Caracterización de una nueva bacteria antártica, y estudio de una nueva vía de producción de dimetilsulfuro

Abstract

[spa] A partir de una muestra de sedimento marino procedente de la Antártida se aisló una cepa adaptada al frío que llamaba la atención por el aspecto mucoso de sus colonias, lo cual sugería la producción de material extracelular. Esta cepa también destacó por desprender un olor característico que se atribuyó a la producción de compuestos orgánicos volátiles de azufre (VOSCs). Con el objetivo de caracterizar el nuevo aislamiento antártico, se procedió a realizar su clasificación taxonómica polifásica mediante pruebas genéticas, fenotípicas y quimiotaxonómicas. Posteriormente, se caracterizó el material extracelular producido por la nueva bacteria antártica a nivel estructural y químico. También se estudiaron sus propiedades, principalmente su capacidad emulsionante, crioprotectora y osmoprotectora, con el fin de explorar posibles aplicaciones biotecnológicas. En la última parte de este estudio, se analizaron los VOSCs producidos por el nuevo aislamiento antártico y se identificó el dimetilsulfuro (DMS) como el principal de ellos. El DMS es un gas de gran importancia debido a que es la mayor fuente de origen biológico que se transfiere desde los océanos a la atmósfera en el ciclo global del azufre. Además, es un potente quimioatrayente para aves, crustáceos y mamíferos marinos y ha sido ampliamente estudiado por su posible efecto en la regulación del clima. Se estudiaron los posibles sustratos para la producción de DMS en esta bacteria adaptada al frío y se identificó y caracterizó una nueva ruta de síntesis de DMS a partir de metanotiol (MeSH) e independiente de dimetilsulfoniopropionato (DMSP). Se identificó el gen implicado en la producción de DMS a partir de MeSH y se demostró que su expresión no estaba afectada por ninguno de los sustratos o condiciones ensayadas y tampoco estaba localizado cerca de ningún gen relacionado con el metabolismo del azufre. Este gen codifica una proteína con 4-6 dominios transmembrana que sin embargo se localiza en agregrados fibrilares citoplasmáticos que están ausentes en el mutante. Además, esta proteína está presente en una amplia variedad de importantes grupos taxonómicos incluyendo Pseudomonas sp., múltiples cepas de actinobacterias de los géneros Gordonia, Rhodococcus y Mycobacterium, incluyendo a los patógenos M.tuberculosis y M.avium; miembros de los rhizobiales incluyendo los fijadores de N2 Bradyrhizobium y Mesorhizobium y cianobacterias fijadoras de N2 incluyendo Cyanothece sp., Pseudoanabaena sp., y Nodosilinea sp. Finalmente, la proteína que cataliza la conversión de MeSH en DMS, está presente en la mayoría de metagenomas consultados, aunque se observan abundancias relativas más elevadas en ambientes terrestres, particularmente en metagenomas de suelo.

[eng] A cold-adapted bacterial strain was isolated from an Antarctic marine sediment sample. This strain caught the attention because of the mucous appearance of its colonies, which indicated the production of extracellular material. Notably, this isolate produced a characteristic smell that was apportioned to volatile organic sulfurous compounds (VOSCs). With the aim of characterising the new Antarctic isolate, its polyphasic taxonomy classification was performed by genetic, phenotypic and chemotaxonomic analyses. The extracellular material produced by the Antarctic strain was also chemically and structurally characterised and its properties were studied, focusing on its emulsifying, cryoprotectant and osmoprotectant capacities to evaluate its potential biotechnological applications. In the final component of this study, the VOSCs produced by the new Antarctic isolate were analysed and dimethylsulfide (DMS) was identified as the main compound. DMS is a very important gas because it is the most abundant biogenically derived form of sulfur transferred from the sea to the air in the global sulfur cycle. Also, it is a potent chemoattractant for birds, crustaceans and marine mammals and it has been widely studied for its potential effects on climate regulation. Possible substrates for DMS production were studied and a novel pathway for DMS synthesis from methanetiol (MeSH) and independent of dimethylsulfoniopropionate (DMSP) was identified and characterised in this new Antarctic strain. The gene involved in DMS production from MeSH was identified and it was shown that is not regulated in response to none of the substrates and conditions tested, and neither is it located near any genes related to sulfur metabolism. This gene encodes a protein with 4-6 transmembrane domains but localises in cytoplasmic fibers that are absent in the mutant. Moreover, this protein is present in many varied and important taxonomic groups including Pseudomonas sp., multiple strains of actinobacteria of the genus Mycobacterium, including the pathogens M. tuberculosis and M. avium, Gordonia and Rhodoccocus; rhizobiales members including the N2-fixing Bradyrhizobium and Mesorhizobium and N2-fixing cyanobacteria such as Cyanothece sp., Pseudoanabaena sp., and Nodosilinea sp. Finally, the protein that catalyses the conversion of MeSH into DMS, is present in most of the metagenomes analysed, but higher relative abundances are seen in terrestrial environments, particularly in soil metagenomes.