Real-Time monitoring of intracellular wax ester metabolism

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Wax esters are industrially relevant molecules exploited in several applications of oleochemistry and food industry. At the moment, the production processes mostly rely on chemical synthesis from rather expensive starting materials, and therefore solutions are sought from biotechnology. Bacterial wax esters are attractive alternatives, and especially the wax ester metabolism of <it>Acinetobacter </it>sp. has been extensively studied. However, the lack of suitable tools for rapid and simple monitoring of wax ester metabolism <it>in vivo </it>has partly restricted the screening and analyses of potential hosts and optimal conditions.</p> <p>Results</p> <p>Based on sensitive and specific detection of intracellular long-chain aldehydes, specific intermediates of wax ester synthesis, bacterial luciferase (LuxAB) was exploited in studying the wax ester metabolism in <it>Acinetobacter baylyi </it>ADP1. Luminescence was detected in the cultivation of the strain producing wax esters, and the changes in signal levels could be linked to corresponding cell growth and wax ester synthesis phases.</p> <p>Conclusions</p> <p>The monitoring system showed correlation between wax ester synthesis pattern and luminescent signal. The system shows potential for real-time screening purposes and studies on bacterial wax esters, revealing new aspects to dynamics and role of wax ester metabolism in bacteria.</p

Production of long chain alkyl esters from carbon dioxide and electricity by a two-stage bacterial process

Microbial electrosynthesis (MES) is a promising technology for the reduction of carbon dioxide into value-added multicarbon molecules. In order to broaden the product profile of MES processes, we developed a two-stage process for microbial conversion of carbon dioxide and electricity into long chain alkyl esters. In the first stage, the carbon dioxide is reduced to organic compounds, mainly acetate, in a MES process by Sporomusa ovata. In the second stage, the liquid end-products of the MES process are converted to the final product by a second microorganism, Acinetobacter baylyi in an aerobic bioprocess. In this proof-of-principle study, we demonstrate for the first time the bacterial production of long alkyl esters (wax esters) from carbon dioxide and electricity as the sole sources of carbon and energy. The process holds potential for the efficient production of carbon-neutral chemicals or biofuels.acceptedVersionPeer reviewe

Method for acrylic acid monomer detection with recombinant biosensor cells for enhanced plastic degradation monitoring from water environments

Plastic debris degrades in the water environments due to various factors such as mechanical stress. Small-sized degradation products, including plastic monomers, are currently monitored using equipment which might be unsuitable for screening. Here, we developed a recombinant whole-cell bacterial biosensor, which could be used for this type of monitoring. The Escherichia coli pBAV1K-ACU-lucFF cells contain a luciferase-based reporter system under the control of acrylic acid specific promoter. The biosensor cells were used to detect acrylic acid monomers from both sterile water and spiked lake water samples, indicating usability with environmental samples. Furthermore, poly(acrylic acid) was incubated in salt water, and the biosensor cells could identify acrylic acid monomers originating from it. Thus, the cells could be used to observe similar processes in the environment. The results show that the bacterial biosensors could complement the current research methods of plastic monomer monitoring in water environments with a potential for higher throughputs.publishedVersionPeer reviewe

Engineering cell morphology by CRISPR interference in Acinetobacter baylyi ADP1

publishedVersionPeer reviewe

Substantial gradient mitigation in simulated large-scale bioreactors by optimally placed multiple feed points

The performance of large-scale stirred tank and bubble column bioreactors is often hindered by insufficient macromixing of feeds, leading to heterogeneities in pH, substrate, and oxygen, which complicates process scale-up. Appropriate feed placement or the use of multiple feed points could improve mixing. Here, theoretically optimal placement of feed points was derived using one-dimensional diffusion equations. The utility of optimal multipoint feeds was evaluated with mixing, pH control, and bioreaction simulations using three-dimensional compartment models of four industrially relevant bioreactors with working volumes ranging from 8 to 237 m3. Dividing the vessel axially in equal-sized compartments and locating a feed point or multiple feed points symmetrically in each compartment reduced the mixing time substantially by more than a minute and mitigated gradients of pH, substrate, and oxygen. Performance of the large-scale bioreactors was consequently restored to ideal, homogeneous reactor performance: oxygen consumption and biomass yield were recovered and the phenotypical heterogeneity of the biomass population was diminished.publishedVersionPeer reviewe

Assessment of metabolic flux distribution in the thermophilic hydrogen producer Caloramator celer as affected by external pH and hydrogen partial pressure

Background: Caloramator celer is a strict anaerobic, alkalitolerant, thermophilic bacterium capable of converting glucose to hydrogen (H2), carbon dioxide, acetate, ethanol and formate by a mixed acid fermentation. Depending on the growth conditions C. celer can produce H2 at high yields. For a biotechnological exploitation of this bacterium for H2 production it is crucial to understand the factors that regulate carbon and electron fluxes and therefore the final distribution of metabolites to channel the metabolic flux towards the desired product. Results: Combining experimental results from batch fermentations with genome analysis, reconstruction of central carbon metabolism and metabolic flux analysis (MFA), this study shed light on glucose catabolism of the thermophilic alkalitolerant bacterium C. celer. Two innate factors pertaining to culture conditions have been identified to significantly affect the metabolic flux distribution: culture pH and partial pressures of H2 (PH2). Overall, at alkaline to neutral pH the rate of biomass synthesis was maximized, whereas at acidic pH the lower growth rate and the less efficient biomass formation are accompanied with more efficient energy recovery from the substrate indicating high cell maintenance possibly to sustain intracellular pH homeostasis. Higher H2 yields were associated with fermentation at acidic pH as a consequence of the lower synthesis of other reduced by-products such as formate and ethanol. In contrast, PH2 did not affect the growth of C. celer on glucose. At high PH2 the cellular redox state was balanced by rerouting the flow of carbon and electrons to ethanol and formate production allowing unaltered glycolytic flux and growth rate, but resulting in a decreased H2 synthesis. Conclusion: C. celer possesses a flexible fermentative metabolism that allows redistribution of fluxes at key metabolic nodes to simultaneously control redox state and efficiently harvest energy from substrate even under unfavorable conditions (i.e. low pH and high PH2). With the H2 production in mind, acidic pH and low PH2 should be preferred for a high yield-oriented process, while a high productivity-oriented process can be achieved at alkaline pH and high PH2

Characterization of highly ferulate-tolerant Acinetobacter baylyi ADP1 isolates by a rapid reverse-engineering method

acceptedVersionPeer reviewe

On the Potential of Social Media Data in Urban Planning: Findings from the Beer Street in Curitiba, Brazil

Social media makes available vast amounts of data for various types of analyses. Cities have the opportunity to explore this new data source to study urban dynamics and complement traditional data used for urban planning. We investigate Untappd social media data in the context of urban planning in Curitiba, Brazil. We analyze the project to create a Craft Beer Street, recently announced by the municipality to promote local beers in Curitiba, in order to study the potential of exploring social media data to support the planning of this project. Our results indicate that social media data could have helped to guide the decision of the Beer Street creation and can potentially become a strategic urban planning tool

Esitutkimus: Tietoon perustuva päätöksenteko Pohjoisella kasvuvyöhykkeellä

Kasvuvyöhykkeet nähdään Suomessa ja Euroopassa keskeisenä aluerakenteen ohjaamisen viitekehyksenä ja kansallisen kaupunkipolitiikan välineenä. Tässä esitutkimuksessa on selvitetty millaista tietopohjaa käytetään vyöhykkeiden, käytävien ja toiminnallisten alueiden suunnitteluun ja kehittämiseen. Tutkimuksessa on kartoitettu kasvuvyöhykkeiden kehittämisessä yleisimmin käytettyjä indikaattoreita ja tiedon havainnollistamisen muotoja. Tutkimusaineisto koostuu sekä suomalaisesta että kansainvälisestä aiheeseen liittyvästä kirjallisuudesta ja erilaisista aluekehittämishankkeista tehdyistä havainnoista. Tutkimuksessa läpikäytyjä tarkasteluja varten kehitettiin analyysikehikko, jonka avulla havainnoitiin tarkastelujen mittakaavatasoa ja tunnistettiin keskeisiä tietoaukkoja. Havaintojen perusteella Euroopassa tehdyt tarkastelut kuvaavat pääosin jotain ominaisuutta hallinnollisesti rajautuvilla alueilla. Tarkastelujen pohjalta käy ilmi, ettei vyöhykkeiden toiminnallisuudesta ja eri toimijoiden ja toimintojen välisistä vuorovaikutussuhteista ole riittävästi tietoa. Alueiden välistä vuorovaikutusta ei suomalaisissa eikä kansainvälisissä tarkasteluissa juuri kuvata, ja jos kuvataan, se esitetään hallinnollisten alueiden välillä. Olemassa olevia tietoaukkoja voitaisiin merkittävästi täydentää uusien aineistojen ja menetelmien avulla. Suomessa julkiset tietovarannot ovat maailmanlaajuisesti kattavat ja laadukkaat. Jo olemassa olevia tietoaineistoja voitaisiin hyödyntää enemmän toiminnallisuuden osoittamisessa ja vyöhykkeiden kehittämisessä. Tiedon käytettävyydelle suurimpia haasteita ovat tiedon saatavuuden hajanaisuus sekä toisaalta mittakaavaan ja tilastointiyksiköihin sekä -käytäntöihin liittyvät ongelmat. Tietoaineistojen tehokkaampaa hyödyntämistä voitaisiin edistää avaamalla ne avoimena datana. Uusien aineistojen, kuten sosiaalisen median tai sensoriteknologialla tuotetun datan avulla voitaisiin todentaa vyöhykkeiden toiminnallisuutta uudella, entistä tarkemmalla tavalla.siirretty Doriast

Esitutkimus: Tietoon perustuva päätöksenteko Pohjoisella kasvuvyöhykkeellä

- Kasvuvyöhykkeet nähdään Suomessa ja Euroopassa keskeisenä aluerakenteen ohjaamisen viitekehyksenä ja kansallisen kaupunkipolitiikan välineenä. Tässä esitutkimuksessa on selvitetty millaista tietopohjaa käytetään vyöhykkeiden, käytävien ja toiminnallisten alueiden suunnitteluun ja kehittämiseen. Tutkimuksessa on kartoitettu kasvuvyöhykkeiden kehittämisessä yleisimmin käytettyjä indikaattoreita ja tiedon havainnollistamisen muotoja. Tutkimusaineisto koostuu sekä suomalaisesta että kansainvälisestä aiheeseen liittyvästä kirjallisuudesta ja erilaisista aluekehittämishankkeista tehdyistä havainnoista. Tutkimuksessa läpikäytyjä tarkasteluja varten kehitettiin analyysikehikko, jonka avulla havainnoitiin tarkastelujen mittakaavatasoa ja tunnistettiin keskeisiä tietoaukkoja. Havaintojen perusteella Euroopassa tehdyt tarkastelut kuvaavat pääosin jotain ominaisuutta hallinnollisesti rajautuvilla alueilla. Tarkastelujen pohjalta käy ilmi, ettei vyöhykkeiden toiminnallisuudesta ja eri toimijoiden ja toimintojen välisistä vuorovaikutussuhteista ole riittävästi tietoa. Alueiden välistä vuorovaikutusta ei suomalaisissa eikä kansainvälisissä tarkasteluissa juuri kuvata, ja jos kuvataan, se esitetään hallinnollisten alueiden välillä. Olemassa olevia tietoaukkoja voitaisiin merkittävästi täydentää uusien aineistojen ja menetelmien avulla. Suomessa julkiset tietovarannot ovat maailmanlaajuisesti kattavat ja laadukkaat. Jo olemassa olevia tietoaineistoja voitaisiin hyödyntää enemmän toiminnallisuuden osoittamisessa ja vyöhykkeiden kehittämisessä. Tiedon käytettävyydelle suurimpia haasteita ovat tiedon saatavuuden hajanaisuus sekä toisaalta mittakaavaan ja tilastointiyksiköihin sekä -käytäntöihin liittyvät ongelmat. Tietoaineistojen tehokkaampaa hyödyntämistä voitaisiin edistää avaamalla ne avoimena datana. Uusien aineistojen, kuten sosiaalisen median tai sensoriteknologialla tuotetun datan avulla voitaisiin todentaa vyöhykkeiden toiminnallisuutta uudella, entistä tarkemmalla tavalla. </p