Metabolic Burden assessment and incompatibility model of pMK4 within Lysinibacillus sphaercius III(3)7.

Abstract

La adquisición y especialmente el mantenimiento de un plásmido generalmente conlleva un costo de aptitud que reduce la tasa de reproducción del huésped bacteriano; para cepas como Lysinibacillus sphaericus III (3) 7, que posee importantes propiedades ambientales, esta alteración junto con cambios morfológicos y tasas de esporulación reducidas pueden ejercer un efecto negativo en los estudios metabólicos utilizando plásmidos como plataformas de clonación. El objetivo de este estudio es abordar el comportamiento metabólico de las células portadoras de pMK4 de L. sphaericus III (3) 7 mediante el uso de análisis bioinformáticos e in vitro. Se construyó un modelo de incompatibilidad entre el vector pMK4 y un megaplasmido predicho, pBsph, dentro de las células III (3) 7 basándose en una región incA. Además, no se encontró estabilidad de plásmido a largo plazo in vitro en células portadoras de plásmido. Se evaluaron las alineaciones entre replicones, elementos genéticos móviles e interacciones ARN-ARN, visualización de alineación por pares, modelos gráficos y cambios morfológicos mediante SEM. El análisis de metabolitos se realizó mediante HPLC acoplado a un Q-TOF 6545, y se utilizó ionización por electropulverización, finalmente se utilizaron larvas de Aedes aegypti y Culex quinquefasciatus para la evaluación de la actividad larvicida. Los resultados encontraron una disminución en la tasa de crecimiento, reducción de la formación de esporas y cambios morfológicos, lo que apoyó la idea del costo metabólico que ejerce pMK4. Una incompatibilidad entre pMK4 y pBsph parece tener lugar dentro de las células de L. sphaericus III (3) 7, sin embargo, se necesitan más estudios in vitro para confirmarlo.

The acquisition and especially the maintenance of a plasmid usually brings a fitness cost that reduces the reproductive rate of the bacterial host; for strains like Lysinibacillus sphaericus III(3)7, which possesses important environmental properties, this alteration along with morphological changes and reduced sporulation rates may exert a negative effect on metabolic studies using plasmids as cloning platforms. The aim of this study is to approach the metabolic behavior of pMK4-bearing cells of L. sphaericus III(3)7 through the use of bioinformatic and in vitro analyses. An incompatibility model between the pMK4 vector and a predicted megaplasmid, pBsph, inside III(3)7 cells was constructed based on an incA region. Additionally, in vitro long-term plasmid stability was not found in plasmid-bearing cells. Alignments between replicons, mobile genetic elements and RNA-RNA interactions were assessed, pairwise alignment visualization, graphic models and morphological changes were evaluated by SEM. Metabolite analysis was done through HPLC coupled to a Q-TOF 6545, and electrospray ionization was used, finally, Aedes aegypti and Culex quinquefasciatus larvae were used for larvicidal activity assessment. Results found, a decreased growth rate, spore formation reduction and morphological changes, which supported the idea of metabolic cost exerted by pMK4. An incompatibility between pMK4 and pBsph appears to take place inside L. sphaericus III(3)7 cells, however, further in vitro studies are needed to confirm it.