Análisis transcriptómico y proteómico de pseudomonas pseudoalcaligenes cect5344 en respuesta a cianuro

Resumen

El cianuro es un compuesto natural muy tóxico para los seres vivos debido a su elevada afinidad por los metales, lo que provoca la inhibición de metaloenzimas, algunas de ellas esenciales para la vida. Además, esta afinidad del cianuro por los metales podría disminuir de la biodisponibilidad de algunos metales necesarios para procesos biológicos específicos. Muchos organismos son capaces de producir cianuro (cianogénesis), tolerarlo e incluso asimilarlo. Las plantas son la mayor fuente de producción de cianuro en la naturaleza. Algunos microorganismos, incluidos los cianogénicos, han desarrollado mecanismos de resistencia frente a este compuesto tóxico, basados principalmente en la síntesis de una oxidasa alternativa insensible a cianuro implicada en la respiración. La asimilación de cianuro por parte de organismos denominados cianotrofos requiere, además de un sistema de resistencia, una ruta de degradación de cianuro que confiriera la capacidad de utilizar este compuesto como fuente de nitrógeno. Estos organismos cianotrofos tienen un importante potencial biotecnológico ya que pueden ser utilizados en procesos de biorremediación de residuos contaminados con cianuro, incluyendo efluentes procedentes de la joyería y la minería. Pseudomonas pseudoalcaligenes CECT5344 es una bacteria cianotrofa aislada del río Guadalquivir a su paso por Córdoba. Su carácter alcalófilo permite utilizar condiciones de pH superiores al pKa del par cianuro/ácido cianhídrico (9,2), disminuyendo así el riesgo de volatilización del ácido cianhídrico (HCN) a la atmósfera. Varios estudios han elucidado los principales mecanismos de resistencia y asimilación de cianuro en esta bacteria. En la ruta de asimilación, el cianuro reacciona químicamente con el oxalacetato generando una cianhidrina que es posteriormente utilizada como sustrato por la nitrilasa NitC para formar amonio. A pesar de que la resistencia y asimilación de cianuro han sido ampliamente estudiadas en este microorganismo, se desconoce la respuesta global de la cepa CECT5344 en el metabolismo del cianuro. La secuenciación y el análisis del genoma completo de P. pseudoalcaligenes CECT5344 ha posibilitado llevar a cabo en este trabajo estudios proteómicos y transcriptómicos en respuesta a cianuro. De forma específica se ha estudiado la homeostasis del hierro en relación con el cianuro. Así, se ha establecido la respuesta, a nivel proteómico, de P. pseudoalcaligenes CECT5344 en condiciones de limitación de hierro. Las proteínas inducidas en estas condiciones de escasez de hierro no se indujeron por cianuro, por lo que se descartó que el cianuro genere deficiencia de hierro en la estirpe CECT5344. Mediante micromatrices de DNA se llevó a cabo el análisis transcriptómico de esta bacteria cianotrofa en respuesta a cianuro, a residuo cianurado de la joyería y a condiciones de limitación de nitrógeno. Con los datos obtenidos se realizó un análisis funcional, lo que permitió conocer procesos biológicos específicamente afectados por cianuro, incluyendo el sistema de respiración insensible a cianuro (CIO) y algunas nitrilasas (entre ellas, la nitrilasa NitC). Específicamente inducidos por el residuo joyero se han encontrado genes de tolerancia a metales, tales como genes relacionados con sistemas de extrusión de metales y genes reguladores. Algunos componentes inducidos por cianuro, posiblemente implicados en la resistencia a cianuro, fueron estudiados mediante un análisis mutacional. Los mutantes deficientes en las proteínas DapA (dihidropicolinato sintasa) y AhpC (alquilhidroperóxido reductasa) presentaron un fenotipo sensible a cianuro, lo que confirmó que ambas proteínas participan en el metabolismo del cianuro. En el caso de la proteína DapA podría participar en la reorganización de los centros sulfoférricos afectados por el cianuro, mientras que AhpC podría estar involucrada en la resistencia al estrés oxidativo generado por el cianuro.