Essentiality of the glnA gene in Haloferax mediterranei: gene conversion and transcriptional analysis

Glutamine synthetase is an essential enzyme in ammonium assimilation and glutamine biosynthesis. The Haloferax mediterranei genome has two other glnA-type genes (glnA2 and glnA3) in addition to the glutamine synthetase gene glnA. To determine whether the glnA2 and glnA3 genes can replace glnA in nitrogen metabolism, we generated deletion mutants of glnA. The glnA deletion mutants could not be generated in a medium without glutamine, and thus, glnA is an essential gene in H. mediterranei. The glnA deletion mutant was achieved by adding 40 mM glutamine to the selective medium. This conditional HM26-ΔglnA mutant was characterised with different approaches in the presence of distinct nitrogen sources and nitrogen starvation. Transcriptomic analysis was performed to compare the expression profiles of the strains HM26-ΔglnA and HM26 under different growth conditions. The glnA deletion did not affect the expression of glnA2, glnA3 and nitrogen assimilation genes under nitrogen starvation. Moreover, the results showed that glnA, glnA2 and glnA3 were not expressed under the same conditions. These results indicated that glnA is an essential gene for H. mediterranei and, therefore, glnA2 and glnA3 cannot replace glnA in the conditions analysed.This work was funded by MICINN Grant Number BIO2013-42921P (to MJB), Generalitat Valenciana Grant Number ACIF/2018/200 (to GP) and Universidad de Alicante (VIGROB-016)

Amylolytic Activities Excreted by the Halophilic Archaeon Haloferax mediterranei to Assimilate Available Starch Depend on the Nitrogen Source

Several amylolytic activities have been isolated from a controlled growing media containing starch and nitrate or ammonium acetate as a carbon and energy source, excreted by the halophilic archaeon Haloferax mediterranei. These enzymes produced in nitrate-containing medium were different from those produced by the organism when cultured in ammonium acetate-containing medium. Haloferax mediterranei was able to grow optimally in both the media but not in a medium with ammonium chloride and starch as exclusive source of nitrogen and carbon, respectively. Growth was significantly lower when nitrate was replaced by ammonium, although there was significant amylolytic activity in the medium. At least six different activities were obtained in the nitrate-containing medium, but only five for the ammonium containing one. These enzymes displayed a different affinity for starch as a chromatographic matrix, when eluted with maltose in a range from 0.02 M to 0.2 M, and differed in their kinetic parameters for starch as a substrate. The average medium length of the products obtained from cracking starch was different for each amylolytic activity, ranging from glucose to larger polysaccharides. Moreover, they exhibited different molecular masses, from 15 to 80 kDa. On the other hand, all of them behaved as typical halophilic enzymes, requiring high salt concentrations from 2M to 4M NaCl for stability and activity. Also, it exhibited an optimal pH ranged from 7 to 8 and showed certain thermophilic behaviour, with maximal activity within 50°C to 60°C. The study of the presence and behaviour of this set of starch degrading enzymes will allow for a better understanding of how halophilic organism obtain the adequate carbohydrates to be incorporated and optimally used.This work was supported by project BIO2013-42921-P from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness

Glutamina sintetasas recombinantes de Haloferax mediterranei

Haloferax mediterranei es un microorganismo halófilo extremo que se incluye dentro del Dominio Archaea. Es capaz de crecer utilizando carbohidratos, ácidos carboxílicos, alcoholes y aminoácidos como fuentes de carbono y energía. Además, puede crecer en medio definido en presencia de glucosa como única fuente de carbono, y con nitrato o nitrito como única fuente de nitrógeno a través de la vía de asimilación utilizando las nitrato y nitrito reductasas asimilativas. El nitrato lo utiliza reduciéndolo a amonio, el cual es incorporado a esqueletos carbonados vía glutamato deshidrogenasa (GDH) en condiciones de exceso de nitrógeno o mediante la ruta glutamina sintetasaglutamato sintasa (GS-GOGAT) bajo condiciones de deficiencia de nitrógeno. La glutamina sintetasa (GS; EC 6.3.1.2) se encuentra en todos los Dominios, que participa en la asimilación del amonio y en la biosíntesis de glutamina, actuando como donador de nitrógeno para la síntesis de proteínas y de ácidos nucleicos. Esta enzima cataliza la biosíntesis de glutamina mediante la reacción biosintética dependiente de magnesio o manganeso, a partir de glutamato, ATP y amonio. En el genoma de Hfx. mediterranei se localizaron tres genes que presentaron homología con glutamina sintetasa, en base a la presencia de tres dominios conservados (COG0174: transporte y metabolismo de aminoácidos; pfam00120: dominio catalítico y pfam03951: dominio beta-Grasp) que se utilizan para identificar a las GSs. También se observó que uno de los genes mantiene conservadas las tres secuencias consenso características de GSs (glnA), mientras que los otros dos genes (glnA-2 y glnA-3) contienen parcialmente conservada una de ellas. Con el objetivo de conocer qué funciones desempeñan estas tres proteínas en la asimilación del nitrógeno, y si concretamente glnA-2 y glnA-3 ejercen un papel importante en este proceso, cada una de las tres proteínas halofílicas se clonó y expresó heterólogamente en la cepa BL21 (DE3) de E. coli, utilizando el vector de expresión pET3a, obteniéndose las proteínas en forma de cuerpos de inclusión. Cada una de estas fracciones sólidas se solubilizaron utilizando urea 8 M, y posteriormente se diluyeron en un tampón conteniendo NaCl 2 M y DTT 5 mM para conseguir su renaturalización. Posteriormente, se llevó a cabo la purificación de cada una por separado mediante una única etapa a través de una cromatografía en DEAE-celulosa; obteniéndose puras cada una de las proteínas y concentradas de forma rápida y con un buen rendimiento. La caracterización de la GS (GlnA) recombinante indicó que se trataba de una enzima dependiente de metales catiónicos divalentes, regulada por los efectores 2-oxoglutarato y glutamina. La proteína fue activada por 2-oxoglutarato e inhibida por glutamina. Mediante la técnica de velocidad de sedimentación se determinó que su estructura oligomérica consistía en 12 subunidades y se clasificó como GS tipo I, incluida en la subdivisión α. Se generaron mutantes de deleción de glnA y glnA-3 en Hfx. mediterranei mediante la técnica pop-in pop-out, que permitió la sustitución de una secuencia concreta del genoma por otra modificada in vitro. Para la obtención de los mutantes se utilizó la cepa HM26 (ΔpyrE2) de Hfx. mediterranei. Primeramente, se construyó un cassette de deleción para la obtención de un producto de fusión de 1000 pb (versión incompleta del gen) que se clonó en el vector pMH101N, conteniendo una copia del gen pyrE2, el cual se utilizó como marcador genético. Los mutantes pop-in se seleccionaron en un medio carente de uracilo, ya que sólo las células que codificaron el gen pyrE2, presente en el plásmidos suicida, pudieron sintetizar de novo dicho compuesto y crecer. Posteriormente, el plásmido suicida se perdió y junto con él una de las copias del gen, delecionada u original (mutante pop-out). Finalmente se obtuvieron los mutantes de deleción para los genes glnA y glnA-3, de los cuales glnA resultó ser un gen esencial en la asimilación de amonio y en la síntesis de glutamina, puesto que aquellos mutantes que presentaron la deleción de glnA fueron incapaces de crecer en un medio definido carente de glutamina; se trató por tanto de mutantes auxótrofos para este aminoácido, que únicamente crecieron al adicionar glutamina en el medio de cultivo. Finalmente, para conocer el efecto que produce la fuente de nitrógeno sobre la expresión global de los genes en Hfx. mediterranei, se realizó un array de expresión de la cepa R4 (silvestre) y se determinó la expresión global de genes en tres medios de cultivo con diferentes fuentes de nitrógeno: cultivo con amonio como fuente de nitrógeno en fase estacionaria y exponencial de crecimiento, cultivo con nitrato en mitad de fase exponencial de crecimiento y cultivos con carencia de nitrógeno. Las principales diferencias en expresión de genes se detectaron en los medios de nitrato y carencia de nitrógeno con respecto a amonio, los resultados sugirieron que la ausencia de amonio fue el factor responsable para la expresión de genes implicados en la ruta de asimilación de nitrato. Concretamente, en carencia de nitrógeno la GS mostró una mayor expresión que en medio con amonio. Para analizar los cambios de expresión en los genes glnA-2 y glnA-3 se realizó un nuevo array de expresión de la cepa HM26-A (ΔpyrE2 ΔglnA) utilizando como control la cepa parental HM26 (ΔpyrE2). Se determinó la expresión en dos medios de cultivo, en medio complejo suplementado con glutamina 40 mM en mitad de fase exponencial de crecimiento y en medio con carencia en nitrógeno. Tanto en la cepa HM26-A con carencia en nitrógeno como en la cepa parental HM26 se detectaron cambios de expresión en los genes relacionados con la vía asimilativa del metabolismo del nitrógeno de esta arquea halófila. En la cepa HM26 en carencia de nitrógeno con respecto a medio complejo con gln 40 mM se mostró una menor expresión de los genes glnA-2 y glnA-3 y una sobreexpresión de glnA. Mientras que en la cepa HM26-A en medio complejo con glutamina frente a la cepa HM26 en medio complejo en carencia de nitrógeno, al delecionar glnA, los genes glnA-2 y glnA-3 mostraron un incremento de expresión.que en la cepa HM26-A en medio complejo con glutamina frente a la cepa HM26 en medio complejo en carencia de nitrógeno, al delecionar glnA, los genes glnA-2 y glnA-3 mostraron un incremento de expresión. En conclusión, la glutamina sintetasa de Hfx. mediterranei es una enzima de tipo GSI-α, dodecamérica, resultando ser una proteína esencial en la asimilación de amonio y en la síntesis de glutamina; siendo activa en condiciones de deficiencia de nitrógeno, a diferencia de las isoformas GlnA-2 y GlnA-3 que podrían ejercer un papel regulador de GlnA y posiblemente actúen en la célula en condiciones de abundancia de nitrógeno

The management of the domestic refrigeration: Microbiological status and temperature

Purpose: The purpose of this paper is to provide information on the consumer management of refrigerated food, establish the level and the incidence of bacterial contamination and operating temperatures in domestic refrigerators from north and centre Italy. Design/methodology/approach: A questionnaire was designed involving 24 questions which covered three topics: the socio-demographic data, the domestic management of refrigerated food and general information about the refrigerator. The questionnaire responses were subjected to descriptive statistical analysis and further processed with the multiple correspondence analysis (MCA) and cluster analysis (CA). Based on MCA and CA, 84 refrigerators were selected to assess the temperature and the microbiological status (total viable counts (TVC); Enterobacteriaceae total counts (ETC); Salmonella spp. and Listeria spp.). Findings: Totally, 660 interviews were carried out. The majority of respondents were female (81.4 per cent) and were married (71.4 per cent). Almost an half of them were between 31 and 50 years old (48.2 per cent) and had a secondary school degree (47 per cent). Regarding domestic management of refrigerated food, the majority of respondents (87.2 per cent) were aware of the correct temperature range (1-5°C) for retail refrigerator units, but only 18 per cent of them check the temperature. Listeria monocytogenes and Salmonella spp. were not recovered; Listeria innocua was recovered (2.4 per cent). Regarding the TVC values, the 21.5 per cent of the tested refrigerators were classified as insufficient (from 100 to 104 cfu/cm2) or inadequate (>104 cfu/cm2). Consumer education should be focused in order to reduce foodborne disease. Only safety-conscious consumers can become active partners within the food safety chain. Originality/value: Result obtained from the present survey revealed that consumers are not familiar with their role in the food safety chain and that they allow numerous opportunities for microbiological contamination of food. The study clearly indicates the need for greater consumer education regarding proper domestic refrigerator management. Indeed, appropriate behaviours could make the refrigerator less likely to act as a significant niche for persistence and dissemination of food pathogens. © Emerald Group Publishing Limited

Transcriptional profiles of Haloferax mediterranei based on nitrogen availability

The haloarchaeon Haloferax mediterranei is able to grow in the presence of different inorganic and organic nitrogen sources by means of the assimilatory pathway under aerobic conditions. In order to identify genes of potential importance in nitrogen metabolism and its regulation in the halophilic microorganism, we have analysed its global gene expression in three culture media with different nitrogen sources: (a) cells were grown stationary and exponentially in ammonium, (b) cells were grown exponentially in nitrate, and (c) cells were shifted to nitrogen starvation conditions. The main differences in the transcriptional profiles have been identified between the cultures with ammonium as nitrogen source and the cultures with nitrate or nitrogen starvation, supporting previous results which indicate the absence of ammonium as the factor responsible for the expression of genes involved in nitrate assimilation pathway. The results have also permitted the identification of transcriptional regulators and changes in metabolic pathways related to the catabolism and anabolism of amino acids or nucleotides. The microarray data was validated by real-time quantitative PCR on 4 selected genes involved in nitrogen metabolism. This work represents the first transcriptional profiles study related to nitrogen assimilation metabolism in extreme halophilic microorganisms using microarray technology.This work was supported by the Spanish Ministry of Science and Innovation (MICINN, Grant BIO2008-00082), the Spanish Ministry of Economy and Competitivity (MINECO, Grant BIO2013-42921-P) and by project AEST/2013/062 from the Generalitat Valenciana (Spain)