CENTRO DE BIOLOGÍA MOLECULAR SEVERO OCHOACaptura de pantalla 2022 09 14 a las 10.27.10    

Biotecnología y genética de termófilos extremos

Resumen de Investigación:

Como forma de poder aprovechar la evolución de un organismo caballo de batalla en biotecnología, como lo es Thermus thermophilus, queremos comprender los procesos que contribuyen a la plasticidad del genoma de este organismo, tanto los mecanismos de transferencia horizontal de genes como los mecanismos de defensa contra ellos y el genoma. vías de reparación y sus interacciones mutuas. Los principales sistemas de defensa que estamos estudiando actualmente son la nucleasa programable Argonaute, la ADN primasa-polimerasa Primpol y el complejo AddAB (equivalente a RecBCD). Las vías de reparación recombinacionales que estamos estudiando son RecFOR, RecJ y HerA-NurA. El análisis de estas rutas también mostrará las estrategias utilizadas por un termófilo extremo para hacer frente al daño en el ADN causado por las altas temperaturas. A continuación, estamos desarrollando un nuevo sistema para el cultivo continuo, la generación de diversidad inducida y la selección de variantes mejoradas en un proceso automatizado iterativo. Los nuevos sistemas que estamos desarrollando se utilizarán para el descubrimiento de proteínas termoestables y el aislamiento de variantes termoestables de enzimas que podrían responder mejor a los requisitos de los biocatalizadores industriales o en otras aplicaciones en el campo de la biología molecular, como la edición de genes. Y en la misma línea, estamos sondeando las posibilidades de este organismo en la degradación y metabolización de residuos plásticos (tereftalato de polietileno y poliestireno), para tratar de generar una posible solución al problema de la acumulación de residuos plásticos en el mundo.
También compartiendo el tema de la evolución, estoy interesado en los primeros eventos evolutivos que llevaron a la división de Bacteria y Archaea en primer lugar y al surgimiento de Eukarya en una segunda etapa. En cuanto a la división Bacteria-Archaea, postulo una divergencia basada en el gradiente de protones y las diferencias, críticas e inalteradas en la evolución entre las membranas de las arqueas y las de las bacterias. Estas diferencias finalmente se trasladaron de bacterias a mitocondrias y eucariotas. Respecto al surgimiento de los eucariotas, según mi teoría, el evento fundamental sería la asociación de un organismo protofagocítico (derivado de asgard archaea) con una alfa-proteobacteria que permitió que apareciera el proceso de digestión ácida y esto sería crítico para el surgimiento de fagocitosis, mitocondrias y eventualmente el resto de características eucariotas.

 

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Figura 1:  In our group we study the bacteria Thermus thermophilus as a way to understand  genome plasticity, mechanisms of horizontal gene transfer, defense mechanisms  and genome repair pathways and their mutual interactions. On the basis of this we are developing a new system for diversity generation and selection of improved variants in an iterative automated process. We are testing the possibilities of this organism in plastic (polyethylene terephtalate and polystyrene) residue degradation. On the evolution theme, we are interested in the early evolutionary events that led to the split of Bacteria and Archaea in the first place and the emergence of Eukarya in a second stage.

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ApellidosNombreLaboratorioExt.*e-mailCategoría profesional
Villamayor ArribasÁlvaro1084498Tco. de Investigación y Laboratorio

Publicaciones relevantes:

  • Mencía, M. (2022). Acid digestion and symbiont: Proton sharing at the origin of mitochondriogenesis? BioEssays, 2200136. PMID: 3637363  10.1002/bies.202200136
  • Verdú, C., Pérez-Arnaiz, P., Peropadre, A., Berenguer, J., and Mencía, M. (2022). Deletion of the primase-polymerases encoding gene, located in a mobile element in Thermus thermophilus HB27, leads to loss of function mutation of addAB genes. Front. Microbiol. 13, 1005862. PMID: 36532486 10.3389/fmicb.2022.1005862
  • Álvarez, B., Mencía, M., de Lorenzo, V. y Fernández, L.A. (2020) In vivo diversification of target genomic sites using processive T7 RNA polymerase-base deaminase fusions blocked by RNA-guided dCas9.  Nat Commun 11, 6436-6449. PMID: 33353963 DOI: 10.1101/850974
  • Mencía, M. (2020). The archaeal-bacterial lipid divide, could a distinct lateral proton route hold the answer? Biol Direct 15, 7. PMID: 32317017 DOI: 10.1186/s13062-020-00262-7

Tesis doctorales:

  • Ignacio Baquedano Mozos (2019) ICETh1 & ICETh2, two mobile genetic elements coordinated in Thermus thermophilus transjugation. Universidad Autónoma de Madrid. Directores José Berenguer and Mario Mencía.
  • Carlos Verdú Cano. Call: FPI 2017, Code: BES2017-080867, Start date: 1-07-2018. Project:BIO2016-77031R. Tittle: Interferencia DNA-DNA mediada por la proteína Argonauta de Thermus thermophilus. Defense: March- 2023. Co-supervised by M. Mencía and J. Berenguer

 

Proyectos financiados en los últimos años:

  • PlastBioTerm: A new approach for the sustainable bioconversion of plastic waste into high-value products based on thermophilic microorganisms and enzymatic synthesis. TED2021-130430B-C22 Entity: Spain Government. Period: 01/12/2022 to 31/11/2024. Mario Mencía (IP)
  • DANDIFY: New tools derived from DNA transfer and interference systems from thermophilic bacteria. PID2019-109073RB-I00 Entity: Spain Government. Period: 01/07/2020 to 30/6/2023. José Berenguer (IP), Mario Mencía (CoIP).
  • INAGOMICS: DNA-DNA interference mediated by the Argonaute protein of Thermus thermophilus and applications in genome edition. BIO2016-77031-R. Period: 01/01/2017 to 30/6/2020. José Berenguer (IP).

 

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