La utilización del co-sustrato en "Candidatus Accumulibacter" mejora la aptitud metabólica en entornos dinámicos

Área de la Ciencia:

• Microbiología
• Ingeniería metabólica
• Ciencias del medio ambiente

Sus antecedentes:

• Las comunidades microbianas en los ecosistemas naturales y de ingeniería dependen de la utilización eficiente de los recursos para sobrevivir.
• Las evaluaciones actuales del potencial metabólico a menudo se centran en el uso de un solo sustrato, descuidando las interacciones complejas en entornos de múltiples sustratos.
• La comprensión de la utilización del co-sustrato es vital, especialmente con respecto a las cambiantes condiciones redox y la disponibilidad del sustrato.

Objetivo del estudio:

• Investigar las interacciones metabólicas durante la utilización del co-sustrato en organismos acumuladores de polifosfato.
• Cuantificar la relevancia fisiológica de la absorción del co-sustrato utilizando enfoques experimentales y computacionales integrados.
• Establecer un marco para clasificar las interacciones metabólicas basadas en el emparejamiento de sustratos.

Principales métodos:

• Culturas enriquecidas de "Ca. Accumulibacter" fueron analizados experimentalmente.
• Se empleó metagenómica resuelta por genoma para evaluar las capacidades metabólicas.
• Se utilizó el análisis de flujo condicional (cFBA) para modelar y cuantificar los flujos metabólicos y los resultados fisiológicos.

Principales resultados:

• La coutilización anaeróbica de acetato y aspartato optimizó el equilibrio redox y redujo las pérdidas de ATP.
• El uso de cosubstrato condujo a un aumento significativo en el rendimiento de la biomasa, hasta un 8% más alto que la utilización de un solo sustrato.
• El modelado metabólico identificó efectos sinérgicos derivados de la topología de la red y de las distintas interacciones de las rutas metabólicas.

Conclusiones:

• La utilización del cosubstrato genera importantes beneficios metabólicos y ecológicos en las comunidades microbianas.
• Las interacciones sinérgicas, clasificadas en tipos neutros, sinérgicos unidireccionales y sinérgicos recíprocos, son clave para optimizar la asignación de recursos celulares.
• Estos hallazgos proporcionan un marco para comprender las estrategias metabólicas competitivas y tienen implicaciones para la optimización de bioprocesos.