς του ερευνητικού έργου «Αξιοποίηση εκπομπών λιγνιτικών μονάδων σε διεργασίες βιομετατροπής προς καύσιμα και ειδικά χημικά – ΒΙΟΜΕΚ Τ1ΕΔΚ-00279», το οποίο αφορά στη διερεύνηση της δυνατότητας χρήσης ακραιόφιλων μικροοργανι...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/15853 |
| id |
nemertes-10889-15853 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Μεταβολικό μονοπάτι Αφομοίωση CO2 Βιολογικές βάσεις δεδομένων Wood Ljungdahl Metabolic pathway Moorella thermoacetica CO2 fixation Biological databases |
| spellingShingle |
Μεταβολικό μονοπάτι Αφομοίωση CO2 Βιολογικές βάσεις δεδομένων Wood Ljungdahl Metabolic pathway Moorella thermoacetica CO2 fixation Biological databases Τομάρας, Ανάργυρος Μελέτη της διεργασίας μη φωτοσυνθετικής αφομοίωσης CO2 από ακραιόφιλα βακτήρια με μεθόδους δικτυακής βιολογίας |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο και για τους σκοπούς του ερευνητικού έργου «Αξιοποίηση εκπομπών λιγνιτικών μονάδων σε διεργασίες βιομετατροπής προς καύσιμα και ειδικά χημικά – ΒΙΟΜΕΚ Τ1ΕΔΚ-00279», το οποίο αφορά στη διερεύνηση της δυνατότητας χρήσης ακραιόφιλων μικροοργανισμών, που διαθέτουν το μονοπάτι μη φωτοσυνθετικής αφομοίωσης του διοξειδίου του άνθρακα – μονοπάτι Wood – Ljungdahl -, για την βιομετατροπή των αέριων εκπομπών λιγνιτικών μονάδων προς αξιοποιήσιμα οργανικά μόρια. Τα βακτήρια που διαθέτουν αυτή τη λειτουργία και έχουν χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές βιοτεχνολογικού ενδιαφέροντος στη βιβλιογραφία είναι τα ακετογόνα, και πιο συγκεκριμένα το βακτήριο Moorella thermoacetica. Κύριος στόχος της παρούσας εργασίας ήταν να καταγραφούν τα χαρακτηριστικά των βακτηρίων που διαθέτουν αυτή τη διεργασία και χρησιμοποιώντας βιολογικές βάσεις δεδομένων και εργαλεία συγκριτικής γονιδιωματικής και βιοπληροφορικής να διερευνηθεί η ύπαρξη άλλων μικροοργανισμών, που δεν έχουν μελετηθεί εκτενώς, που διαθέτουν αυτή τη λειτουργία και μπορούν να αποτελέσουν στόχους βιοτεχνολογικής αξιοποίησης.
Στο πλαίσιο αυτό, πραγματοποιήθηκε αρχικά εκτενής μελέτη του μεταβολικού μονοπατιού Wood – Ljungdahl, ως προς τον μηχανισμό λειτουργίας των ενζύμων που το απαρτίζουν και των μεταξύ τους συνεργασιών και αλληλεπιδράσεων. Επιπλέον, καταγράφηκαν οι κατηγορίες των ακραιόφιλων οργανισμών και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους, καθώς και ποιες είναι οι πιθανότητες να φέρουν τη λειτουργία του μονοπατιού Wood – Ljungdahl. Πιο ειδικά, μελετήθηκε ως προς αυτά τα χαρακτηριστικά το ακραιόφιλο βακτήριο M. thermoacetica, που χρησιμοποιήθηκε και ως βάση σε κάποιες μελέτες συγκριτικής γονιδιωματικής. Για την εύρεση οργανισμών, που φέρουν πιθανά το μονοπάτι Wood – Ljungdahl, χρησιμοποιήθηκαν πληροφορίες από τις βιολογικές βάσεις GenBank, UniProt, τη βάση μεταβολικών μονοπατιών KEGG και τη βάση γενετικών δεδομένων μικροοργανισμών JGI-IMG/M. Από την παραπάνω αναζήτηση, προέκυψαν 69 είδη ακραιόφιλων βακτηρίων από 21 γένη, που κατηγοριοποιήθηκαν ως προς ένα σύνολο κριτηρίων για την πιθανότητα να φέρουν ολόκληρο και με την καταβολική του κατεύθυνση το μεταβολικό μονοπάτι Wood – Ljungdahl. Για τα βακτήρια που πληρούσαν τα κριτήρια (13 είδη από 5 γένη), αναζητήθηκε περαιτέρω πληροφορία στη βιβλιογραφία, εάν έχει δειχθεί πειραματικά η δυνατότητα να ενεργοποιούν το εν λόγω μονοπάτι και προτείνονται ως πιθανοί στόχοι βιοτεχνολογικής εκμετάλλευσης και περαιτέρω πειραματικής διερεύνησης για τις συνθήκες στις οποίες πρέπει να αναπτυχθούν για να μπορούν να αξιοποιηθούν ως προς αυτή τη λειτουργία. |
| author2 |
Tomaras, Anargyros |
| author_facet |
Tomaras, Anargyros Τομάρας, Ανάργυρος |
| author |
Τομάρας, Ανάργυρος |
| author_sort |
Τομάρας, Ανάργυρος |
| title |
Μελέτη της διεργασίας μη φωτοσυνθετικής αφομοίωσης CO2 από ακραιόφιλα βακτήρια με μεθόδους δικτυακής βιολογίας |
| title_short |
Μελέτη της διεργασίας μη φωτοσυνθετικής αφομοίωσης CO2 από ακραιόφιλα βακτήρια με μεθόδους δικτυακής βιολογίας |
| title_full |
Μελέτη της διεργασίας μη φωτοσυνθετικής αφομοίωσης CO2 από ακραιόφιλα βακτήρια με μεθόδους δικτυακής βιολογίας |
| title_fullStr |
Μελέτη της διεργασίας μη φωτοσυνθετικής αφομοίωσης CO2 από ακραιόφιλα βακτήρια με μεθόδους δικτυακής βιολογίας |
| title_full_unstemmed |
Μελέτη της διεργασίας μη φωτοσυνθετικής αφομοίωσης CO2 από ακραιόφιλα βακτήρια με μεθόδους δικτυακής βιολογίας |
| title_sort |
μελέτη της διεργασίας μη φωτοσυνθετικής αφομοίωσης co2 από ακραιόφιλα βακτήρια με μεθόδους δικτυακής βιολογίας |
| publishDate |
2022 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/15853 |
| work_keys_str_mv |
AT tomarasanargyros meletētēsdiergasiasmēphōtosynthetikēsaphomoiōsēsco2apoakraiophilabaktēriamemethodousdiktyakēsbiologias AT tomarasanargyros nonphotosyntheticco2assimilationprocessanalysisinextremophilebacteriausingnetworkbiologymethods |
| _version_ |
1771297130833510400 |
| spelling |
nemertes-10889-158532022-09-05T05:00:03Z Μελέτη της διεργασίας μη φωτοσυνθετικής αφομοίωσης CO2 από ακραιόφιλα βακτήρια με μεθόδους δικτυακής βιολογίας Non-photosynthetic CO2 assimilation process analysis in extremophile bacteria using network biology methods Τομάρας, Ανάργυρος Tomaras, Anargyros Μεταβολικό μονοπάτι Αφομοίωση CO2 Βιολογικές βάσεις δεδομένων Wood Ljungdahl Metabolic pathway Moorella thermoacetica CO2 fixation Biological databases Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο και για τους σκοπούς του ερευνητικού έργου «Αξιοποίηση εκπομπών λιγνιτικών μονάδων σε διεργασίες βιομετατροπής προς καύσιμα και ειδικά χημικά – ΒΙΟΜΕΚ Τ1ΕΔΚ-00279», το οποίο αφορά στη διερεύνηση της δυνατότητας χρήσης ακραιόφιλων μικροοργανισμών, που διαθέτουν το μονοπάτι μη φωτοσυνθετικής αφομοίωσης του διοξειδίου του άνθρακα – μονοπάτι Wood – Ljungdahl -, για την βιομετατροπή των αέριων εκπομπών λιγνιτικών μονάδων προς αξιοποιήσιμα οργανικά μόρια. Τα βακτήρια που διαθέτουν αυτή τη λειτουργία και έχουν χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές βιοτεχνολογικού ενδιαφέροντος στη βιβλιογραφία είναι τα ακετογόνα, και πιο συγκεκριμένα το βακτήριο Moorella thermoacetica. Κύριος στόχος της παρούσας εργασίας ήταν να καταγραφούν τα χαρακτηριστικά των βακτηρίων που διαθέτουν αυτή τη διεργασία και χρησιμοποιώντας βιολογικές βάσεις δεδομένων και εργαλεία συγκριτικής γονιδιωματικής και βιοπληροφορικής να διερευνηθεί η ύπαρξη άλλων μικροοργανισμών, που δεν έχουν μελετηθεί εκτενώς, που διαθέτουν αυτή τη λειτουργία και μπορούν να αποτελέσουν στόχους βιοτεχνολογικής αξιοποίησης. Στο πλαίσιο αυτό, πραγματοποιήθηκε αρχικά εκτενής μελέτη του μεταβολικού μονοπατιού Wood – Ljungdahl, ως προς τον μηχανισμό λειτουργίας των ενζύμων που το απαρτίζουν και των μεταξύ τους συνεργασιών και αλληλεπιδράσεων. Επιπλέον, καταγράφηκαν οι κατηγορίες των ακραιόφιλων οργανισμών και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους, καθώς και ποιες είναι οι πιθανότητες να φέρουν τη λειτουργία του μονοπατιού Wood – Ljungdahl. Πιο ειδικά, μελετήθηκε ως προς αυτά τα χαρακτηριστικά το ακραιόφιλο βακτήριο M. thermoacetica, που χρησιμοποιήθηκε και ως βάση σε κάποιες μελέτες συγκριτικής γονιδιωματικής. Για την εύρεση οργανισμών, που φέρουν πιθανά το μονοπάτι Wood – Ljungdahl, χρησιμοποιήθηκαν πληροφορίες από τις βιολογικές βάσεις GenBank, UniProt, τη βάση μεταβολικών μονοπατιών KEGG και τη βάση γενετικών δεδομένων μικροοργανισμών JGI-IMG/M. Από την παραπάνω αναζήτηση, προέκυψαν 69 είδη ακραιόφιλων βακτηρίων από 21 γένη, που κατηγοριοποιήθηκαν ως προς ένα σύνολο κριτηρίων για την πιθανότητα να φέρουν ολόκληρο και με την καταβολική του κατεύθυνση το μεταβολικό μονοπάτι Wood – Ljungdahl. Για τα βακτήρια που πληρούσαν τα κριτήρια (13 είδη από 5 γένη), αναζητήθηκε περαιτέρω πληροφορία στη βιβλιογραφία, εάν έχει δειχθεί πειραματικά η δυνατότητα να ενεργοποιούν το εν λόγω μονοπάτι και προτείνονται ως πιθανοί στόχοι βιοτεχνολογικής εκμετάλλευσης και περαιτέρω πειραματικής διερεύνησης για τις συνθήκες στις οποίες πρέπει να αναπτυχθούν για να μπορούν να αξιοποιηθούν ως προς αυτή τη λειτουργία. This Master's thesis was carried out in the context and to fulfill objectives of the national research project «Bioconversion of lignite power plant emissions to fuels and fine chemicals – ΒΙΟΜΕΚ Τ1ΕΔΚ-00279». The BIOMEK project aims at investigating the use of extremophile bacteria, which carry the non-photosynthetic carbon dioxide fixation pathway Wood – Ljungdahl, for the bioconversion of CO2 emissions from lignite plants towards production of added-value chemicals. Acetogens are bacteria that carry this pathway and have been used in biotechnological applications as reported in the literature, with Moorella thermoacetica being mainly used in recent studies. The main objectives of this diploma thesis research was to provide a comprehensive review of the major characteristics of the bacteria that can carry the Wood – Ljungdahl pathway, and based on these, to use biological databases, comparative genomics and bioinformatics tools in order to identify other microorganisms among those which have not been extensively studied yet, which may carry this function and could be potential targets of biotechnological interest. In this context, a comprehensive study of the Wood – Ljungdahl metabolic pathway was carried out with respect to the enzymatic mechanisms that it contains, their synergistic activity and interaction. Furthermore, the major classes of extremophile bacteria were documented, recognizing those that carry the function of the Wood – Ljungdahl pathway, in which direction and under which physiological conditions. Specific attention was paid to the characteristics of the extremophile M. thermoacetica, which were used as the basis for comparative genomic studies to identify other microorganisms of similar features with respect to the potential activity of the Wood – Ljungdahl pathway. In this process, we used information from the biological databases GenBank and UniProt, the metabolic pathway database KEGG and the genomic database for microorganisms JGI-IMG/M. This search lead to the identification of 69 bacterial species of 21 different genera, which were categorized based on the probability of them carrying the catabolic Wood – Ljungdahl pathway according to a set of selected criteria. The bacteria of the highest probability (13 species of 5 genera) were further investigated in the literature, to collect any experimental evidence of the Wood – Ljungdahl pathway activity and are suggested as potential targets for biotechnological use and further experimental investigation regarding the growth conditions under which they activate this metabolic route. 2022-02-28T11:33:46Z 2022-02-28T11:33:46Z 2021-02-24 http://hdl.handle.net/10889/15853 gr application/pdf |
