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Título: Shotgun proteomic analysis of Clostridium acetobutylicum during butanol fermentation
Autores: Sivagnanam, Kumaran
Fecha: 2013
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Engineering - Environmental
Descripción: Shotgun proteomic technology is a powerful characterization tool that can be used to investigate the global status of an organism at the molecular level. This dissertation presents the shotgun proteomic analysis of Clostridium acetobutylicum which is capable of converting different sugars present in the lignocellulosic biomass to acetone, butanol, and ethanol through fermentation. In the first study, glucose was found to be the preferred substrate of C. acetobutylicum for butanol production and the subsequent shotgun proteomic analysis identified over 400 proteins using a 6-step mass spectrometry based shotgun proteomics approach. The identified proteins were used to construct a C. acetobutylicum protein interaction map which was the first report of pathways interaction network for C. acetobutylicum. The second study employed a 12-step shotgun proteomics approach and a total of 894 proteins were identified in C. acetobutylicum during butanol fermentation between glucose and xylose substrates. This study revealed significant changes in the proteomic profile of C. acetobutylicum involved in chemotaxis and flagellar mechanisms during butanol fermentation between glucose and xylose substrates. In the third study, the proteomic profile of C. acetobutylicum was analyzed between two different phases of butanol fermentation using xylose substrate. Interestingly, the C. acetobutylicum proteomic profile was found to be significantly different between the exponential growth and stationary growth phases, with proteins directly involved in the butanol production pathway found to be highly expressed in the exponential growth compared to the stationary phase. The final study of this dissertation reports the proteomic analysis of C. acetobutylicum during butanol fermentation using a glucose/xylose mixture. Over 800 C. acetobutylicum proteins were identified and compared with the previous studies. The comparative analysis revealed protein expression from C. acetobutylicum were lower in the glucose/xylose mixture when compared to the preferred glucose substrate for biochemical processes that are vital for fermentation, such as carbohydrate metabolism, butanol production pathway and chemotactic and motility behaviour. These findings provide an in-depth proteomic knowledge base of C. acetobutylicum fermentation and butanol production using the two major sugars present in lignocellulosic biomass. Furthermore, the data presented can be used to develop better fermentation monitoring systems to construct an optimized environment for butanol production and serves as a base for future molecular level butanol research.
La technologie de protéomique shotgun est un outil puissant de caractérisation au niveau moléculaire qui peut être utilisé pour l'investigation sur la situation globale d'un organisme. Cette thèse présente l'analyse protéomique shotgun du Clostridium acetobutylicum qui est capable de convertir les différents sucres présents dans la biomasse lignocellulosique en acétone, butanol et éthanol par fermentation. Dans la première étude, le glucose a été jugé le substrat préféré du C. acetobutylicum pour la production de butanol et l'analyse protéomique shotgun ultérieure a identifié plus de 400 protéines en utilisant l'approche protéomique shotgun basée sur une spectrométrie de masse de 6 étapes. Les protéines identifiées ont été utilisées pour construire une carte d'interactions proteinées du C. acetobutylicum qui était le premier rapport d'un réseau d'interaction protéine-protéine pour C. acetobutylicum. La deuxième étude a utilisé une approche de protéomique shotgun en 12 étapes et un total de 894 protéines ont été identifiées dans C. acetobutylicum pendant la fermentation du butanol entre les substrats glucose et xylose. Cette étude a révélé des changements significatifs dans le profil protéomique du C. acetobutylicum impliqués dans les mécanismes de chimiotactisme et flagellaires pendant la fermentation du butanol entre les substrats glucose et xylose. Dans la troisième étude, le profil protéomique du C. acetobutylicum a été analysé entre deux phases différentes de la fermentation du butanol en utilisant le substrat xylose. Fait intéressant, le profil protéomique du C. acetobutylicum a été jugé significativement différent entre les phases de croissance exponentielle et de croissance stationnaire, où les protéines directement impliquées dans la filière de production de butanol ont été trouvées être fortement exprimées dans la croissance exponentielle par rapport à la phase stationnaire. La dernière étude de cette thèse rend compte de l'analyse protéomique du C. acetobutylicum pendant la fermentation du butanol en utilisant un mélange de glucose/xylose. Plus de 800 protéines du C. acetobutylicum ont été identifiées et comparées avec les études antérieures. L'analyse comparative a révélé que l'expression des protéines du C. acetobutylicum était plus faible dans le mélange de glucose/xylose par rapport au glucose, le substrat préfère les processus biochimiques qui sont vitales pour la fermentation, tels que le métabolisme des glucides, filière de la production de butanol et les comportements chimiotactiques et de motilité. Ces résultats fournissent une connaissance approfondie de la protéomique de la fermentation du C. acetobutylicum et de la production de butanol en utilisant les principaux sucres présents dans la biomasse lignocellulosique. En outre, les données présentées peuvent être utilisées pour développer de meilleurs systèmes de surveillance de fermentation pour la construction d'un environnement optimisé pour la production de butanol et sert de base pour l'avenir de la recherche du butanol au niveau moléculaire.
Idioma: en