Pilins of the T4P of Acidithiobacillus thiooxidans: more than pili blocks

Abstract

RESUMEN La evolución es un proceso complejo y altamente dinámico que depende de múltiples variables. En los organismos extremófilos la evolución se muestra en todo su esplendor al adaptar lo funcional mediante cambios simples pero efectivos. Las proteínas extracelulares de la bacteria acidófila Acidithiobacillus thiooxidans, objeto de estudio en este trabajo, evidencian este fenómeno. El propósito de esta tesis es describir las características intrínsecas de las proteínas que forman parte del apéndice extracelular conocido como pilum de At. thiooxidans. Esta descripción abarca análisis in silico y experimentales en los cuales las proteínas se exponen a diversas condiciones que permiten inferir las características que las hacen resilientes a las condiciones extremas donde este organismo se encuentra, así como comprender los mecanismos que facilitan la transmisión de diferentes estímulos desde el exterior hacia el interior de la célula. Nos enfocamos en dos proteínas: la pilina minoritaria PilV y la proteína adhesina PilY1, ambas ubicadas en la parte más apical del pilus y por ende, las más expuestas al ambiente donde At. thiooxidans se desarrolla. En cuanto a los resultados in silico, este trabajo destaca: a) la propuesta del desorden y la composición de aminoácidos como posibles mecanismos de resistencia a ambientes extremos oxidantes y ácidos, y b) la respuesta a ciertos estímulos externos ocurre a través de dominios conservados que concuerdan con la propuesta mencionada anteriormente. Los resultados experimentales, por su parte, son consistentes con los análisis in silico, destacando: a) la metodología para obtener la expresión heteróloga de proteínas de microorganismos extremófilos, b) la confirmación de los resultados in silico, ya que se demostró que las características intrínsecas que poseen estas proteínas les permite ser funcionales dada su resiliencia a cambios de pH desde muy ácidos hasta básicos y c) el inicio de la caracterización del transporte de electrones a través de las pilinas de At. thiooxidans. En términos generales, la importancia de este trabajo radica en la descripción del pilus de At. thiooxidans desde un enfoque proteómico, lo que permitió proponer un modelo de resistencia al pH, extrapolable a otros géneros de bacterias acidófilas utilizadas en los procesos mineros.

ABSTRACT Evolution is a complex and highly dynamic process that depends on multiple variables. In extremophilic organisms, evolution is showcased in all its splendor by adapting functionality through simple yet effective changes. The extracellular proteins of the acidophilic bacterium Acidithiobacillus thiooxidans, the subject of this study, demonstrate this phenomenon. The purpose of this thesis is to describe the intrinsic characteristics of the proteins that are part of the extracellular appendage known as the pilus of At. thiooxidans. This description encompasses in silico and experimental analyses in which the proteins are exposed to various conditions that allow inferring the characteristics that make them resilient to the extreme conditions where this organism is found, as well as understanding the mechanisms that facilitate the transmission of different stimuli from the exterior to the interior of the cell. We focus on two proteins: the minor pilin PilV and the adhesin protein PilY1, both located in the most apical part of the pilus and therefore the most exposed to the environment where At. thiooxidans develop. Regarding the in silico results, this work highlights: a) the proposal of disorder and amino acid composition as possible mechanisms of resistance to extreme oxidative and acidic environments, and b) the response to certain external stimuli occurs through conserved domains that align with the aforementioned proposal. The experimental results, on the other hand, are consistent with the in silico analyses, emphasizing: a) the methodology for obtaining heterologous expression of proteins from extremophilic microorganisms, b) the confirmation of the in silico results, as it was demonstrated that the intrinsic characteristics of these proteins allow them to be functional given their resilience to pH changes from highly acidic to basic, and c) the initiation of the characterization of electron transport through the pilins of At. thiooxidans. In general terms, the importance of this work lies in the description of the At. thiooxidans pilus from a proteomic approach, which allowed proposing a pH resistance model extrapolable to other genera of acidophilic bacteria used in mining processes.