Adaptation of the thermoalkaliphilic bacteria Caldalkalibacillus thermarum TA2.A1 to different oxygen environments

Abstract

[ES] La bacteria termoalcalófila Caldalkalibacillus thermarum TA2.A1, perteneciente a la familia Bacillaceae, crece simultáneamente en medios alcalinos, a altas temperaturas y concentraciones bajas de oxígeno. El microorganismo necesita de manera esencial oxígeno para obtener energía vía la cadena de respiración oxidativa, pero si este se encuentra en concentraciones demasiado elevadas, el oxígeno producirá efectos dañinos para el mismo. Así mismo, el microorganismo vive en condiciones con niveles de oxígeno cambiantes, por lo que la composición del proteoma será estudiada para ser capaces de describir los mecanismos usados por la bacteria para adaptarse a las diferentes condiciones. Tres diferentes disponibilidades de oxígeno disuelto en el medio de cultivo serán utilizadas para cultivar el microorganismo: 1.05%, 10.5% and 21%. Después de realizar un análisis de masas a las muestras obtenidas, los datos obtenidos serán analizados a través de una serie de scripts creados especialmente para este experimento. Los resultados muestran un crecimiento óptimo en las condiciones de oxígeno de 10.5 DOTs. Cuando los niveles de oxígeno disminuyen, los mecanismos de fermentación son activados y una alternativa cadena de fosforilación oxidativa es expresada en la membrana. Gracias a estos dos mecanismos, el microorganismo es capaz de sobrevivir cuando muy pocas moléculas de oxígeno están disponibles. Por otro lado, cuando los niveles de oxígeno en el medio de cultivo aumentan, ocurre el estrés oxidativo, entonces bastantes enzimas antioxidantes son expresadas para controlar el potencial daño que podrían causar los radicales libres. La división celular se ve relentizada debido a varios sucesos como la esporulación, señalización por quorum sensing o el uso de cofactores con bajos potenciales redox. Evitando la división celular descontrolada se consigue un mayor control de los recursos disponibles. Este estudio da una visión más profunda a la adaptación del microorganismo Caldalkalibacillus thermarum a las diferentes concentraciones de oxígeno.

[EN] The thermoalkaliphilic bacterium Caldalkalibacillus thermarum TA2.A1, who belongs to the Bacillaceae family, grows simultaneously at alkaline environments, high temperatures and low oxygen concentrations. The microorganism needs oxygen strictly to obtain energy by the oxidative phosphorylation chain but too much oxygen produces harmful effects. However, this microorganism lives in environments with changing oxygen levels, therefore the proteome composition will be studied in order to describe the mechanisms used by the bacteria to adapt to them. Three different dissolved oxygen availabilities in the media culture will be studied: 1.05%, 10.5% and 21% and the data processing will be done by a series of python scripts designed for this proteome data set. The results show an optimum growth at 10.5% DOTs. At lower DOTs fermentation occurs and an alternative oxidative phosphorylation chain is activated in order to guarantee survival when very little oxygen is available. Lastly at 21% oxygen, when oxidative stress occurs, many antioxidant enzymes are overexpressed in order to control the potential harm, and cell division is delayed by many different mechanisms such as sporulation, mechanisms like quorum sensing and cofactors with lower redox potential so resources are not wasted. This study gives a deeper insight into the adaptation of the microorganism to the diverse oxygen concentrations.