Väitös Biotekniikka, MSc Tejas Somvanshi

Väitöskirjan nimi: Methanosarcina acetivoransin piilevän aineenvaihduntapotentiaalin avaaminen

Väittelijä: Tejas Somvanshi
Vastaväittäjä: Prof. Cornelia Welte, Radbound University, Alankomaat
Kustos: Associate prof. Silvan Scheller, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Tutkimus tarkasteli Methanosarcina acetivorans -lajin aineenvaihdunnallista potentiaalia ja elektroninsiirtobiologiaa. Se keskittyi siihen, miten tämä metanogeeni voi käyttää etanolia, formiaattia, vetyä ja seriiniä elektroniluovuttajina.
Tavoitteena oli ymmärtää ja laajentaa M. acetivoransin substraatti- ja elektroniluovuttajakirjoa, ratkaista avoimia kysymyksiä vedyn ja etanolin käytöstä sekä kehittää bioteknologisiin ja mekanistisiin tutkimuksiin soveltuvia kantoja ja työkaluja.
Tämä tutkimus on relevantti, koska M. acetivorans on keskeinen malliorganismi sytokromeja sisältäville metanogeeneille. Se edistää tietämystä metanogeneesistä ja elektroninsiirrosta, valaisee biogeenisen etaanin alkuperiä, arvioi uudelleen formiaatin aineenvaihduntaa Methanosarcinales-lahkossa ja ohjaa arkeonien genomimuokkausta.
Mitä tuloksia saatiin? Cas12a-muokkaus paljasti intrakromosomaalisia translokaatioita huolimatta klassisen NHEJ:n puuttumisesta. Tutkittu metylotrofinen reitti pelkisti etanolin etaaniksi. Heterologinen F420:ta pelkistävän formiaattidehydrogenaasin ilmentäminen mahdollisti formiaattiin perustuvan metanogeneesin. Muokatut kannat kanavoivat elektroneja formiaatista alkuperäisen H2-riippumattoman ketjun kautta ferredoksiinin pelkistämiseen, ja JB-MF-alustassa sekä vety että seriini toimivat elektroniluovuttajina metyylin pelkistävälle metanogeneesille, mikä kaikki korosti elektroninsiirtoverkkojen huomattavaa joustavuutta.
Tuloksia voidaan soveltaa metanogeenien muokkaamiseen käyttämään edullisia luovuttajia (formiaatti, H2, seriini) metaanin tai alkaanien tuotantoon. JB-MF-alusta mahdollistaa oksidoreduktaasien testaamisen ja evoluution. Ekologisesti työ auttaa tulkitsemaan jälkietaania ja arvioi uudelleen formiaatin roolia Methanosarcinales-ryhmässä. Synteettisessä biologiassa se ohjaa turvallisempaa CRISPR-suunnittelua arkeoissa.
M. acetivorans on aineenvaihdunnaltaan aiemmin luultua joustavampi ja sitä voidaan muokata laajentamaan elektroniluovuttajavalikoimaa. Elektroninsiirto voidaan uudelleenjohtaa tukemaan metyylin pelkistystä ilman pakollista H2:ta. Cas12a-pohjainen muokkaus saattaa aiheuttaa kromosomaalisia uudelleenjärjestäytymisiä, mikä edellyttää huolellista validointia. Nämä oivallukset avaavat uusia mahdollisuuksia bioenergiaan ja mekanistisiin tutkimuksiin.

Methanosarcina acetivorans, formiaattidehydrogenaasi, metabolinen suunnittelu, metaani, etaani, substraattipromiskuiteetti, vety, seriini, vaihtoehtoiset elektroniluovuttajat

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu.

Yhteystiedot: tej.somvanshi@gmail.com