Análisis genómico-comparativo de bacterias bioloxiviantes del género acidithiobacillus: de la secuencia genómica al rol ecofisiológico.

Abstract

RESUMEN: Los genomas de Acidithiobacillus thiooxidans ATCC 19377 y A. caldus ATCC 51756 han sido secuenciados y anotados. Un análisis bioinformático de estos dos nuevos genomas en conjunto a los de A. ferrooxidans ATCC 23270 y ATCC 53993, permitieron la predicción de modelos metabólicos y de regulación para cada especie lo que provee una oportunidad única de llevar a cabo estudios genómico-comparativos de este grupo de bacterias involucradas en el proceso de biolixiviación. En este trabajo, se presentan datos derivados del estudio comparativo de modelos metabólicos referentes a vías de transporte de electrones y varias otras características de los tres miembros del género Acidithiobacillus: fijación de CO2, ciclo TCA, oxidación de azufre, reducción de azufre, oxidación de hierro, asimilación de hierro, oxidación de hidrógeno, formación de flagelo, quimiotaxis y fijación de nitrógeno. Las interacciones predichas a nivel metabólico y transcripcional apuntan a potenciales respuestas coordinadas frente a cambios ambientales tales como el tipo y abundancia de fuentes de energía, oxígeno y limitación de nutrientes. Las vías predichas para la fijación y asimilación de nitrógeno en A. ferrooxidans serán descritas como ejemplos de este tipo de respuestas integradas. Un número importante de los sistemas analizados parecen ser una característica de organismos autotróficos y podrían tener implicaciones directas en procesos de relevancia crítica para la comprensión de como estos microorganismos sobreviven y proliferan en ambientes extremos, incluyendo las operaciones de biolixiviación. Por otro lado, un análisis filogenómico permitió identificar aquellos módulos funcionales específicos de cada especie, dando así, una visión del potencial ecofisiológico de cada especie y de como éstas podrían contribuir en procesos clave para el desarrollo de la dinámica de biolixiviación.

ABSTRACT: Draft genome sequences of Acidithiobacillus thiooxidans ATCC 19377 and A. caldus ATCC 51756 have been sequenced and annotated. Bioinformatic analysis of these two new genomes, together with that of A. ferrooxidans ATCC 23270 and ATCC 53993, allows the prediction of metabolic and regulatory models for each species and has provided a unique opportunity to undertake comparative genomic studies of this group of bioleaching bacteria. In this work, we report comparative data on metabolic and electron transfer pathways and for several characteristics of the three acidithiobacilli: CO2 fixation, the TCA cycle, sulfur oxidation, sulfur reduction, iron oxidation, iron assimilation, hydrogen oxidation, flagella formation, Che signaling (chemotaxis) and nitrogen fixation. Predicted transcriptional and metabolic interplay between pathways pinpoints potential coordinated responses to environmental signals such as energy source, oxygen and nutrient limitations. The predicted pathway for nitrogen fixation in A. ferrooxidans will be described as an example of such an integrated response. Several responses appear to be especially characteristic of autotrophic microorganisms and may have direct implications for metabolic processes of critical relevance to the understanding of how these microorganisms survive and proliferate in extreme environments, including industrial bioleaching operations. On the other hand, a phylogenomic analysis allowed the identification of specific functional modules of each species, providing a vision of the ecophisyologic potential of each representative and how each microbial species could contribute to critical processes for the bioleaching dynamics.