Estudio funcional de la vía de degradación de 2-aminofenol presente en Burkholderia xenovorans LB400 y sus posibles aplicaciones en biotecnología ambiental

Abstract

Burkholderia xenovorans LB400 es una de las diez bacterias más importantes descritas para la degradación de contaminantes orgánicos persistentes (COPs). Su genoma muestra la presencia de un número importante de genes catabólicos asociados a la degradación de compuestos aromáticos. Dentro de los genes catabólicos, la cepa LB400 posee genes relacionados con la degradación de compuestos nitroaromáticos. Uno de los compuestos nitroaromáticos de especial interés en términos ambientales es el 2-aminofenol, cuya vía de degradación codificada por los genes amn está presente en B. xenovorans LB400 (Chain et al., 2006). El objetivo de este proyecto es realizar un estudio sobre la funcionalidad de la vía metabólica del 2-aminofenol presente en la bacteria B. xenovorans LB400. Mediante un estudio in silico en la cepa LB400, se analizó el vecindario del agrupamiento de genes amn y se comparó la organización de los genes amn con la de otros microorganismos. Se realizó una búsqueda bioinformática de los genes nbzA y habA involucrados en la degradación de nitrobenceno, vía periférica que converge a la ruta central de 2-aminofenol. Ensayos de crecimiento mostraron que la cepa LB400 no puede utilizar 2-aminofenol como única fuente de carbono. No obstante ensayos de degradación utilizando la técnica de HPLC indicaron que la cepa LB400 degrada completamente el 2-aminofenol. Se estudió mediante análisis transcripcional (RT-PCR) la expresión del gen amnB, que codifica para la subunidad mayor de la 2-aminofenol-1,6-dioxigenasa, en la cepa LB400. La cepa LB400 crecida en glucosa 5 mM como fuente de carbono, se expuso a 2-aminofenol 1 mM, nitrobenceno 1 mM o glucosa 5 mM. En todas las condiciones se observó la expresión del gen amnB. Este estudio demostró la funcionalidad de la vía central del 2-aminofenol en la cepa LB400. Además, se estableció un protocolo para generar una cepa modificada de B. xenovorans LB400 capaz de degradar el nitrobenceno, que es un contaminante ambiental. Este estudio constituye un aporte a futuras aplicaciones en biotecnológica ambiental de procesos de descontaminación de compuestos nitroaromáticos.

Burkholderia xenovorans LB400 is one of the ten most important bacteria for the degradation of persistent organic pollutants (POPs). Its genome contains an important number of catabolic genes associated with the degradation of aromatic compounds. The LB400 strain harbours catabolic genes that are related to the degradation of nitroaromatic compounds. One of the nitroaromatic compounds of special interest for the environment is 2-aminophenol. B. xenovorans LB400 possess the 2-aminophenol degradation pathway, which is codified by the amn genes (Chain et al., 2006). The objective of this thesis was to study the functionality of the 2-aminophenol metabolic route of B. xenovorans LB400. By an in silico study, the neighborhood of the amn gene cluster of the strain LB400 was analyzed and their organization was compared to that of other microorganisms. A bioinformatic search for the nbzA and habA genes, which are involved in the degradation of nitrobenzene - a peripheral route that converges in the central route of 2-aminophenol- was carried out. The LB400 strain was not able to use 2-aminophenol as sole carbon source for growth. However, the LB400 cells degrade completely 2-aminophenol. The expression of the amnB gene, which codifies for the large subunit of 2-aminophenol-1,6-dioxygenase, was analyzed in the strain LB400 by transcriptional analysis (RT-PCR). LB400 cells grown in glucose as sole carbon source, were exposed to 2-aminophenol 1 mM, nitrobenceno 1 mM or glucose 5 mM. In all the conditions, the amnB gene expression was observed. This study demonstrates the functionality of the central route of 2-aminophenol in the strain LB400. Additionally, a protocol for the generation of a modified strain of B. xenovorans LB400, capable of degrading nitrobenzene (an environmental pollutant) was proposed. This study contributes to future applications of biorremediation processes of nitroaromatic compound-polluted environments.