Caracterização dos genes phaZ1 e phaZ2 e mobilização de polihidroxibutirato em Herbaspirillum seropedicae

Abstract

Resumo: Os polihidroxialcanoatos são uma classe de biopolímeros com enorme potencial de aplicação biotecnológica e, nesse grupo de compostos, o polihidroxibutirato (PHB) é um dos mais conhecidos, sendo sintetizado por uma diversidade de microrganismos. A biossíntese de PHB em bactérias ocorre enzimaticamente em três etapas: 2 moléculas de acetil-CoA são condensadas a acetoacetil-CoA, catalisada pela enzima ß-cetoacil-CoA tiolase, em seguida acetoacetil-CoA é reduzido a 3-hidroxibutiril-CoA com consumo de NADPH pela enzima acetoacetil-CoA redutase e, por último, a PHB sintase polimeriza 3-hidroxibutiril- CoA formando o polímero PHB. Quando necessário, PHB é mobilizado através da PHB depolimerase. A bactéria diazotrófica Herbaspirilum seropedicae sintetiza e degrada PHB através dessa via metabólica. Esta bactéria apresenta dois genes que codificam para PHB depolimerases. O gene phaZ1 é expresso constitutivamente na presença de PHB, enquanto a repressão foi observada no mutante (alfa)phaC1, uma estirpe que não produz o polímero. Encontramos evidências de que o repressor transcricional PhaR modula esse processo. Nossos resultados indicam que PhaZ1 é a principal PHB depolimerase para a mobilização do polímero, uma vez que foi observado acúmulo de PHB nos mutantes (alfa)phaZ1 e (alfa)phaZ12. Além disso, esses mutantes são deficientes em motilidade do tipo "swarming". Enquanto o gene phaZ1 apresenta expressão constitutiva, o gene que codifica para a segunda PHB depolimerase, phaZ2, tem sua expressão dependente de nitrogênio e, é regulada por NtrC.

Abstract: Polyhydroxyalkanoates are a class of biopolymers with enormous potential for biotechnological application, and within this group the best known is polyhydroxybutyrate (PHB), which is synthesized by a diversity of microorganisms. In bacteria PHB is synthesized by the condensation of two acetyl-CoA molecules by a ß-ketoacyl-CoA thiolase to form acetoacetyl-CoA, which is subsequently reduced to 3-hydroxybutyryl CoA by an acetoacetyl-CoA reductase using NADPH. Finally, PHB synthase polymerizes 3-hydroxybutyryl- CoA to form PHB usually yielding intracellular granules. The diazotrophic bacterium Herbaspirilum seropedicae synthesizes PHB through this metabolic pathway and degrades the polymer through PHB depolymerases coded by phaZ. In this organism, two similar genes were found, phaZ1 and phaZ2. The phaZ1 gene is expressed constitutively in the presence of PHB, whereas repression of expression was observed in the mutant (alpha)phaC1, a strain that does not produce the polymer. We found evidence that the transcriptional repressor PhaR modulates this process. Our results indicated that PhaZ1 is the main PHB depolymerase to mobilize PHB, since PHB accumulation was observed in (alpha)phaZ1 and (alpha)phaZ12 mutants. In addition, these mutants showed to be deficient in "swarming" motility. Although phaZ1 was shown to be constitutively expressed, the gene that codes for the second PHB depolymerase, phaZ2, had its expression dependent on nitrogen levels and it was regulated by NtrC.