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Slide 1 of 6 Publicación Acceso abierto
Evaluation of metabolic capabilities of Cupriavidus necator to produce polyhydroxyalkanoates using low-cost carbon sources
(Universidad del Valle, 2026) Ascencio Galván, Martha Ligia; Ramirez-Malule, Howard; López Agudelo, Víctor Alonso; Gómez Ríos, David
Cupriavidus necator (C. necator) is a bacterium of great biotechnological interest due to its ability to synthesize polyhydroxyalkanoates (PHA), which are biodegradable polymers with industrial applications. The main objective of this study was to evaluate the metabolic capabilities of C. necator for PHA production by integrating different experimental conditions and computational analyses. To achieve this, batch and pulse-fed batch cultures were carried out. For the latter, three different feeding strategies were applied. In the first strategy, two pulses (8.33 mL) of dextrose derived from bitter cassava starch (20 g/L) and ammonium sulfate at a C/N ratio of 73 were added at 24 and 48 h, extending the culture to 120 h. In the second strategy, a single pulse (3.15 mL) of only dextrose (20 g/L) was added at 48 h, with a total cultivation time of 96 h. And in the third strategy, a single pulse (6.14 mL) of only dextrose (20 g/L) was added at 60 h, also extending the culture to 96 h. Batch cultures demonstrated the growth of C. necator, reaching a maximum biomass concentration of 5.17 g/L at 48 h and a polyhydroxybutyrate (PHB) accumulation of 47.1% at the end of the culture (72 h). In the pulse-fed batch cultures, the first strategy extended the exponential growth phase. This led to a gradual accumulation of PHB, reaching a PHB yield of 0.46 g/g and a productivity of 15 mg/(L*h) after 120 h of cultivation. However, the pulse-fed batch cultures, the first strategy resulted in an extended exponential growth phase and gradual PHB accumulation, reaching yields of 0.46 g/g and a productivity of 15.00 mg/(L*h) after 120 hours of cultivation. However, PHB accumulation was 20.57% and 25.12% lower compared to the accumulation observed in the batch culture. In contrast, the third strategy, with a single pulse at 60 h during the stationary phase, resulted in a higher PHB accumulation (52.40%) and productivity (23.22 mg/(L*h)), surpassing the values obtained in batch and the other pulse-feeding strategies. Additionally, the iCNH2025A model represents a refined and highly curated metabolic reconstruction of C. necator, showing significant improvements compared to previous models. With 2,737 reactions, 1,803 unique metabolites, and 1,059 annotated genes, the model integrates key metabolic pathways, including the biosynthesis of PHB and poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV), as well as central metabolic routes such as the Calvin-Benson-Bassham cycle (CBB), the Entner-Doudoroff (ED) pathway, the Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) pathway, and the non-oxidative branch of the pentose phosphate pathway (PPP). The model was validated using MEMOTE, achieving a score of 89% and outperforming previous reconstructions such as RehMBEL1391 and iCN1361. In silico growth simulations with fructose and dextrose showed a high correlation with experimental data (R² = 0.76–0.78), validating the model's predictive capacity. Moreover, it accurately captured the carbon flux toward PHB synthesis under various experimental conditions, consistent with previous studies. Thus, the iCNH2025A model represents a significant advancement in the metabolic modeling of C. necator, offering a highly accurate and validated tool for analyzing its metabolism. Its ability to predict metabolic fluxes and growth rates makes it a valuable resource for industrial biotechnology, supporting future optimization strategies in biopolymer production.
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Slide 3 of 6 Publicación Acceso abierto
Viromas y plasmidomas asociados a tejido foliar y radicular de Rhizophora mangle L. (Rhizophoraceae) y Avicennia germinans L. (Acanthaceae) en la Bahía de Buenaventura, Colombia
(Universidad del Valle, 2025) Becerra Casierra, Carlo; Toro-Perea, Nelson
El ecosistema del manglar, caracterizado por el predominio de vegetación arbórea, se encuentra expuesto a condiciones fisicoquímicas de alta variabilidad espacio-temporal, propias de los estuarios. Este ecosistema se distingue por la provisión de servicios ecosistémicos y su considerable impacto ecológico, que contribuye a la regulación de los ciclos biogeoquímicos, por lo cual, resulta relevante comprender las dinámicas ecológicas que gobiernan su establecimiento y supervivencia. La interacción planta-microorganismo desempeña un papel crucial en la modulación de diversos parámetros de la capacidad adaptativa vegetal. Dichas interacciones se pueden ver afectadas por elementos genéticos móviles (MGEs), tales como virus y plásmidos, que participan en la regulación de la composición del microbioma y le confieren genes que amplían su capacidad metabólica. No obstante, hasta ahora, no se han documentado estudios sobre estos MGEs en microorganismos endófitos de manglar. Esta investigación tuvo como objetivo caracterizar el viroma y plasmidoma en tejidos foliares y radiculares de Rhizophora mangle y Avicennia germinans, dos especies de mangle muy importantes en la Bahía de Buenaventura, Colombia, utilizando un enfoque metagenómico. El análisis de la comunidad viral reveló 2137 especies virales, pertenecientes a 166 familias. Los géneros Andhravirus y Valbvirus fueron predominantes en la comunidad viral de ambos tejidos y especies, mientras que el género Mementomorivirus fue exclusivo de los tejidos foliares de A. germinans. Los tejidos radiculares mostraron mayor riqueza y diversidad viral en comparación con los tejidos foliares, lo que sugiere un efecto significativo del tipo de tejido en la composición viral. Por otra parte, se identificaron genomas virales reconstruidos con genes auxiliares metabólicos (AMGs) asociados a funciones como colonización vegetal, exclusión competitiva y respuesta al estrés abiótico. Estos AMGs codifican enzimas relacionadas con el metabolismo de carbohidratos (CAZimas), proteínas de choque térmico, sistemas toxina-antitoxina y enzimas asociadas al metabolismo de nucleósidos, lo que indica un potencial rol de los virus en la modulación de la capacidad adaptativa de comunidades bacterianas endófitas. El plasmidoma mostró una alta abundancia de plásmidos asociados a géneros bacterianos como Chlamydia, Bacillus, Lactiplantibacillus y Streptomyces. Los plásmidos de Azospirillum y Rhizobium se detectaron exclusivamente en tejidos radiculares, lo que refleja el papel de los plásmidos en la interacción planta-microorganismo en entornos rizosféricos. Se reconstruyeron 5 plásmidos parcialmente reconstruidos y un plásmido completo. El plásmido completo pZW5A de Lactiplantibacillus, contenía genes funcionales como integrasas, sistemas toxina-antitoxina y enzimas asociadas al metabolismo de carbohidratos. Por su parte, los plásmidos reconstruidos portaban genes relacionados con la homeostasis del hierro, halotolerancia y biosíntesis de vitaminas, lo que sugiere su contribución a la adaptación bacteriana y a la interacción planta-bacteria. La diversidad del plasmidoma también estuvo influenciada por el tipo de tejido, destacando la importancia de las condiciones ambientales locales en la composición de estos MGEs. Este estudio demostró que el tipo de tejido es un factor clave en la composición y diversidad del viroma y plasmidoma endófitos en R. mangle y A. germinans, superando incluso las diferencias entre especies. Los virus y plásmidos identificados actúan como reservorios de genes funcionales que facilitan la adaptación de las plantas y su microbiota a condiciones estresantes. Los hallazgos resaltan el potencial biotecnológico de estos MGEs, especialmente en aplicaciones agrícolas sostenibles, como el desarrollo de inoculantes microbianos y estrategias de control biológico.
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Slide 5 of 6 Publicación Acceso abierto
Metatranscriptoma de los endófitos de hojas y raíces de Rhizophora mangle y Avicennia germinans en la bahía de Buenaventura, Colombia
(Universidad del Valle, 2025) Lemos Lucumi, Cesar Alejandro; Toro-Perea, Nelson
El manglar es un ecosistema con una gran diversidad de organismos. En la bahía de Buenaventura la parte vegetal del ecosistema está compuesta principalmente por las especies Rhizophora mangle o mangle rojo, y Avicennia germinans o mangle negro. Una interacción poco estudiada pero muy importante, es la de las plantas con sus microorganismos endófitos. Esta relación es difícil de estudiar ya que la mayoría de los microorganismos endófitos no son cultivables mediante las técnicas actuales, sin embargo, el avance de las tecnologías de secuenciación ha generado la creación de herramientas ómicas de análisis de datos masivos, que permiten caracterizar las comunidades microscópicas presenten en una muestra. La metatranscriptómica nos confiere la capacidad de estudiar las funciones génicas que se encuentran activas en una comunidad, sin necesidad de realizar cultivos in vitro. Con el objetivo de estudiar las relaciones ecológicas, a nivel microscópico, que existen en los manglares, se realizó la caracterización del metatranscriptoma de los endófitos de hojas y raíces de R. mangle y A. germinans, en la bahía de Buenaventura, Colombia. Los resultados demostraron que existen diferencias significativas en la taxonomía y en las funciones encontradas en los metatranscriptomas analizados. Estas diferencias, se asociaron a la especie de planta hospedera y al tejido del que provenían las muestras. Además, se encontró que los microorganismos de ambas especies de mangle podrían aportar a la capacidad de sobrevivir de estas plantas en ambientes con altas temperaturas, presencia de metales pesados, xenobióticos y altos niveles de salinidad, además, de ayudar en la asimilación y almacenamiento de diversos nutrientes. Esta evidencia sugiera que la microbiota endofítica de A. germinans y R. mangle presenta un alto potencial biotecnológico y su estudio, a fondo, sería de gran utilidad para determinar su utilidad en el campo agrícola y de la bioprospección.
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