Transcriptomic analysis of Streptomyces coelicolor differentiation in solid sporulating cultures: first compartmentalized and second multinucleated mycelia have different and distinctive transcriptomes

[EN] Streptomycetes are very important industrial bacteria, which produce two thirds of all clinically relevant secondary metabolites. They have a complex developmental-cycle in which an early compartmentalized mycelium (MI) differentiates to a multinucleated mycelium (MII) that grows inside the culture medium (substrate mycelium) until it starts to growth into the air (aerial mycelium) and ends up forming spores. Streptomyces developmental studies have focused mainly on the later stages of MII differentiation (aerial mycelium and sporulation), with regulation of pre-sporulation stages (MI/MII transition) essentially unknown. This work represents the first study of the Streptomyces MI transcriptome, analyzing how it differs from the MII transcriptome. We have used a very conservative experimental approach to fractionate MI from MII and quantify gene expressions. The expression of well characterized key developmental/metabolic genes involved in bioactive compound production (actinorhodin, undecylprodigiosin, calcium-dependent antibiotic, cpk, geosmin) or hydrophobic cover formation-sporulation (bld, whi, wbl, rdl, chp, ram) was correlated with MII differentiation. Additionally, 122 genes conserved in the Streptomyces genus, whose biological function had not been previously characterized, were found to be differentially expressed (more than 4-fold) in MI or MII. These genes encoded for putative regulatory proteins (transcriptional regulators, kinases), as well as hypothetical proteins. Knowledge about differences between the MI (vegetative) and MII (reproductive) transcriptomes represents a huge advance in Streptomyces biology that will make future experiments possible aimed at characterizing the biochemical pathways controlling pre-sporulation developmental stages and activation of secondary metabolism in StreptomycesSIThis research was funded by grant BIO2010-16303 from the Subdirección General de Proyectos de Investigación, (DGI), Ministry of Science and Innovation (MICINN), Spain; and by an ERC Starting Grant (Strp-differentiation 280304). The funders had no role in study design, data collection and analysis, decision to publish, or preparation of the manuscript

Desarrollo de Streptomyces: regulación y aplicaciones industriales

Tesis con mención internacional. Tesis doctoral por el sistema de compendio de publicacionesLas bacterias del género Streptomyces son bacterias con un ciclo de vida complejo que incluyen procesos de muerte celular programada (MCP), diferenciación morfológica y esporulación y son considerados modelos procarióticos de multicelularidad. Estas bacterias tienen gran importancia biotecnológica por su capacidad para producir gran cantidad de metabolitos secundarios con actividades biológicas variadas: antitumorales, inmunosupresoras , antibióticas, herbicidas, etc. Durante la última década, nuestro grupo de investigación amplió el ciclo de desarrollo tradicional de Streptomyces. El objetivo de esta tesis fue caracterizar las rutas biomoleculares que regulan los procesos de diferenciación en fermentaciones industriales a escala piloto. Se llevó a cabo un análisis cuantitativo de los cambios en el proteoma y fosfoproteoma durante la diferenciación de S. coelicolor. Esto nos ha permitido, por un lado, hacer una revisión acerca de lo que se conoce hasta el momento sobre la biología de Streptomyces, y por otro, generar una base de datos de los cambios en el proteoma y fosfoproteoma durante el desarrollo, que puede contribuir a diseñar futuros experimentos con el objetivo de caracterizar potenciales reguladores y efectores de diferenciación. Además, se hicieron hallazgos sobre las fases tempranas del ciclo de desarrollo. En cuanto a la germinación, se descubrió una nueva fase en la que se ha visto que participan enzimas responsables de la remodelación del peptidoglicano como la carboxipeptidasa SCO4439. También se ha descubierto un nuevo tipo división celular que tiene lugar durante la fase vegetativa temprana en las hifas y se basa en la formación de tabiques de membrana (sin pared), un tipo de división celular inédita en bacterias. Por último, se analizaron los procesos de desarrollo, diferenciación y producción de antibióticos en fermentaciones industriales a escala piloto (biorreactor), lo que ha permitido definir nuevos parámetros que resultan importantes para la optimización y monitorización de la producción de metabolitos secundarios en fermentaciones de Streptomyces

Pre-sporulation stages of Streptomyces differentiation:State-of-the-Art and Future Perspectives

Streptomycetes comprise very important industrial bacteria, producing twothirds of all clinically relevant secondary metabolites. They are mycelial microorganisms with complex developmental cycles that include programmed cell death (PCD) and sporulation. Industrial fermentations are usually performed in liquid cultures (large bioreactors), conditions in which Streptomyces strains generally do not sporulate, and it was traditionally assumed that there was no differentiation. In this work, we review the current knowledge on Streptomyces pre-sporulation stages of Streptomyces differentiation