Initial intracellular proteome profile of Aspergillus niger biofilms

Initial intracellular proteome profile of Aspergillus niger biofilms

Gretty K. Villena1, Lavanya Venkatesh2, Akihiro Yamazaki2, Shinji Tsuyumu2 and

Marcel Gutiérrez-Correa1

Perfil inicial del proteoma intracelular de biopelículas de Aspergillus niger

1 Laboratorio de Micología y Biotecnología,

Universidad Nacional

Agraria La Molina, Lima, Perú.

Email Marcel Gutiérrez-Correa:

mgclmb@lamolina.edu.pe

2 Institute for Molecular Biology and

Biotechnology, Shizuoka University,

Shizuoka, Japan.

Abstract

An initial profiling of the intracellular proteome of Aspergillus niger ATCC 10864 biofilm cultures developed on polyester cloth was carried out by using 2D-PAGE and MS-TOF analysis and it was compared to the proteome of conventionally grown free-living submerged cultures. A number of 2D-PAGE protein spots from both types of cultures were subjected to MS-TOF analysis and data interrogation of the NCBI nr database available for this species. Proteomic maps showed different expression patterns in both culture systems with differentially expressed proteins in each case. In biofilm cultures, 19% and 32% of the selected protein spots were overexpressed and differentially expressed, respectively. On the contrary, in free-living cultures, 44% and 7% of the selected protein spots were over-expressed and differentially expressed, respectively. Although preliminary, results presented in this paper show that there are significant differences between the proteomes of A. niger biofilm and free-living mycelia. It seems that cell adhesion is the most important stimulus responsible for biofilm development which is the basis of Surface Adhesion Fermentation.

Keywords: Asperigillus niger, biofilms, proteome, MS -TOF, 2D-PAGE.

Resumen

Se realizó un perfil inicial del proteoma de biopelículas de Aspergillus niger ATCC 10864 desarrolladas sobre tela de poliéster mediante 2D-PAGE y análisis MS-TOF y comparado con el proteoma de cultivos sumergidos convencionales de micelio libre. De ambos tipos de cultivo se analizó un número de muestras proteicas de geles 2D-PAGE mediante MS-TOF y los resultados se compararon con la base de datos NCBI nr disponible para esta especie. Los mapas proteómicos mostraron patrones diferentes de expresión en cada caso. En cultivo de biopelículas, el 19% y el 32% de las muestras seleccionadas fueron sobre-expresadas y diferencialmente expresadas, respectivamente. Por el contrario, en cultivos sumergidos en micelio libre el 44% y el 7% de las muestras seleccionadas fueron sobre-expresadas y diferencialmente expresadas, respectivamente. Aunque preliminares, los resultados presentados en este trabajo muestran que existen diferencias significativas entre los proteomas de biopelículas y micelio libre de A. niger. Parece ser que la adhesión celular es el estímulo más importante para el desarrollo de biopelículas, las cuales son la base de la Fermentación por Adhesión a Superficies.

Palabras clave: Asperigillus niger, biopelículas, proteoma, MS –TOF, 2D-PAGE.

INTRODUCCIÓN

Genómica funcional es el nuevo método para el análisis del genoma que es el desarrollo y la aplicación de varios procedimientos para la comprensión de la función genética a escala global. Genómica funcional incluye transcriptómica, proteómica, metabolómica y, recientemente, fluxómica (Eisenberg et al. 2000, Fenyo 2000, Kurland et al. 2006, Stotz et al. 2006, Stoeckert 2005, Wittmann 2007). Genómica funcional proporciona información fundamental para el nuevo campo de la biología de sistemas, que busca comprender los procesos celulares a nivel de sistemas a través de la descripción cuantitativa de las interacciones entre todos los componentes celulares que permiten el desarrollo de complejos modelos computacionales para predecir las respuestas del comportamiento a diversos estímulos (Aggarwal & Lee 2003, Albeck et al. 2006, Janes, Yaffe, 2006, Jaqaman & Danuser 2006Kersey & Apweiler 2006, Swedlow et al. 2006).

El género Aspergillus incluye varias especies de excepcional importancia biotecnológica (Meyer 2008, Ward et al. 2006).

Varios Aspergillus especies se utilizan para la producción comercial de enzimas y otros productos bioquímicos y sus genes están siendo investigados gradualmente como un esfuerzo para entender su actividad molecular de la célula fúngica y ampliar las aplicaciones industriales actuales ()Abe et al. 2006, Gouka et al. 1997, Gilseman et al. 2004, van den Hombergh et al. 1997, Kim et al. 2008). Los genomas de a. nidulans, a. fumigatus y a. oryzae fueron los primeros en estar disponible (Galagan et al., 2005a, Galagan et al., 2005b, Machida et al. 2005, Gilseman et al. 2004, Nierman et al. 2005).

Aspergillus niger genoma ha sido secuenciado recientemente (Pel et al. 2007, Semova et al. 2006).

El genoma de Aspergillus se compone de 8 cromosomas de A. niger y a. oryzae de las más altas del tamaño con 33,9 y 37,0 Mb, respectivamente. A. niger genoma contiene aprox. 14165 genes, con longitud promedio de 1572 bp por gen y densidad 0,42 genes (genes/Kb) (Pel et al., 2007) y aproximadamente el 87% de sus genes que contienen intrones (Archer y Dyer 2004).

Contrariamente a la secuenciación del genoma rápido, estudios proteómicos hongos filamentosos se mueven lentamente especialmente referido a las proteínas secretadas (Medina et al. 2005). Aunque análisis de proteínas

se ha mejorado por avances en espectrometría de masas (MS) y la actualización continua de bases de datos genómicos, secuencias no están totalmente disponibles. En general, identificación de proteínas implica la obtención de patrones MS frente a toda posibles proteínas codificadas por el genoma disponible en un banco de datos (Reinders et al. 2004). Cuando las secuencias están disponibles, los datos obtenidos por MALDI-TOF MS (matriz asistió la desorción/ionización del laser

-tiempo de espectrometría de vuelo) o MS-TOF (espectrometría de masas

-tiempo de vuelo) Huella peptídica puede facilitar la identificación de proteínas (Carberry & Doyle 2007, Eisenberg et al. 2000, Fenyo 2000).

Proteomas de algunos Aspergillus especies han sido estudiadas en los últimos cinco años (Carberry & Doyle 2007, Kim et al. 2008).

Por lo tanto, muy pocas perspectivas han exhibido en los proteomas de A. nidulans (Kim et al. 2008, Strom et al. 2005), a. oryzae (Oda et al. 2006, Zhu et al. 2004), a. flavus (Medina et al. 2004, Medina et al. 2005), a. fumigatus (Asif et al. 2006, Carberry et al. 2006), y a. niger (Wright et al. 2009).

Recientemente, una gran cantidad de atención se ha centrado en el uso de lignocelulosa biomasa

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