SwePub
Sök i LIBRIS databas

  Extended search

id:"swepub:oai:DiVA.org:kth-292437"
 

Search: id:"swepub:oai:DiVA.org:kth-292437" > Adaptations and con...

  • 1 of 1
  • Previous record
  • Next record
  •    To hitlist
  • Asplund Samuelsson, Johannes,1987-KTH,Science for Life Laboratory, SciLifeLab,Systembiologi,Hudson Lab (author)

Adaptations and constraints associated with autotrophy in microbial metabolism

  • BookEnglish2021

Publisher, publication year, extent ...

  • KTH Royal Institute of Technology,2021
  • 96 s.
  • electronicrdacarrier

Numbers

  • LIBRIS-ID:oai:DiVA.org:kth-292437
  • ISBN:9789178738144
  • https://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-292437URI

Supplementary language notes

  • Language:English
  • Summary in:English &Swedish

Part of subdatabase

Classification

  • Subject category:vet swepub-contenttype
  • Subject category:dok swepub-publicationtype

Series

  • TRITA-CBH-FOU ;2021:11

Notes

  • QC 2021-04-07
  • Carbon dioxide (CO2) emissions from human activities are driving climate change, but the pending crisis could be mitigated by a circular carbon economy where released CO2 is recycled into commodity chemicals. Autotrophic microbes can make a contribution by producing chemicals, such as biofuels, from CO2 and renewable energy. The primary natural CO2 fixation pathway is the Calvin cycle, in which the enzyme Rubisco carboxylates ribulose-1,5-bisphosphate. The present investigation used computational systems biology methods to map adaptations and constraints in autotrophic microbial metabolism based on the Calvin cycle. First, the metabolic network of the Calvin cycle-capable photoautotrophic cyanobacterium Synechocystis was contrasted with that of heterotrophic E. coli. Intracellular metabolite concentration ranges differed, leading to different capacity to provide thermodynamic driving forces to chemical production pathways. Second, the Calvin cycle in Synechocystis was modeled kinetically, showing that certain enzyme saturation and metabolite levels, for example high ribulose-1,5-bisphosphate concentration, were detrimental to stability. Control over reaction rates was distributed, but making certain enzymes faster, for example fructose-1,6-bisphosphatase, could increase overall carbon fixation rate. Third, Synechocystis was starved of CO2 and ribosome profiling was used to track the effect on translation. Stress response and CO2 uptake were upregulated, but constant Rubisco expression and ribosome pausing in 5' untranslated regions indicated readiness for reappearance of CO2. Finally, microbial genomes with and without the Calvin cycle were contrasted, revealing metabolic, energetic, and regulatory adaptations that describe the properties of a functional autotroph. These findings provide a background for future study and engineering of autotrophs for direct conversion of CO2 into commodity chemicals.
  • Utsläpp av koldioxid (CO2) från mänskliga aktiviteter driver klimatförändringarna, men den stundande krisen skulle kunna mildras av en cirkulär kolekonomi där CO2 som släpps ut återvinns till råvarukemikalier. Autotrofa mikrober kan bidra genom att producera kemikalier, såsom biobränslen, från CO2 och förnybar energi. Den primära naturliga syntesvägen för CO2-fixering är calvincykeln, i vilken enzymet Rubisco karboxylerar ribulos-1,5-bisfosfat. Undersökningen som ligger till grund för denna avhandling använde systembiologiska beräkningsmetoder för att kartlägga anpassningar och begränsningar i autotrof mikrobiell metabolism baserad på calvincykeln. För det första kontrasterades det metaboliska nätverket hos den calvincykelkapabla fotoautotrofa cyanobakterien Synechocystis med det hos heterotrofen E. coli. De intracellulära metabolitkoncentrationerna var olika, vilket ledde till olika kapacitet att bistå med termodynamisk drivkraft till kemiska syntesvägar. För det andra modellerades calvincykeln i Synechocystis kinetiskt, vilket visade att vissa enzymsatureringsnivåer och metabolitkoncentrationer, bland annat hög ribulos-1,5-bisfosfatkoncentration, motverkade stabiliteten. Kontroll över reaktionshastigheter var distribuerad, men ökning av hastigheten hos vissa enzymer, till exempel fruktos-1,6-bisfosfatas, skulle kunna öka den generalla kolfixeringshastigheten. För det tredje svältes Synechocystis på CO2 och ribosomprofilering användes för att följa effekten på translationen. Stressrespons och CO2-upptag uppreglerades, men konstant uttryck av Rubisco och pausning av ribosomer i de icketranslaterade 5'-regionerna indikerade beredskap för ett återuppträdande av CO2. Slutligen jämfördes mikrobiella genom med och utan calvincykeln, vilket avslöjade metaboliska, energetiska, och regulatoriska anpassningar som beskriver egenskaperna hos en funktionell autotrof. Dessa upptäckter ger en bakgrund för framtida studier och ingenjörsmässig design av autotrofer för direkt omvandling av CO2 till råvarukemikalier.

Subject headings and genre

  • NATURVETENSKAP Biologi Bioinformatik och systembiologi hsv//swe
  • NATURAL SCIENCES Biological Sciences Bioinformatics and Systems Biology hsv//eng
  • Autotrophy
  • Carbon fixation
  • CO2 fixation
  • Calvin cycle
  • CBB cycle
  • Bacteria
  • Archaea
  • Prokaryotes
  • Cyanobacteria
  • Synechocystis
  • E. coli
  • Comparative genomics
  • Metabolic engineering
  • Microbial metabolism
  • Machine learning
  • Systems biology
  • Ribosome profiling
  • Kinetic modeling
  • Enzyme kinetics
  • Metabolic models
  • Pathway enumeration
  • Biosynthesis pathways
  • Metabolomics
  • Metabolite concentrations
  • Thermodynamics
  • Autotrofi
  • Kolfixering
  • CO2-fixering
  • Calvincykeln
  • CBB-cykeln
  • Bakterier
  • Arkéer
  • Prokaryoter
  • Cyanobakterier
  • Synechocystis
  • E. coli
  • Jämförande genomik
  • Metabolisk ingenjörskonst
  • Mikrobiell metabolism
  • Maskininlärning
  • Systembiologi
  • Ribosomprofilering
  • Kinetisk modellering
  • Enzymkinetik
  • Metaboliska modeller
  • Syntesvägsuppräkning
  • Biosyntesvägar
  • Metabolomik
  • Metabolitkoncentrationer
  • Termodynamik
  • Bioteknologi
  • Biotechnology

Added entries (persons, corporate bodies, meetings, titles ...)

  • Hudson, Elton P.,Associate ProfessorKTH,Science for Life Laboratory, SciLifeLab,Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH)(Swepub:kth)u1ja6ik3 (thesis advisor)
  • Mardinoglu, Adil,ProfessorKTH,Science for Life Laboratory, SciLifeLab,Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH)(Swepub:kth)u1t8kmr6 (thesis advisor)
  • Maranas, Costas D.,ProfessorThe Pennsylvania State University, United States (opponent)
  • KTHScience for Life Laboratory, SciLifeLab (creator_code:org_t)

Internet link

Find in a library

To the university's database

  • 1 of 1
  • Previous record
  • Next record
  •    To hitlist

Find more in SwePub

By the author/editor
Asplund Samuelss ...
Hudson, Elton P. ...
Mardinoglu, Adil ...
Maranas, Costas ...
About the subject
NATURAL SCIENCES
NATURAL SCIENCES
and Biological Scien ...
and Bioinformatics a ...
Parts in the series
TRITA-CBH-FOU ;
By the university
Royal Institute of Technology

Search outside SwePub

Wikipedia about the author:
Johannes_Asplund_Samuelsson
Asplund Samuelsson, Johannes,1987-
en

Kungliga biblioteket hanterar dina personuppgifter i enlighet med EU:s dataskyddsförordning (2018), GDPR. Läs mer om hur det funkar här.
Så här hanterar KB dina uppgifter vid användning av denna tjänst.

 
pil uppåt Close

Copy and save the link in order to return to this view