Modeling of nitrogen fixation and polymer production in the heterotrophic diazotroph Azotobacter vinelandii DJ
Modeling of nitrogen fixation and polymer production in the heterotrophic diazotroph Azotobacter vinelandii DJ
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异养固氮菌 Azotobacter vinelandii DJ 的固氮和聚合物生产模型
DOI：
10.1016/j.mec.2020.e00132
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发表时间：
2020
影响因子：
5.2
通讯作者：
Zengler, Karsten
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Tec-Campos, Diego;Zuñiga, Cristal;Passi, Anurag;Del Toro, John;Tibocha-Bonilla, Juan D.;Zepeda, Alejandro;Betenbaugh, Michael J.;Zengler, Karsten
固氮是微生物进行的一种重要的代谢过程，它将分子氮转化为氨等无机含氮化合物。这些含氮化合物对生物地球化学循环和合成必需的生物分子，即核酸、氨基酸和蛋白质是至关重要的。棕色固氮菌是一种细菌非光合作用模式生物，用于研究好氧固氮(重氮营养)和产氢。此外，重氮菌还可以生产具有重要工业应用的生物聚合物，如海藻酸盐和聚羟基丁酸酯(PHB)。然而，许多代谢过程，如碳和氮代谢在体内的分配，到目前为止还不清楚。基因组规模的代谢模型(M-模型)是在基因组水平上揭示和优化代谢功能的可靠工具。M模型是包含有关基因、反应、代谢物及其关联的信息的数学表示。M模型可以使用实验确定的约束来模拟各种条件下的最优反应通量。在这里，我们报道了野生型细菌A.vinelandiiDJ(IDT1278)的M-模型的发展，该模型由2,003个代谢物，2,469个反应和1,278个基因组成。我们使用高通量的表型和生理数据对模型进行了验证，测试了180个碳源和95个氮源，iDT1278对碳源和氮源的预测准确率分别为89%和91%。这一全面的M模型将有助于理解与固氮、氨同化和环境重要微生物的有机氮生产相关的代谢过程。
Nitrogen fixation is an important metabolic process carried out by microorganisms, which converts molecular nitrogen into inorganic nitrogenous compounds such as ammonia (NH3). These nitrogenous compounds are crucial for biogeochemical cycles and for the synthesis of essential biomolecules, i.e. nucleic acids, amino acids and proteins.Azotobacter vinelandiiis a bacterial non-photosynthetic model organism to study aerobic nitrogen fixation (diazotrophy) and hydrogen production. Moreover, the diazotroph can produce biopolymers like alginate and polyhydroxybutyrate (PHB) that have important industrial applications. However, many metabolic processes such as partitioning of carbon and nitrogen metabolism inA. vinelandiiremain unknown to date.Genome-scale metabolic models (M-models) represent reliable tools to unravel and optimize metabolic functions at genome-scale. M-models are mathematical representations that contain information about genes, reactions, metabolites and their associations. M-models can simulate optimal reaction fluxes under a wide variety of conditions using experimentally determined constraints. Here we report on the development of a M-model of the wild type bacteriumA. vinelandiiDJ (iDT1278) which consists of 2,003 metabolites, 2,469 reactions, and 1,278 genes. We validated the model using high-throughput phenotypic and physiological data, testing 180 carbon sources and 95 nitrogen sources.iDT1278 was able to achieve an accuracy of 89% and 91% for growth with carbon sources and nitrogen source, respectively. This comprehensive M-model will help to comprehend metabolic processes associated with nitrogen fixation, ammonium assimilation, and production of organic nitrogen in an environmentally important microorganism.
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DOI：
10.1002/9781119053095.ch22
发表时间：
2015-07
期刊：
Biological nitrogen fixation
影响因子：
--
作者：
J. Setubal;N. F. Almeida
通讯作者：
J. Setubal;N. F. Almeida
DOI：
10.1002/j.1460-2075.1986.tb04225.x
发表时间：
1986-02
期刊：
The EMBO Journal
影响因子：
--
作者：
A. Toukdarian;C. Kennedy
通讯作者：
A. Toukdarian;C. Kennedy
影响因子：
3.4
作者：
Diaz-Barrera, Alvaro;Andler, Rodrigo;Pena, Carlos
通讯作者：
Pena, Carlos
影响因子：
4.6
作者：
Quiroz-Rocha E;Moreno R;Hernández-Ortíz A;Fragoso-Jiménez JC;Muriel-Millán LF;Guzmán J;Espín G;Rojo F;Núñez C
通讯作者：
Núñez C
维氏固氮菌藻酸盐生物合成基因转录排列的遗传分析：两个独立启动子的鉴定
影响因子：
3.6
作者：
L. Lloret;Rita Barreto;Renato León;S. Moreno;J. Martínez;G. Espín;G. Soberón
通讯作者：
G. Soberón