Comparison of the metabolic profile in defined medium of the wild type strain Vibrio Natriegens and a strain with rationally fused chromosomes

Abstract

Vibrio natriegens is a fast-growing, halophilic bacterium that has emerged as a promising chassis for biotechnology, particularly for sustainable applications that leverage its ability to grow in seawater-based media. Despite its advantages, a deeper understanding of its regulatory and metabolic networks is required to optimize its use in industrial settings. This thesis aimed to characterize the metabolic and growth dynamics differences between two strains of V. natriegens: the wild-type (WT) and a synthetic strain with a single fused chromosome (synSC1.0), including an assessment of the growth effects of deleting hfq, a key global post-transcriptional regulator. Metabolomic profiling was performed under defined media across different growth phases using bioreactor cultivation and LC-MS-based analysis. Results showed that both WT and synSC1.0 strains shared highly similar metabolite usage patterns, particularly in central carbon metabolism, with no major shifts in growth rate or biomass production under standard conditions. However, synSC1.0 exhibited slightly altered responses in stress-associated metabolites, suggesting nuanced regulatory differences that could be attributable to its modified genome architecture. To probe post-transcriptional control, hfq was deleted in both strains using CRISPR-based genome engineering. Deletion of hfq only marginally affected growth but resulted in increased final cell densities in both strains. This phenotype likely reflects altered quorum sensing following Hfq loss. The findings provide insights for future engineering of V. natriegens as a sustainable microbial chassis.

Vibrio natriegens es una bacteria halófila de crecimiento rápido que ha emergido como un prometedor chasis para la biotecnología, sobre todo para aplicaciones sostenibles que aprovechan su capacidad de crecer en medios basados en el agua salada. A pesar de sus ventajas, se requiere un conocimiento más profundo de sus redes reguladoras y metabólicas para optimizar su uso en entornos industriales. El objetivo de esta tesis fue caracterizar las diferencias metabólicas y la dinámica de crecimiento entre dos cepas de V. natriegens: la cepa de tipo silvestre (WT) y una cepa sintética con un único cromosoma fusionado (synSC1.0), incluyendo una evaluación de los efectos sobre el crecimiento de la supresión de hfq, un regulador post-transcripcional global. Se realizaron perfiles metabolómicos en medios definidos a lo largo de diferentes fases de crecimiento mediante cultivos en biorreactores y análisis basados en LC-MS. Los resultados mostraron que las cepas WT y synSC1.0 compartían patrones de uso de metabolitos muy similares, sobre todo en el metabolismo central del carbono, sin cambios importantes en la tasa de crecimiento o la producción de biomasa en condiciones estándar. Sin embargo, synSC1.0 mostró respuestas ligeramente alteradas en metabolitos asociados al estrés, lo que sugiere diferencias reguladoras matizadas que podrían atribuirse a su arquitectura genómica modificada. Para evaluar las diferencias en el control post-transcripcional, se eliminó hfq en ambas cepas mediante ingeniería genómica basada en NT-CRISPR. La supresión de hfq sólo afectó marginalmente al crecimiento, pero dio lugar a un aumento de la biomasa celular final en ambas cepas. Este fenotipo refleja probablemente una alteración en el mecanismo de detección del quórum tras la deleción de hfq. Este trabajo proporciona información para continuar desarrollando la ingeniería de V. natriegens como chasis microbiano sostenible (Texto tomado de la fuente).