Cristin-prosjekt-ID: 572115
Sist endret: 17. mai 2020 12:03

Cristin-prosjekt-ID: 572115
Sist endret: 17. mai 2020 12:03
Prosjekt

Methane oxidation by extremophilic Verrucomicrobia adapted to geothermal environments

prosjektleder

Nils-Kåre Birkeland
ved Institutt for biovitenskap ved Universitetet i Bergen

prosjekteier / koordinerende forskningsansvarlig enhet

  • Institutt for biovitenskap ved Universitetet i Bergen

Finansiering

  • TotalbudsjettNOK 12.776.776
  • Norges forskningsråd
    Prosjektkode: 261923

Klassifisering

Vitenskapsdisipliner

Biokjemi • Generell mikrobiologi • Molekylærbiologi

Emneord

Genomikk • Evolusjonsbiologi • Metanoksyderende bakterier • Ekstremofiler • Molekylær mikrobiologi • Metan monooxygenase • Mikrobiologi • Biologiske makromolekyler • Metangass

Kategorier

Prosjektkategori

  • Doktorgradsprosjekt
  • Grunnforskning

Tidsramme

Aktivt
Start: 1. mai 2017 Slutt: 28. februar 2021

Beskrivelse Beskrivelse

Tittel

Methane oxidation by extremophilic Verrucomicrobia adapted to geothermal environments

Populærvitenskapelig sammendrag

Metanoksyderende bakterier, også kalt metanotrofer, kan bruke klimagassen metan som karbonog energikilde. En ny gruppe av varme- og syre-elskende (termoacidofile) metanotrofer tilhørende bakteriefylumet Verrucomicrobia, er funnet i ekstremt sure terrestre vulkanske miljø. Disse ekstremofile mikroorganismene skal benyttes i molekylære, fysiologiske og genetiske analyser for å øke vår kunnskap om evolusjon og diversitet av metanoksyderende bakterier samt molekylære mekanismer for biologisk oksydasjon av metan og hvordan denne prosessen er regulert. Disse bakteriene inneholder tre komplette sett av genene som koder for «metan monooxygenase» (Pmo), et komplekst enzym som katalyserer det første trinnet i metanoksydasjonsveien ved å oksidere metan til metanol ved bruk av molekylært oksygen. I disse organismene er pmo genene organisert i tre distinkte pmoCAB genklustre med differensiert ekspresjon. Transkripsjonsanalyser vil nærmere avdekke ekspresjonsmønstrene av disse genklustrene og kan gi informasjon om mulig cellulær arbeidsfordeling til enzymene de koder for. Pmo enzymene vil karakteriseres både mht. til biokjemiske egenskaper og struktur, spesielt med sikte på å forstå metallioners rolle i enzymmekanismen. Det er også et mål å utvikle genetisk verktøy som kan brukes til genetiske analyser av disse genene. Flere representanter av metanotrofe verrukomikrobier fra varme kilder på ulike deler av jordkloden er nylig isolert. Disse nye isolatene vil bli fullstendig genomsekvensert og karakterisert fenotypisk med sikte på å forstå deres evolusjon og biogeografiske struktur på en global skala. Resultatene fra prosjektet vil øke vår innsikt i mange aspekter vedrørende biologisk metanoksydasjon, en antatt eldgammel form for energistoffskifte som spiller en sentral rolle for et naturlig balansert drivhusgassutslipp til atmosfæren, og som bioteknologisk plattform for industriell bruk av naturgass til produksjon av mer komplekse forbindelser av kommersiell interesse. 

Vitenskapelig sammendrag

Methane-oxidizing bacteria, or methanotrophs, share the unique ability to use methane, a potent greenhouse gas, as sole carbon and energy source. A novel group of thermoacidophilic methanotrophs belonging to the Verrucomicrobia phylum and provisionally given the candidate genus name, Methylacidiphilum, has been found in acidic volcanic environments. These organisms, in particular strain Kam1, which was isolated in Birkelands lab from a hot spring in Kamchatka, will be used for further molecular, physiological and genetic analyses. Methanotrophic Verrucomicrobia possess three complete sets of the genes encoding the complex key enzyme, particulate methane monooxygenase, organized into three distinct but differentially expressed pmoCAB operons. We will further assess the differential expression of these operons with the aim to identify the functions and regulation of the various pmo clusters and the properties of their encoded proteins. In vivo transcription patterns will be further assessed, and transcription initiation sites mapped in search for regulatory elements. We further aim to develop genetic tools to assess the functional differentiation of these gene clusters using a gene inactivation approach. Both native Pmo and recombinant subunits and domains will be analysed structurally and biochemically, in particular to assess the role of metal ions in the catalytic mechanism. Novel isolates, recently recovered from geothermal regions worldwide, will be subjected to complete genome sequence analysis and phenotypic characterisation in order to assess their possible biogeographic structure and evolutionary relatedness. Results from this project will provide novel insights into the evolution, diversity and biochemistry of biological methane oxidation, a presumed ancient metabolic trait and key process in curbing natural greenhouse gas emissions, as well as improve the biotechnological platform for industrial biotransformation of natural gas to added-value products.

prosjektdeltakere

prosjektleder

Nils-Kåre Birkeland

  • Tilknyttet:
    Prosjektleder
    ved Institutt for biovitenskap ved Universitetet i Bergen

Thomas Kruse Hansen

  • Tilknyttet:
    Prosjektdeltaker
    ved Institutt for biovitenskap ved Universitetet i Bergen

Chandini Murarilal Ratnadevi

  • Tilknyttet:
    Prosjektdeltaker
    ved Institutt for biovitenskap ved Universitetet i Bergen
1 - 3 av 3

Resultater Resultater

Allopatric Evolution among Thermoacidophilic Verrucomicrobial Methanotrophs from Globally Distributed Terrestrial Hot Springs.

Birkeland, Nils-Kåre. 2019, Thermophiles 2019. 15th International Congress on Thermophiles. UIBVitenskapelig foredrag

Allopatric evolution of thermoacidophilic Verrucomicrobia methanotrophs?

Birkeland, Nils-Kåre. 2019, PVC IV Conference 2019. Planctomycetes-Verrucomicrobia-Chlamydiae bacteria and their societal relevance. UIBVitenskapelig foredrag

Comprehensive genome profiling of novel thermoacidophilic methanotroph, Methylacidipihilum sp. strain Yel.

Murarilal Ratnadevi, Chandini; Kruse, Thomas ; Birkeland, Nils-Kåre. 2019, 15th International congress on Thermophiles. UIBPoster

Complete genome sequence analysis of the thermoacidophilic verrucomicrobial methanotroph “Ca. Methylacidiphilum kamchatkense” strain Kam1 and comparison with its closest relatives.

Kruse, Thomas ; Murarilal Ratnadevi, Chandini; Birkeland, Nils-Kåre. 2019, Program PVC IV Conference 2019: Planctomycetes-Verrucomicrobia-Chlamydiae bacteria and their societal relevance. UIBVitenskapelig foredrag

Global Biogeographic Distribution Patterns of Thermoacidophilic Verrucomicrobia Methanotrophs Suggest Allopatric Evolution.

Erikstad, Helge Andre; Ceballos, Ruben Michael; Smestad, Natalie Bennett; Birkeland, Nils-Kåre. 2019, Frontiers in Microbiology. UoAaF, UIBVitenskapelig artikkel
1 - 5 av 16 | Neste | Siste »