Doctor en Ciencias mención en Microbiología / El cadmio es un metal pesado altamente tóxico para los sistemas biológicos. El estudio de
microorganismos para la biorremediación de metales pesados, ha destacado a Cupriavidus
metallidurans CH34, β-proteobacteria aislada desde instalaciones metalúrgicas, como modelo de
resistencia a estos elementos. La biorremediación ex situ de metales pesados es comúnmente
llevada a cabo en biorreactores de lecho fijo, donde los metales pesados en solución se concentran
en la biomasa de comunidades de microorganismos adheridos a superficies llamadas “biopelículas”.
El efecto de los metales pesados sobre la formación de biopelículas en C. metallidurans CH34 no
ha sido descrito. Durante las últimas décadas, la vía de señalización mediada por un dinucleótido
cíclico llamado “c-di-GMP” ha sido establecida como central en la regulación del estilo de vida
bacteriano. La interacción de c-di-GMP con distintos receptores macromoleculares promueve del
estilo de vida comunitario. Pese al rol fundamental de las biopelículas en los procesos de
biorremediación, el efecto de los metales pesados sobre esta vía de señalización en bacterias ha sido
poco estudiado. El objetivo de esta tesis es determinar el efecto del cadmio sobre la vía del c-di-
GMP y la formación de biopelículas en C. metallidurans CH34.
El cadmio inhibió la formación de biopelículas de C. metallidurans CH34. Esto se
correlaciona con la descripción de una baja en los niveles de c-di-GMP tras la exposición a este
metal pesado, concomitante con un aumento en la abundancia de un transcrito del gen urf2 de los
operones de resistencia a mercurio Tn4378 (urf2.1) y Tn4380 (urf2.2), que codifica una potencial
fosfodiesterasa. Ensayos de complementación con el gen urf2.2 de la cepa mutante nula
P. aeruginosa PAO1 ΔrocR, carente de la fosfodiesterasa RocR, restituyeron la formación de
biopelículas y concentración intracelular de c-di-GMP a niveles de la cepa silvestre. Estos
resultados constituyen la primera evidencia de funcionalidad catalítica de la fosfodiesterasa
codificada por el gen urf2, por lo que se denominó fosfodiesterasa Mrp (metal regulated
phosphodiesterase). De forma coherente con la respuesta inhibitoria de formación de biopelículas
mediada por la disminución de los niveles de c-di-GMP en C. metallidurans, niveles elevados de
este segundo mensajero generados por una diguanilato ciclasa activa expresada en forma
heteróloga, incrementaron la formación de biopelículas y la susceptibilidad a cadmio. / Cadmium is a highly toxic heavy metal for biologic systems. Ex situ heavy metal
bioremediation is commonly carried out in fixed bed bioreactors in which heavy metals in solution are
removed by adhered microbial communities in biofilms. Cupriavidus metallidurans CH34 is a model
strain for heavy metal resistance and bioremediation. However, the effect of heavy metals on C.
metallidurans CH34 biofilm formation has not been described. The signaling pathway mediated by the
cyclic dinucleotide c-di-GMP is central in bacterial lifestyle regulation. c-di-GMP promotes biofilm
lifestyle through the interaction with different receptors. Despite of the central role of biofilms on the
bioremediation process, the effect of heavy metals over this signaling pathway has been poorly studied.
Thus, the objective of this study was to assess the effect of cadmium on the c-di-GMP pathway and
biofilm formation in C. metallidurans CH34.
Cadmium exerted an inhibitory effect on C. metallidurans CH34 biofilm formation
concomitant with a decrease of c-di-GMP levels. After cadmium exposure an increase in the
transcription of the gene urf2 that codes for a phosphodiesterase and is located in the mercury
resistance operons Tn4378 (urf2.1) and Tn4380 (urf2.2) was observed. Complementation assays with
the urf2.2 gene in Pseudomonas aeruginosa PAO1 ΔrocR mutant null strain that is defective in RocR
phosphodiesterase, restored biofilm formation and c-di-GMP intracellular concentration at wild type
levels. This is the first evidence of catalytic functionality of the urf2 gene encoded phosphodiesterase,
which was named Mrp por metal regulated phosphodiesterase. In agreement with the biofilm formation
inhibition mediated by a c-di-GMP drop in C. metallidurans, high levels of this second messenger
generated by an active diguanylate cyclase that was heterologously expressed, increased the biofilm
formation and cadmium susceptibility of this bacterium.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UCHILE/oai:repositorio.uchile.cl:2250/151337 |
| Date | 07 1900 |
| Creators | Alviz Gazitúa, Pablo |
| Contributors | Guiliani Guerin, Nicolás, Seeger Pfeiffer, Michael, Vidal, Roberto, Orellana, Omar, Vásquez, Claudio, Martinez, Claudio, Universidad de Chile. Facultad de Ciencias. Escuela de Posgrado |
| Publisher | Universidad de Chile |
| Source Sets | Universidad de Chile |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Tesis |
| Rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Chile, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/cl/ |
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