From genomes to function: haloarchaea as model organisms

Soppa, Jörg

doi:10.1099/mic.0.28504-0

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103

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“…Archaeal organisms are increasingly being relied upon for use as model systems for eukaryotes and are considered by many to be attractive hosts in biotechnological applications due to their ability to survive extreme conditions along with other unique traits and enzymes (Margesin & Schinner, 2001;Schiraldi & De Rosa, 2002;Kaczowka et al, 2005;Egorova & Antranikian, 2005;Soppa, 2006). Advances in these areas of research will be achieved through the comprehension of post-transcriptional regulation and optimization of protein expression in archaea.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Hydrophobic carboxy-terminal residues dramatically reduce protein levels in the haloarchaeon Haloferax volcanii

et al. 2010

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Proteolysis is important not only to cell physiology but also to the successful development of biocatalysts. While a wide-variety of signals are known to trigger protein degradation in bacteria and eukaryotes, these mechanisms are poorly understood in archaea, known for their ability to withstand harsh conditions. Here we present a systematic study in which single C-terminal amino acid residues were added to a reporter protein and shown to influence its levels in an archaeal cell. All 20 amino acid residues were examined for their impact on protein levels, using the reporter protein soluble modified red-shifted GFP (smRS-GFP) expressed in the haloarchaeon Haloferax volcanii as a model system. Addition of hydrophobic residues, including Leu, Cys, Met, Phe, Ala, Tyr, Ile and Val, gave the most pronounced reduction in smRS-GFP levels compared with the addition of either neutral or charged hydrophilic residues. In contrast to the altered protein levels, the C-terminal alterations had no influence on smRS-GFP-specific transcript levels, thus revealing that the effect is post-transcriptional.

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Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Hydrophobic carboxy-terminal residues dramatically reduce protein levels in the haloarchaeon Haloferax volcanii

et al. 2010

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“…preuves dans des domaines aussi variés que la cancéro-logie, les maladies neuro-dégénératives et l'embryologie [7][8][9][10][11][12]. Les fonctions des composantes biologiques sont dépen-dantes du contexte [2][3][4][5][6]. Dans les systèmes vivants, les événements dictent aux contextes comment ils doivent se déformer, les contextes dictent aux composantes comment elles doivent se comporter et les composantes dictent aux événements comment ils doivent naître.…”

Section: Synthèse Revuesunclassified

Modélisation intégrative prédictive et biologie expérimentale

Iris¹,

Géa²,

Lampe³

et al. 2009

Med Sci (Paris)

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Le développement d'un médicament est principalement un problème d'intégration d'informations et de gestion de connaissances. Connaître les cibles potentielles d'une molécule et les fonctions de ces cibles est une chose. Connaître les mécanismes physiologiques qui doivent être ciblés et la façon dont ils doivent être manipulés pour obtenir un impact thérapeutique donné en est une autre. Or, non seulement ces deux aspects ne sont pas interchangeables, mais le succès du déve-loppement d'un médicament résulte principalement de la manipulation cohérente d'un système physiologique dans son ensemble et non de la manipulation d'une cible dans un contexte restreint. Cela impose une nouvelle approche qui requiert en tout premier lieu la modélisation des mécanismes physiopathologiques concernés ; elle sera suivie de vérifications expérimentales in vivo dont l'objectif est de valider et/ ou d'infirmer les points clés qui sous-tendent le modèle. Ces résultats expérimentaux sont ensuite intégrés dans le modèle pour en corriger les erreurs, aboutissant à un modèle qui décrit en détail les mécanismes associés à l'instauration puis au développement d'une pathologie donnée et prédit les moyens qui devront être mis en oeuvre pour prévenir, ou traiter, cette maladie. Qu'est-ce qu'un « modèle » et que peut-on en attendre ?Pour atteindre ce but, les va-et-vient entre modélisa-tions et vérifications expérimentales sont incontournables. En effet, un modèle ne peut être autre chose qu'une approximation de la réalité. Plus le phénomène biologique devant être modélisé est complexe, plus l'approximation que constitue le modèle est grossière. Il est donc indispensable que ce modèle soit confronté à la réalité biologique qu'il est censé représenter. Cette démarche est à l'origine d'un processus synergique d'une efficacité tout à fait étonnante : un modèle indique très précisément ce qui devrait être observé expé-rimentalement, quand, où, comment et pourquoi. De ce fait, les résultats expérimentaux ne peuvent plus être sujets à conjectures et les erreurs du modèle sont très vite décelées et corrigées. Mais il y a beaucoup plus. Les expériences destinées à tester un modèle révèlent souvent des résultats totalement inattendus qui, intégrés > La nécessité d'élaborer et mettre en oeuvre des méthodes permettant une modélisation prédic-tive cohérente, fiable et précise des systèmes biologiques est devenue une évidence tant les enjeux économiques qui y sont liés sont importants. Cela est vrai au niveau industriel (pharmacologie, agroalimentaire et environnement, etc.) comme au niveau public (santé, recherche, etc.). On admet communément que la modé-lisation est avant tout une affaire d'informatique. Bien que cela se vérifie dans le cas des systèmes « continus » ou peu complexes, il n'en est pas de même en ce qui concerne les systèmes « discontinus » ou hyper-complexes que sont les systèmes vivants par exemple. Dans ces domaines, la modélisation devient une affaire de biologie assistée par l'informatique, et non pas le contraire. Nous tenterons dans ...

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“…volcanii is the organism of choice for haloarchaeal genetics. 11,12 It has simple growth requirements (aerobic conditions, optimum temperature 45°C) and is easy to culture in the laboratory. 12 As a halophile, it is extremely resilient to contamination-few organisms can survive in 2.5 M NaCl.…”

Section: Thorsten Allersmentioning

confidence: 99%

“…11,12 It has simple growth requirements (aerobic conditions, optimum temperature 45°C) and is easy to culture in the laboratory. 12 As a halophile, it is extremely resilient to contamination-few organisms can survive in 2.5 M NaCl. This is a significant advantage for industry, since it circumvents the need for 10 pTA963 utilizes the p.tnaA tryptophanase promoter of Hfx.…”

Section: Thorsten Allersmentioning

confidence: 99%

Overexpression and purification of halophilic proteins inHaloferax volcanii

Allers¹

2010

Bioengineered Bugs

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H alophilic enzymes function optimally at high salt concentrations and are active at low water availability. Such conditions are encountered at elevated concentrations of solutes such as salts and sugars, and at high concentrations of organic solvents. However, expression in heterologous hosts such as Escherichia coli can cause problems, since halophilic proteins typically misfold and aggregate in conditions of low ionic strength. We have harnessed the sophisticated genetic tools available for the haloarchaeon Haloferax volcanii, to develop a system for the overexpression and purification of halophilic proteins under native conditions.Halophilic archaea offer an unparalleled resource of enzymes that are tolerant of high concentrations of salt and organic solvents.1-3 Halophilic microorganisms found in hypersaline lakes such as the Dead Sea are able to grow in the presence of molar concentrations of salt. 4 There are two biological strategies to cope with a high salt environment: halophilic bacteria maintain an osmotic balance of their cytoplasm with the medium by accumulating organic solutes, whereas halophilic archaea (haloarchaea) accumulate high cytoplasmic concentrations of salt (typically potassium). The latter strategy mandates that intracellular enzymes are able to function in high salt concentrations; this is achieved by a reduction in overall hydrophobicity and an increase in acidic residues on the protein surface. [5][6][7] The high number of negative charges coordinates a network of hydrated cations, thereby maintaining the protein in solution via a salt-enriched solvation shell.

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From genomes to function: haloarchaea as model organisms

Cited by 123 publications

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Hydrophobic carboxy-terminal residues dramatically reduce protein levels in the haloarchaeon Haloferax volcanii

Hydrophobic carboxy-terminal residues dramatically reduce protein levels in the haloarchaeon Haloferax volcanii

Modélisation intégrative prédictive et biologie expérimentale

Overexpression and purification of halophilic proteins inHaloferax volcanii

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