Cell Rep. 2024 Mar 21;43(4):113979

Manoli MT, Gargantilla-Becerra Á, Del Cerro Sánchez C, Rivero-Buceta V, Prieto MA, Nogales J

Bacterial polyhydroxyalkanoates (PHAs) have emerged as promising eco-friendly alternatives to petroleum-based plastics since they are synthesized from renewable resources and offer exceptional properties. However, their production is limited to the stationary growth phase under nutrient-limited conditions, requiring customized strategies and costly two-phase bioprocesses. In this study, we tackle these challenges by employing a model-driven approach to reroute carbon flux and remove regulatory constraints using synthetic biology. We construct a collection of Pseudomonas putida-overproducing strains at the expense of plastics and lignin-related compounds using growth-coupling approaches. PHA production was successfully achieved during growth phase, resulting in the production of up to 46% PHA/cell dry weight while maintaining a balanced carbon-to-nitrogen ratio. Our strains are additionally validated under an upcycling scenario using enzymatically hydrolyzed polyethylene terephthalate as a feedstock. These findings have the potential to revolutionize PHA production and address the global plastic crisis by overcoming the complexities of traditional PHA production bioprocesses.

DOI: 10.1016/j.celrep.2024.113979

• La formación de consorcios permite a las comunidades bacterianas mejorar su supervivencia, y esta característica tiene un alto interés en el desarrollo de consorcios artificiales con aplicaciones industriales
• Un equipo de investigadores del CNB-CSIC describe una nueva metodología para caracterizar la composición de este tipo de agregados bacterianos.

En la naturaleza, algunos microorganismos (bacterias y hongos) forman estructuras biológicas con un alto grado de organización estructural y capacidad de albergar comunidades formadas por múltiples especies distintas. Estas son denominadas formalmente biopelículas (biofilms). Dichas comunidades microbianas poseen una alta capacidad de sobrevivir en el medioambiente en el que habitan: se protegen mediante la secreción de  complejos cócteles químicos que las permiten adherirse fuertemente a superficies y tejidos, así como resistir mucho más cualquier agresión externa. Además, pueden producirse acciones simbióticas/cooperativas entre las diferentes especies de microorganismos que les permitan mejorar su supervivencia compartiendo nutrientes y especializándose cada una de las especies en la realización de funciones esenciales para el consorcio.

Esta característica observada en los consorcios microbianos puede ser de gran interés en biotecnología, donde la utilización de técnicas de ingeniería y biología sintética podría habilitar la explotación de sus características para el desarrollo de aplicaciones industriales (como por ejemplo la producción de sustratos enzimáticos o la descontaminación de aguas residuales).

Uno de los retos del desarrollo de estos nuevos consorcios artificiales es la caracterización de su estructura y de la heterogeneidad de su composición mediante parámetros cuantificables. Investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas liderados por Víctor de Lorenzo en el Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC) publican ahora en la revista Water Research una nueva metodología basada en el uso de parámetros que analizan la composición y morfología de los agregados de manera precisa.

Water Res. 2020 Sep 28;188:116468.

DR Espeso, E Martínez-García , V de Lorenzo

Abstract

The efficiency of multi-strain planktonic flocs of bacteria as biocatalytic agents in aqueous media depends to a considerable extent on their three-dimensional aggregation patterns. Yet, numerical methodologies for full characterization of such heterogeneous biomass structures are largely missing. In this work we present a descriptive methodology for quantitatively portraying and identifying suspended cell clumps formed by planktonic bacteria. In order to benchmark the procedure, we tackled the behavior of cells of the environmental and biotechnologically robust species Pseudomonas putida whose surfaces were decorated with genetically encoded adhesins. Upon induction, such adhesins promoted specific inter-bacterial attachment leading to controllable and tractable floc formation in suspension. Microscopy and flow cytometry data were then gathered and further analyzed by means of a distinct metric set. Applying these parameters permitted creating comparable clumping footprints for every sample at both single-cell and population level. The hereby described approach provides a rigorous frame for following the assembly and organization of complex microbial communities as planktonic flocs.

DOI: 10.1016/j.watres.2020.116468

mBio. 2020 Apr 14;11(2). pii: e02937-19.

Revilla-García A, Fernández C, Moreno-Del Álamo M, de Los Ríos V, Vorberg IM, Giraldo R.

Abstract

RepA is a bacterial protein that builds intracellular amyloid oligomers acting as inhibitory complexes of plasmid DNA replication. When carrying a mutation enhancing its amyloidogenesis (A31V), the N-terminal domain (WH1) generates cytosolic amyloid particles that are inheritable within a bacterial lineage. Such amyloids trigger in bacteria a lethal cascade reminiscent of mitochondrial impairment in human cells affected by neurodegeneration. To fulfill all the criteria to qualify as a prion-like protein, horizontal (intercellular) transmissibility remains to be demonstrated for RepA-WH1. Since this is experimentally intractable in bacteria, here we transiently expressed in a murine neuroblastoma cell line the soluble, barely cytotoxic RepA-WH1 wild type [RepA-WH1(WT)] and assayed its response to exposure to in vitro-assembled RepA-WH1(A31V) amyloid fibers. In parallel, murine cells releasing RepA-WH1(A31V) aggregates were cocultured with human neuroblastoma cells expressing RepA-WH1(WT). Both the assembled fibers and donor-derived RepA-WH1(A31V) aggregates induced, in the cytosol of recipient cells, the formation of cytotoxic amyloid particles. Mass spectrometry analyses of the proteomes of both types of injured cells pointed to alterations in mitochondria, protein quality triage, signaling, and intracellular traffic. Thus, a synthetic prion-like protein can be propagated to, and become cytotoxic to, cells of organisms placed at such distant branches of the tree of life as bacteria and mammalia, suggesting that mechanisms of protein aggregate spreading and toxicity follow default pathways.IMPORTANCE Proteotoxic amyloid seeds can be transmitted between mammalian cells, arguing that the intercellular exchange of prion-like protein aggregates can be a common phenomenon. RepA-WH1 is derived from a bacterial.

doi: 10.1128/mBio.02937-19.

• Utilizando técnicas de biología sintética se pueden reconstruir los mecanismos de toxicidad y transmisión de priones, claves para entender su funcionamiento
• Este nuevo trabajo en líneas celulares humanas y de ratón indica el potencial transmisor de priones generados en bacterias

Una gran mayoría de las proteínas celulares adquieren tras su producción una estructura tridimensional determinada que condiciona su adecuado funcionamiento. Existen patologías en mamíferos que se asocian con una incorrecta estructura tridimensional de proteínas, con cambios que afectan a su funcionalidad. En este grupo cabe destacar los priones, proteínas cuya conformación normal tiene una función no perjudicial para la célula, pero a las que un cambio en su plegamiento las convierte en piezas de una reacción en cadena que transmite la estructura errónea a otras proteínas y acaba produciendo una agregación de esas proteínas en fibras o placas conocidas como amiloides. Éstas están presentes en algunas enfermedades neurodegenerativas y se pueden transmitir entre células, con resultados perjudiciales para el organismo afectado, como en el caso de los priones que producen la enfermedad de Creutzfeldt-Jacob en humanos o la encefalopatía espongiforme en ganado bovino.

Pero esta agregación característica de los priones no se produce sólo en mamíferos. En bacterias se ha visto que existen proteínas que tienen esta misma capacidad de plegarse y formar agregados proteicos que se transmiten durante la división celular y que algunos estudios sugieren que al menos in vitro, pueden transmitirse a otros organismos.

Biotechnol Adv. 2017 Aug 5. pii: S0734-9750(17)30089-7. doi: 10.1016/j.biotechadv.2017.08.001.

Dvořák P, Nikel PI, Damborský J, de Lorenzo V.