Ingeniería de especies de Mycoplasma para aplicaciones biotecnológicas y biomédicas

Ariadna Montero Blay

Prof. Luis Serrano Pubul Dr. Carlos Piñero Lambea

Prof. Luis Serrano Pubul y Dr. Carlos Piñero Lambea

Mycoplasmas are a group of bacteria characterized by minimized genomes, limited biosynthetic capacities, and simplified metabolic networks. In this work, we explored how Mycoplasma species can be exploited for biotechnological and therapeutic applications. In chapter two, we engineered M. pneumoniae transposons so that they could efficiently transform different Mycoplasma species. This fact allows the generation of essentiality studies in these species, a critical analysis to identify genes that could be deleted to create attenuated vaccination strains. Chapter three developed a new method that uses high-resolution transposon and proteomics data to infer active metabolic pathways within a cell at a specific moment. This information can be used when engineering attenuated strains. In chapter four, we explored the capacity of M. pneumoniae to express functional human biologics in vitro and in mice lungs. Chapter five used the protein design algorithm FoldX and ModelX to mutate a human interleukin to enhance its properties in terms of affinity to its receptors and increased bacterial expression. Chapter six identified the secretion signals and designed synthetic promoters in the recent-discovered fast-growing Mycoplasma feriruminatoris. Altogether this thesis develops the tools for exploiting Mycoplasmas for biotechnological purposes (M. agalactiae, M. feriruminatoris) and validates M. pneumoniae for human lung therapy immunomodulation.

En resumen, esta tesis propone, en primer lugar, herramientas genéticas para modificar bacterias y generar vacunas para el ganado. En la segunda parte, se explota la bacteria M. pneumoniae para tratar enfermedades pulmonares. Utilizando este vehículo bacteriano y modificando una interleucina antiinflamatoria para optimizar sus propiedades, se ha logrado eliminar por completo la inflamación pulmonar causada por la infección con otra bacteria (trabajo bajo patente y en revisión en PNAS). El trabajo de esta tesis, que aborda la explotación de M. pneumoniae como sistema de expresión biológica in vivo, podría licenciarse a la empresa derivada Pulmobiotics o a otras en el campo de las terapias mediadas por virus o bacterias. Además, el trabajo de ingeniería de moléculas per se (modificación de citocinas para optimizar sus propiedades con fines terapéuticos) puede aplicarse a otras citocinas con estructuras similares. Se pretende que dicho trabajo se explote a través de una nueva empresa derivada, de la cual Ariadna Montero será una de las cofundadoras, siendo también coinventora en las diferentes patentes en curso o planificadas.

Mycoplasmas; Minimized Genomes; Biosynthetic Capacities; Simplified Metabolic Networks; Biotechnological Applications; Therapeutic Applications; M. pneumoniae Transposons; Efficient Transformation; Mycoplasma Species; Essentiality Studies; Attenuated Vaccination Strains; High-Resolution Transposon Data; Proteomics Data; Active Metabolic Pathways; Attenuated Strains; Functional Human Biologics; In Vitro Expression; Mice Lungs; Protein Design Algorithm; FoldX; ModelX; Human Interleukin; Affinity Enhancement; Receptor Affinity; Increased Bacterial Expression; Secretion Signals; Synthetic Promoters; Fast-Growing Mycoplasma feriruminatoris; M. agalactiae; Human Lung Therapy Immunomodulation.