Azotobacter vinelandii es una bacteria Gram negativa capaz sintetizar polímeros de interés industrial como el polihidroxibutirato (PHB), lípidos fenólicos conocidos como alquilresorcinoles (AR) y de diferenciarse para formar quistes resistentes a la desecación. El PHB es un polímero con características similares a los plásticos derivados del petróleo pero capaz de ser biodegradado (Segura et al 2008). Las enzimas de la síntesis de PHB están codificadas en el operon phbBAC (Segura 2003). El gene phbR codifica para el activador transcripcional de este operón (Peralta-Gil, et. al. 2002, Hernández -Eligio et al 2011) Los alquilresorcinoles son sintetizados durante la formación de los quistes, y reemplazan a los fosfolípidos en las membranas de los quistes Las enzimas necesarias para la síntesis de AR están codificadas en el operon arsABCD (Vite, 2003, Funa 2006; Miyanaga et al., 2008, Segura et al., 2009. El regulador transcripciona. ArpR se une específicamente a la región reguladora arsA, para activar su expresión.(Romero et al 2013). La transcripción del operon phbBAC y de el gene regulador arpR inicia a partir de promotores dependiente del factor sigma alternativo RpoS (Peralta-Gil et al 2002; Hernández-Eligio et al 2011, Romero et al 2013). RpoS es también esencial para la formación de quistes maduros Cocotl-Yañez et al 2011). La síntesis de PHB, de los AR y la formación de quistes en A. vinelandii esta regulada también por el sistema PTSNtr constituido por las enzimas INtr, NPr y IIANtr, codificadas por los genes ptsP ptsO y ptsN respectivamente. Mutaciones en los genes del sistema PTSNtr impactan la producción de PHB, AR y la formación de quistes (Segura y Espin, 1998; Noguez et al., 2008, Muriel-Millán et al no publicados y Trejo et al resultados no publicados), ya que una proteína IIANtr en su estado no fosforilado (como en la mutante ptsP) es un regulador negativo de la síntesis de PHB y AR. (Noguez et al 2008, Trejo no publicado). Mutaciones en los genes clpA ó clpP que codifican para una chaperona y la proteasa ClpP restauran la síntesis de PHB y de AR en una mutante ptsP. El gen clpA codifica para la proteína del mismo nombre, es una chaperona de la proteasa ClpP. La función de ClpA se ha estudiado ampliamente en la bacteria Escherichia coli en donde reconoce sustratos y los transloca hacia el interior de ClpP para su degradación. Otras chaperonas que en E. coli pueden interaccionar con ClpP y reconocer sustratos para su degradación son ClpC, ClpE y ClpX. Por ejemplo, se conoce que el complejo ClpXP degrada a RpoS durante la fase exponencial, manteniendo niveles bajos de este factor sigma durante dicha fase. Estos antecedentes nos permiten concluir que en A. vinelandii, la transcripción de genes de la síntesis y regulación de PHB y AR, así como de genes esenciales para la formación de quistes son regulados por el factor sigma RpoS y por la proteina IIANtr. Estos antecedentes también nos permiten proponer la hipótesis de este proyecto. Que en A. vinelandii la expresión de genes de la biosíntesis de PHB AR y formación de quistes son controlados por una cascada de regulación que inicia con la interacción de proteína IIANtr en su forma no fosforilada con el factor sigma RpoS. Esta interacción permite el reconocimiento entre RpoS y la chaperona ClpA y que a su vez la interacción entre RpoS y ClpA, permite la degradación de RpoS por la proteasa ClpP.

El desarrollo de este proyecto contribuirá en los siguientes aspectos: Generar conocimiento básico sobre la regulación de la expresión de genes para la síntesis de Polímeros principalmente el plástico biodegradable PHB. El conocimiento que se genere será de gran utilidad en la planeación de estrategias para diseñar cepas de uso industrial. También va a generar conocimiento sobre la diferenciación bacteriana para formar quistes a la desecación. Este conocimiento es de gran importancia en el campo, ya que se conoce muy poco sobre los genes que participan en este proceso en bacterias. Pensamos que también puede contribuir a entender los mecanismos que contribuyen a la resistencia a le desecación. Estoy segura que el conocimiento de los elementos que contribuyen a la resistencia a la desecación tendra un gran potencial de aplicación. En general los resultados que se obtengan de este proyecto permitirán un avance significativo en nuestro conocimiento de los procesos bacterianos para la síntesis de polímeros y la diferenciación. Procesos que hemos estudiado por 15 años. Finalmente este proyecto van a participar tres estudiantes de Doctorado con lo que se contribuirá de manera importante a la formación de recursos humanos.