Caracterización de Halomonas titanicae KHS3 como potencial productora de compuestos de reserva de interés biotecnológico

Abstract

Halomonas titanicae KHS3 es una bacteria ambiental de interés biotecnológico debido a su halotolerancia, su capacidad para sintetizar compuestos de reserva y su habilidad para metabolizar compuestos xenobióticos. Esta tesis se enfocó en identificar los genes involucrados en el metabolismo de los polihidroxialcanoatos, caracterizar la producción de poli(3-hidroxibutirato) (PHB) y desarrollar estrategias para optimizar dicha producción utilizando diversas fuentes de carbono. El análisis de la secuencia genómica permitió identificar once genes asociados a la biosíntesis, regulación y degradación de PHB. Posteriormente, se caracterizó fisiológicamente la cepa mediante ensayos de crecimiento y acumulación de PHB en diferentes fuentes de carbono. El polímero fue identificado y caracterizado mediante resonancia magnética nuclear y técnicas fisicoquímicas. Asimismo, se validó la producción de PHB por la cepa en cultivos batch no estériles y se escaló el proceso de 2 a 12 l, confirmando su potencial como plataforma biotecnológica. El rol del gen phaC1 se evaluó mediante la generación de una mutante por interrupción (SF18) y su caracterización fisiológica, demostrando que este gen es el principal responsable de la acumulación de PHB en las condiciones evaluadas. Finalmente, mediante diseño experimental estadístico se optimizó un proceso de producción en dos etapas que permitió evaluar el uso de fuentes de carbono residuales y la producción del copolímero poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV). En conjunto, este trabajo contribuye a comprender y mejorar la producción de PHB y PHBV en Halomonas titanicae KHS3, fortaleciendo su potencial como plataforma biotecnológica.

Halomonas titanicae KHS3 is an environmental bacterium of biotechnological interest because of its halotolerance, its ability to synthesize storage compounds, and its capacity to metabolize xenobiotic compounds. This thesis focused on identifying the genes involved in polyhydroxyalkanoate metabolism, characterizing poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) production, and developing strategies to optimize its production using different carbon sources. Genome sequence analysis identified eleven genes involved in PHB biosynthesis, regulation, and degradation. Subsequently, the strain was characterized through growth and PHB accumulation assays using different carbon sources. The polymer was identified and characterized by nuclear magnetic resonance and physicochemical analyses. In addition, PHB production by the strain was validated in non-sterile batch cultures, and the process was successfully scaled up from 2 to 12 L, confirming its potential as a biotechnological platform. The role of the phaC1 gene was evaluated by generating an insertion mutant (SF18) and characterizing it physiologically, demonstrating that this gene is primarily responsible for PHB accumulation under the conditions evaluated. Finally, a two-stage production process was optimized using statistical experimental design, which allowed the evaluation of residual carbon sources and the production of the copolymer poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV). All this work contributes to a better understanding and improvement of PHB and PHBV production in Halomonas titanicae KHS3, further supporting its potential as a biotechnological platform.