Clostridium thermocellum LL1210 pH homeostasis mechanisms informed by transcriptomics and metabolomics
Notice bibliographique
Résumé
Clostridium (Ruminiclostridium) thermocellum is a model fermentative anaerobic thermophile being studied and engineered for consolidated bioprocessing of lignocellulosic feedstocks into fuels and chemicals. Engineering efforts have resulted in significant improvements in ethanol yields and titers although further advances are required to make the bacterium industry-ready. For instance, fermentations at lower pH could enable co-culturing with microbes that have lower pH optima, augment productivity, and reduce buffering cost. C. thermocellum is typically grown at neutral pH, and little is known about its pH limits or pH homeostasis mechanisms. To better understand C. thermocellum pH homeostasis we grew strain LL1210 ( C. thermocellum DSM1313 Δhpt ΔhydG Δldh Δpfl Δpta - ack ), currently the highest ethanol producing strain of C. thermocellum , at different pH values in chemostat culture and applied systems biology tools. Clostridium thermocellum LL1210 was found to be growth-limited below pH 6.24 at a dilution rate of 0.1 h −1 . F 1 F 0 -ATPase gene expression was upregulated while many ATP-utilizing enzymes and pathways were downregulated at pH 6.24. These included most flagella biosynthesis genes, genes for chemotaxis, and other motility-related genes (> 50) as well as sulfate transport and reduction, nitrate transport and nitrogen fixation, and fatty acid biosynthesis genes. Clustering and enrichment of differentially expressed genes at pH values 6.48, pH 6.24 and pH 6.12 (washout conditions) compared to pH 6.98 showed inverse differential expression patterns between the F 1 F 0 -ATPase and genes for other ATP-utilizing enzymes. At and below pH 6.24, amino acids including glutamate and valine; long-chain fatty acids, their iso-counterparts and glycerol conjugates; glycolysis intermediates 3-phosphoglycerate, glucose 6-phosphate, and glucose accumulated intracellularly. Glutamate was 267 times more abundant in cells at pH 6.24 compared to pH 6.98, and intercellular concentration reached 1.8 μmol/g pellet at pH 5.80 (stopped flow). Clostridium thermocellum LL1210 can grow under slightly acidic conditions, similar to limits reported for other strains. This foundational study provides a detailed characterization of a relatively acid-intolerant bacterium and provides genetic targets for strain improvement. Future studies should examine adding gene functions used by more acid-tolerant bacteria for improved pH homeostasis at acidic pH values.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».