Survey and characterization of genomic features for leveraging the bacterium Pseudomonas putida KT2440 as a bioconversion platform

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Siqueira, Guilherme Marcelino Viana de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/17/17136/tde-14072025-114725/
Resumo: The Gram-negative bacterium Pseudomonas putida KT2440 has gained traction as a microbial host in fermentative processes due to its unique set of biochemical and physiological traits, including a highly flexible central carbon metabolism, innate tolerance to aromatic compounds, solvents, and metals, as well as to its relative safety and amenability to genetic manipulation. Yet, a significant portion of its genetic potential remains poorly understood, and that is compounded by discrepancies found across open genomic annotation knowledge bases and by the relative scarcity of genetic tools specifically designed for the optimization of heterologous expression in this host, two factors that hinder its applicability in broader settings. In this context, the present study aims to address different aspects of P. putida as a bioproduction host by i) investigating the physiological response of this organism to acetate, a microbial growth inhibitor present in lignocellulosic hydrolysates; ii) integrating genomic annotations and experimental data from open repositories included in the National Center for Biotechnology Information (NCBI) and other open databases; and iii) developing and characterizing a new modular vector that utilizes transcriptional terminators identified in a metagenomic soil library. The collection of results presented here reveals new targets for engineering new strains of P. putida KT2440 for biofuel production in acetate-rich media, sheds light on inconsistencies across genomic annotations widely used in the literature, and reinforces that utilizing biological parts recovered from environmental sources can be a strategy to benefit heterologous expression in P. putida in comparison to established laboratory hosts, such as Escherichia coli. As a result, this work aims to provide a new perspective on the biotechnological potential of this microbial host, highlighting its role as an useful tool in addressing the challenges posed by the bioeconomy.
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spelling Survey and characterization of genomic features for leveraging the bacterium Pseudomonas putida KT2440 as a bioconversion platformMapeamento e caracterização de propriedades genômicas para a valorização da bactéria Pseudomonas putida KT2440 como plataforma microbiana para bioconversõesPseudomonas putidaPseudomonas putidaAcetateAcetatoBiocombustíveisBiofuelsBiologia sintéticaModular vectorsSynthetic biologyVetores modularesThe Gram-negative bacterium Pseudomonas putida KT2440 has gained traction as a microbial host in fermentative processes due to its unique set of biochemical and physiological traits, including a highly flexible central carbon metabolism, innate tolerance to aromatic compounds, solvents, and metals, as well as to its relative safety and amenability to genetic manipulation. Yet, a significant portion of its genetic potential remains poorly understood, and that is compounded by discrepancies found across open genomic annotation knowledge bases and by the relative scarcity of genetic tools specifically designed for the optimization of heterologous expression in this host, two factors that hinder its applicability in broader settings. In this context, the present study aims to address different aspects of P. putida as a bioproduction host by i) investigating the physiological response of this organism to acetate, a microbial growth inhibitor present in lignocellulosic hydrolysates; ii) integrating genomic annotations and experimental data from open repositories included in the National Center for Biotechnology Information (NCBI) and other open databases; and iii) developing and characterizing a new modular vector that utilizes transcriptional terminators identified in a metagenomic soil library. The collection of results presented here reveals new targets for engineering new strains of P. putida KT2440 for biofuel production in acetate-rich media, sheds light on inconsistencies across genomic annotations widely used in the literature, and reinforces that utilizing biological parts recovered from environmental sources can be a strategy to benefit heterologous expression in P. putida in comparison to established laboratory hosts, such as Escherichia coli. As a result, this work aims to provide a new perspective on the biotechnological potential of this microbial host, highlighting its role as an useful tool in addressing the challenges posed by the bioeconomy.Nos últimos anos, a bactéria Gram-negativa Pseudomonas putida KT2440 tem ganhado destaque como um hospedeiro microbiano em processos fermentativos devido a diferentes características bioquímicas e fisiológicas que possui, incluindo um metabolismo central de carbono altamente flexível, tolerância nativa a compostos aromáticos, solventes e metais, além da relativa simplicidade e segurança para sua manipulação genética. Apesar disso, boa parte do potencial genético desta cepa permanece pouco elucidado, o que é agravado por divergências encontradas em repositórios abertos de anotações genômicas e pela relativa escassez de ferramentas genéticas especificamente desenhadas para a otimização da expressão heteróloga neste organismo, fatores que prejudicam sua aplicação em uma maior variedade de situações. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo abordar diferentes aspectos relacionados à utilização de P. putida como um hospedeiro microbiano em bioprocessos, especificamente i) por meio da investigação da resposta fisiológica deste organismo frente ao acetato, um inibidor do crescimento microbiano presente em hidrolisados lignocelulósicos; ii) pela integração de anotações genômicas e resultados experimentais disponíveis em bases de dados do National Center for Biotechnology Information (NCBI) e outros repositórios abertos; e iii) pela construção e caracterização de um novo vetor modular que inclui terminadores transcricionais identificados em uma biblioteca metagenômica de solo. O conjunto dos resultados aqui apresentados sinaliza novos alvos para a engenharia de tolerância de P. putida KT2440 em fermentações utilizando substratos ricos em acetato para a produção de biocombustíveis, revela inconsistências entre anotações genômicas amplamente utilizadas na literatura e realça como a prospecção de partes biológicas de origem ambiental pode ser uma estratégia para beneficiar a expressão heteróloga em P. putida em relação a hospedeiros já estabelecidos, como Escherichia coli. Com isto, o trabalho busca oferecer um novo panorama sobre o potencial biotecnológico deste microrganismo, ampliando as perspectivas sobre seu uso como uma ferramenta útil na busca de soluções para os desafios da bioeconomia.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPGuazzaroni, María EugeniaSiqueira, Guilherme Marcelino Viana de2025-04-11info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/17/17136/tde-14072025-114725/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2025-08-08T17:18:02Zoai:teses.usp.br:tde-14072025-114725Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212025-08-08T17:18:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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