EXPLOITATION OF ENVIRONMENTAL BACTERIA ADAPTED TO WATER SCARCITY FOR BIOPROCESS ENGINEERING IN SOLID PHASE (Q3179455)

LAS BACTERIAS AMBIENTALES SE DESARROLLAN EN UNA AMPLIA GAMA DE AMBIENTES, INCLUYENDO EL AGUA DULCE Y DE MAR. PERO LA MAYORIA DE LOS NICHOS MICROBIANOS TIENEN UN SUMINISTRO RELATIVAMENTE LIMITADO DE AGUA. EL SUELO, UNO DE LOS PRINCIPALES RESERVORIOS DE DIVERSIDAD MICROBIANA, ASI COMO UNA DE LAS PRINCIPALES FUENTES DE MICROORGANISMOS CON APLICACIONES BIOTECNOLOGICAS, ES UN EJEMPLO TIPICO DE SUSTRATO SOLIDO HETEROGENEO Y LIMITADO EN AGUA DONDE, SIN EMBARGO, LA BIODIVERSIDAD MICROBIANA MEDRA. EN CONTRASTE CON LA SITUACION DE LA NATURALEZA, LOS CULTIVOS MICROBIANOS SE REALIZAN EN EL LABORATORIO CON UN SUMINISTRO FIJO DE AGUA, COMO ES EL CASO DE LOS LLAMADOS MEDIOS "SOLIDOS" (PLACAS DE AGAR) O DE LOS MEDIOS LIQUIDOS UTILIZADOS DURANTE DECADAS PARA EL CULTIVO DE CEPAS BACTERIANAS Y FUNGICAS._x000D_ ESTE SUBPROYECTO 1 DE SETH BUSCA EL DESARROLLO Y PRUEBA DE CONCEPTO DE NUEVOS DISPOSITIVOS DE CULTIVO QUE PERMITAN UN MEJOR AISLAMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS XEROFILOS Y SU CRECIMIENTO EN REACTORES SIMILARES A LOS DE LA FERMENTACION EN ESTADO SOLIDO (SSF). SE PLANTEO LA HIPOTESIS DE QUE, DADA LA ESCASEZ DE AGUA EN MUCHOS ENTORNOS NATURALES, SE PODRIA UTILIZAR UN CONTENIDO LIMITADO DE AGUA EN CULTIVOS MICROBIANOS OPTIMIZADOS. COMPROBAMOS ESTA IDEA EN UNA SERIE DE EXPERIMENTOS PRELIMINARES EN MEDIO LIQUIDO Y SOBRE UN SUSTRATO SOLIDO (PAÑO DE LIMPIEZA COMERCIAL CON R2A). COMO DESCRIBIMOS EN LA PROPUESTA, VARIOS AISLADOS EXTREMOFILOS CRECIERON DE HECHO MEJOR EN TELA EMPAPADA QUE EN CONDICIONES LIQUIDAS._x000D_ PROPONEMOS DOS ENFOQUES PRINCIPALES: (1) DESARROLLO DE UNA HERRAMIENTA DE CRIBADO EN FORMA DE DISPOSITIVO DE CULTIVO SOLIDO CON DISPONIBILIDAD CONTROLADA DE AGUA. ESTE DISPOSITIVO PERMITIRA AISLAR LAS CEPAS AMBIENTALES A UNA MAYOR VELOCIDAD QUE LOS CULTIVOS ACTUALES BASADOS EN PLACAS DE PETRI. SE PROBARA ESTE DISPOSITIVO Y SE COMPARARA CON LAS TECNICAS DE CULTIVO HABITUALES, EN TERMINOS DE NUMERO Y DIVERSIDAD DE MICROORGANISMOS CULTIVABLES. ESPERAMOS QUE ESTE DISPOSITIVO AYUDE A RESOLVER UN PROBLEMA BIEN CONOCIDO EN ECOLOGIA MICROBIANA, LA "ANOMALIA DEL RECUENTO EN PLACA" (EL HECHO DE QUE LAS BACTERIAS CULTIVABLES SON SOLO UNA FRACCION DEL TOTAL). (2) UN ENFOQUE REFERIDO A LA FERMENTACION INDUSTRIAL. PLANEAMOS DESARROLLAR SISTEMAS MEJORADOS DE SSF PARA EL CULTIVO MICROBIANO, UTILIZANDO NUEVOS MATERIALES CON POROSIDAD DEFINIDA, Y PROBANDO CEPAS SELECCIONADAS EN CULTIVO PURO Y CO-CULTIVO. ESTO PERMITIRA ESTANDARIZAR EL PROCESO MEDIANTE LA DEFINICION DE LOS PARAMETROS BIOLOGICOS Y FISICOQUIMICOS DEL PROCESO Y SUPERAR LAS LIMITACIONES ACTUALES EN RENDIMIENTO Y REPRODUCIBILIDAD._x000D_ LAS CEPAS UTILIZADAS EN SETH PROCEDERAN DE: (I) NUESTRA COLECCION DE XEROTOLERANTES PROCEDENTES DEL PROYECTO ANTERIOR HELIOS; (II) UNA NUEVA COLECCION SELECCIONADA UTILIZANDO EL DISPOSITIVO DE BIOPROSPECCION DESCRITO EN LA PRESENTE PROPUESTA; (III) EVOLUCION EXPERIMENTAL CON LA PLATAFORMA EVOLVER, APLICANDO PRESIONES DE SELECCION (SIMULACION DE DESECACION EN NUESTRO CASO) DURANTE GENERACIONES. SE UTILIZARAN ANALISIS OMICOS PARA ESTUDIAR LOS DETERMINANTES MOLECULARES IMPLICADOS EN LA ADAPTACION A LA DESECACION. FINALMENTE, EL SUBPROYECTO INCLUYE EL DESARROLLO DE UN PROTOTIPO A MEDIA ESCALA PARA PROBAR EL FUNCIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS DISEÑADOS A PARTIR DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS, QUE COMBINARA EL CONOCIMIENTO GENERADO EN TERMINOS DE FACTORES ASOCIADOS A LA RESISTENCIA A LA DESECACION, ELECCION DEL SUSTRATO, DISEÑO DEL REACTOR Y CONDICIONES DE CRECIMIENTO. (Spanish)

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ENVIRONMENTAL BACTERIA CAN DEVELOP IN A WIDE RANGE OF ENVIRONMENTS, INCLUDING, BUT NOT RESTRICTED TO, SEA AND FRESHWATER. THAT SAID, THE VAST MAJORITY OF THE MICROBIAL NICHES HAVE A RELATIVELY LIMITED SUPPLY OF WATER AND/OR SUFFER FROM STATIONARY WATER DEPRIVATION. SOIL, ONE OF THE MAIN RESERVOIRS FOR MICROBIAL DIVERSITY AS WELL AS ONE OF THE MAIN SOURCES OF MICROORGANISMS WITH BIOTECHNOLOGICAL APPLICATIONS, IS A TYPICAL EXAMPLE OF A HETEROGENEOUS, WATER-LIMITED SOLID SUBSTRATE WHERE, YET, MICROBIAL BIODIVERSITY CAN FLOURISH. IN STRIKING CONTRAST WITH THE SITUATION IN NATURE, MICROBIAL CULTURES ARE CARRIED OUT IN THE LAB WITH A FIXED SUPPLY OF WATER, AS IT IS THE CASE IN THE SO-CALLED ¿SOLID¿ MEDIA (AGAR PLATES), LET ALONE THE LIQUID BROTHS USED FOR DECADES FOR CULTURING BACTERIAL AND FUNGAL STRAINS._x000D_ THIS SUBPROJECT FOCUSES ON THE DEVELOPMENT AND PROOF OF CONCEPT OF NEW CULTIVATION DEVICES THAT MAY ALLOW FOR AN IMPROVED ISOLATION OF XEROPHILIC MICROORGANISMS, AS WELL AS TO THE GROWTH IN SOLID STATE FERMENTATION (SSF)-LIKE REACTORS. WE HYPOTHESIZED THAT, GIVEN THE SCARCITY OF WATER IN MANY NATURAL ENVIRONMENTS, AND THE IRREGULAR DISTRIBUTION IN SPACE AND TIME OF WATER, A LIMITED WATER CONTENT COULD BE USED IN OPTIMIZED MICROBIAL CULTURES. IN ORDER TO CHECK THIS, WE PERFORMED A SET OF PRELIMINARY EXPERIMENTS IN LIQUID MEDIA AND ON A SOLID SUBSTRATE (COMMERCIAL CLEANING CLOTH SOAKED WITH R2A). AS WE DESCRIBE IN OUR PROPOSAL, SEVERAL EXTREMOPHILIC ISOLATES GREW IN FACT BETTER IN SOAKED CLOTH COMPARED TO LIQUID CONDITIONS._x000D_ SUBPROJECT 1 IS STRUCTURED IN TWO MAIN APPROACHES. THE FIRST ONE CONSISTS OF THE DEVELOPMENT OF A SCREENING TOOL IN THE SHAPE OF A CULTURING SOLID DEVICE WITH CONTROLLED WATER AVAILABILITY. THIS DEVICE WILL ALLOW TO ISOLATE ENVIRONMENTAL STRAINS AT A HIGHER RATE THAN CURRENT PETRI DISH-BASED CULTURING. THIS DEVICE WILL BE TESTED AND ITS YIELD COMPARED WITH THAT OF REGULAR CULTURE TECHNIQUES, IN TERMS OF NUMBER AND DIVERSITY OF CULTURABLE MICROORGANISMS. WE EXPECT THAT THIS DEVICE WILL CONTRIBUTE TO SOLVE A WELL-KNOWN ISSUE IN MICROBIAL ECOLOGY, THE ¿PLATE COUNT ANOMALY¿ (THE FACT THAT CULTURABLE BACTERIA ARE JUST A FRACTION OF THE TOTAL ONES). THE SECOND APPROACH REFERS TO INDUSTRIAL FERMENTATION. IN THIS SUB-OBJECTIVE, WE PLAN TO DEVELOP IMPROVED SSF SYSTEMS FOR MICROBIAL CULTURE, BY USING NEW MATERIALS WITH DEFINED POROSITY, AND BY TESTING SELECTED STRAINS IN PURE AND CO-CULTURE. THIS DEVELOPMENT AIMS AT STANDARDIZING THE PROCESS BY DEFINING ALL THE BIOLOGICAL AND PHYSICOCHEMICAL PARAMETERS OF THE PROCESS TO OVERCOME CURRENT LIMITATIONS IN TERMS OF YIELD AND REPRODUCIBILITY. THE STRAINS USED IN THIS PROJECT WILL ORIGINATE EITHER FROM (I) OUR COLLECTION OF XEROTOLERANTS ISSUED FROM THE PREVIOUS PROJECT HELIOS; (II) A NEW COLLECTION GATHERED BY USING THE SPECIFIC BIOPROSPECTING DEVICE DESCRIBED IN THE PRESENT PROPOSAL; (III) STRAINS EVOLVED IN THE LAB WITH THE EVOLVER PLATFORM, WHICH ALLOWS TO USE SELECTION PRESSURES (SIMULATION OF DESICCATION IN OUR CASE) FOR MANY GENERATIONS. TRANSCRIPTOMIC AND PROTEOMIC ANALYSIS WILL BE USED TO STUDY THE TRANSCRIPTION AND TRANSLATION DETERMINANTS OF DESICCATION ADAPTATION. FINALLY, THIS SUBPROJECT WILL INCLUDE THE DEVELOPMENT OF A MID-SCALE PROTOTYPE TO TEST THE PERFORMANCE OF THE SYSTEMS DESIGNED FROM THE RESULTS OBTAINED, WHICH WILL COMBINE THE KNOWLEDGE OBTAINED IN TERMS OF DESICCATION RESISTANCE-ASSOCIATED FACTORS, SUBSTRATE CHOICE, REACTOR DESIGN AND GROWTH CONDITIONS. (English)

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LES BACTÉRIES DE L’ENVIRONNEMENT SE DÉVELOPPENT DANS UN LARGE ÉVENTAIL D’ENVIRONNEMENTS, Y COMPRIS L’EAU DOUCE ET L’EAU DE MER. MAIS LA PLUPART DES NICHES MICROBIENNES ONT UN APPROVISIONNEMENT EN EAU RELATIVEMENT LIMITÉ. LE SOL, L’UN DES PRINCIPAUX RÉSERVOIRS DE DIVERSITÉ MICROBIENNE, AINSI QUE L’UNE DES PRINCIPALES SOURCES DE MICRO-ORGANISMES AYANT DES APPLICATIONS BIOTECHNOLOGIQUES, EST UN EXEMPLE TYPIQUE DE SUBSTRAT SOLIDE HÉTÉROGÈNE ET LIMITÉ DANS L’EAU OÙ, CEPENDANT, LA BIODIVERSITÉ MICROBIENNE MEDRA. Dans CONTRACT AVEC LA SITUATION de naturalité, les CULTIVS microbiens sont réalisés dans le laboratoire avec un approvisionnement en eau fixe, comme c’est le cas des appels à médiation «SOLID» (AGAR PLACES) ou des MÉDIAS LIQUID LIQUID DURANT DURANTS POUR LE cultivo of BACTERIAAN ET FUNGICAS CEPAS._x000D_ ce sous-projet 1 de SETH est à la recherche du développement et de la mise à l’essai de nouveaux échecs culturels. cela permet un meilleur accommodement des MICROORGANISMES xérophiliques et leur croissance en REACTEURS SIMILAIRES à ceux de SOLID FERMENTATION (SSF). ON A ÉMIS L’HYPOTHÈSE QUE, COMPTE TENU DE LA RARETÉ DE L’EAU DANS DE NOMBREUX ENVIRONNEMENTS NATURELS, UNE TENEUR EN EAU LIMITÉE POURRAIT ÊTRE UTILISÉE DANS LES CULTURES MICROBIENNES OPTIMISÉES. NOUS AVONS VÉRIFIÉ CETTE IDÉE DANS UNE SÉRIE D’EXPÉRIENCES PRÉLIMINAIRES EN MILIEU LIQUIDE ET SUR UN SUBSTRAT SOLIDE (LINGETTE DE NETTOYAGE COMMERCIALE AVEC R2A). Comme nous l’avons décrit dans la PROPOSITION, varios ISLADOS a grandi extrêmement loin d’un meilleur FEATURE DANS LES CONDITIONS LIQUIDES._x000D_ PROPONE UTILISER DEUX APPLICATIONS PRINCIPALES: (1) MISE AU POINT D’UN OUTIL DE CRIBLAGE SOUS LA FORME D’UN DISPOSITIF DE CROISSANCE SOLIDE AVEC DISPONIBILITÉ CONTRÔLÉE DE L’EAU. CE DISPOSITIF PERMETTRA D’ISOLER LES SOUCHES ENVIRONNEMENTALES À UN RYTHME PLUS RAPIDE QUE LES CULTURES À BASE DE PLAQUES DE PETRI ACTUELLES. CE DISPOSITIF SERA TESTÉ ET COMPARÉ AUX TECHNIQUES DE CULTURE HABITUELLES, EN TERMES DE NOMBRE ET DE DIVERSITÉ DES MICRO-ORGANISMES CULTIVABLES. NOUS ESPÉRONS QUE CE DISPOSITIF AIDERA À RÉSOUDRE UN PROBLÈME BIEN CONNU DANS L’ÉCOLOGIE MICROBIENNE, L’ANOMALIE DU NOMBRE DE PLAQUES (LE FAIT QUE LES BACTÉRIES CULTIVABLES NE REPRÉSENTENT QU’UNE FRACTION DU TOTAL). (2) UNE APPROCHE DE LA FERMENTATION INDUSTRIELLE. NOUS PRÉVOYONS DE METTRE AU POINT DES SYSTÈMES AMÉLIORÉS POUR LA CULTURE MICROBIENNE, EN UTILISANT DE NOUVEAUX MATÉRIAUX À POROSITÉ DÉFINIE ET EN TESTANT CERTAINES SOUCHES EN CULTURE PURE ET EN CO-CULTURE. Cela permettra de STANDARD LE PROCÉDURE PROCESSANT LA DÉFINICATION DES Paramètres BIOLOGIQUES ET physico-chimiques du PROCESSE ET SUPER LES LIMITATIONS ACTUELLES EN REPRODUCIBILITÉ ET REPRODUCIBILITÉ._x000D_ Les ECA utilisés dans SETH proviendront: (I) NOTRE COLLECTION DE XEROTOLERANTS DU PROJET PRÉCÉDENT HELIOS; (II) UNE NOUVELLE COLLECTION SÉLECTIONNÉE À L’AIDE DU DISPOSITIF DE BIOPROSPECTION DÉCRIT DANS LA PRÉSENTE PROPOSITION; (III) ÉVOLUTION EXPÉRIMENTALE AVEC LA PLATE-FORME EVOLVER, EN APPLIQUANT DES PRESSIONS DE SÉLECTION (SIMULATION DE SÉCHAGE DANS NOTRE CAS) PENDANT DES GÉNÉRATIONS. L’ANALYSE OMIC SERA UTILISÉE POUR ÉTUDIER LES DÉTERMINANTS MOLÉCULAIRES IMPLIQUÉS DANS L’ADAPTATION AU SÉCHAGE. ENFIN, LE SOUS-PROJET COMPREND LA MISE AU POINT D’UN PROTOTYPE À MOYENNE ÉCHELLE POUR TESTER LE FONCTIONNEMENT DES SYSTÈMES CONÇUS À PARTIR DES RÉSULTATS OBTENUS, EN COMBINANT LES CONNAISSANCES GÉNÉRÉES EN TERMES DE FACTEURS LIÉS À LA RÉSISTANCE AU SÉCHAGE, AU CHOIX DU SUBSTRAT, À LA CONCEPTION DU RÉACTEUR ET AUX CONDITIONS DE CROISSANCE. (French)

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4 December 2021

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UMWELTBAKTERIEN ENTWICKELN SICH IN EINER VIELZAHL VON UMGEBUNGEN, EINSCHLIESSLICH SÜSS- UND MEERWASSER. ABER DIE MEISTEN MIKROBIELLEN NISCHEN HABEN EINE RELATIV BEGRENZTE VERSORGUNG MIT WASSER. EIN TYPISCHES BEISPIEL FÜR HETEROGENES FESTSUBSTRAT IST DER BODEN, EINER DER HAUPTQUELLEN MIKROBIELLER VIELFALT SOWIE EINE DER HAUPTQUELLEN VON MIKROORGANISMEN MIT BIOTECHNOLOGISCHEN ANWENDUNGEN. In CONTRACT MIT THE Naturality SITUATION werden die mikrobiellen CULTIVS im Labor mit einer festen Wasserversorgung durchgeführt, wie es bei den „SOLID“ vermittelten Anrufen (AGAR PLACES) oder der DURANT DURING LIQUID LIQUID MEDIAS für den Kultivo BACTERIAAN UND FUNGICAS CEPAS._x000D_ dieses Teilprojekt 1 von SETH ist auf der Suche nach der Entwicklung und Erprobung von neuem Kultiv Dispositiven, die eine bessere Unterbringung von xerophilen MICROORGANISMS und ihr Wachstum in SIMILAR REACTOREN zu denen der SOLID FERMENTATION (SSF) ermöglichen. DIE HYPOTHESE WURDE ANGEHOBEN, DASS ANGESICHTS DER WASSERKNAPPHEIT IN VIELEN NATÜRLICHEN UMGEBUNGEN EIN BEGRENZTER WASSERGEHALT IN OPTIMIERTEN MIKROBIELLEN KULTUREN VERWENDET WERDEN KÖNNTE. DIESE IDEE HABEN WIR IN EINER REIHE VON VORVERSUCHEN IM FLÜSSIGEN MEDIUM UND AUF EINEM FESTEN SUBSTRAT (KOMMERZIELLES REINIGUNGSTUCH MIT R2A) GEPRÜFT. Wie wir in der PROPOSAL beschrieben, varios ISLADOS Extrem aufgewachsen aus besserer FEATURE IN DEN EMPAPED DAS IN LIQUID CONDITIONS._x000D_ PROPONE USE TWO PRINCIPAL APPLICATIONEN: (1) ENTWICKLUNG EINES SCREENING-TOOLS IN FORM EINES FESTEN ANBAUGERÄTS MIT KONTROLLIERTER WASSERVERFÜGBARKEIT. DIESES GERÄT ERMÖGLICHT ES, UMWELTSTÄMME SCHNELLER ZU ISOLIEREN ALS DIE DERZEITIGEN PETRI-PLATTENKULTUREN. DIESES GERÄT WIRD IN BEZUG AUF DIE ANZAHL UND DIE VIELFALT DER KULTIVIERBAREN MIKROORGANISMEN MIT DEN ÜBLICHEN KULTURTECHNIKEN VERGLICHEN. WIR HOFFEN, DASS DIESES GERÄT DAZU BEITRAGEN WIRD, EIN BEKANNTES PROBLEM IN DER MIKROBIELLEN ÖKOLOGIE ZU LÖSEN, DIE „PLATTENZÄHLANOMALIE“ (DIE TATSACHE, DASS KULTIVIERBARE BAKTERIEN NUR EIN BRUCHTEIL DER SUMME SIND). (2) EINE HERANGEHENSWEISE AN DIE INDUSTRIELLE GÄRUNG. WIR PLANEN, VERBESSERTE SSF-SYSTEME FÜR DEN MIKROBIELLEN ANBAU ZU ENTWICKELN, NEUE MATERIALIEN MIT DEFINIERTER POROSITÄT ZU VERWENDEN UND AUSGEWÄHLTE STÄMME IN REINKULTUR UND KOKULTIVIERUNG ZU TESTEN. Dadurch wird es möglich sein, die PROCEDURE PROCESSIERUNG DER BIOLOGISCHEN und physikalisch-chemischen Parameter des PROCESSES zu STRANDARDEN UND AUF DIE AKTIONEN IN DER ERWÄGUNG UND REPRODUCIBILITÄT._x000D_ Die ECAs, die im SETH verwendet werden, stammen aus: (I) UNSERE SAMMLUNG VON XEROTOLERANTS AUS DEM VORHERIGEN PROJEKT HELIOS; II) EINE NEUE SAMMLUNG, DIE UNTER VERWENDUNG DES IN DIESEM VORSCHLAG BESCHRIEBENEN BIOPROSPECTING-GERÄTS AUSGEWÄHLT WURDE; (III) EXPERIMENTELLE EVOLUTION MIT DER EVOLVER-PLATTFORM, UNTER ANWENDUNG VON SELEKTIONSDRÜCKEN (SIMULATION DER TROCKNUNG IN UNSEREM FALL) FÜR GENERATIONEN. DIE OMIC ANALYSE WIRD VERWENDET, UM DIE MOLEKULAREN DETERMINANTEN ZU UNTERSUCHEN, DIE AN DER ANPASSUNG AN DIE TROCKNUNG BETEILIGT SIND. SCHLIESSLICH UMFASST DAS TEILPROJEKT DIE ENTWICKLUNG EINES MITTELGROSSEN PROTOTYPS ZUR ERPROBUNG DER FUNKTIONSWEISE DER SYSTEME, DIE AUS DEN GEWONNENEN ERGEBNISSEN ENTWICKELT WURDEN, WOBEI DAS WISSEN ÜBER FAKTOREN KOMBINIERT WIRD, DIE MIT TROCKNUNGSBESTÄNDIGKEIT, SUBSTRATUMWAHL, REAKTORDESIGN UND WACHSTUMSBEDINGUNGEN VERBUNDEN SIND. (German)

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9 December 2021

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RTI2018-095584-B-C41

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