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Metabolic response of a chemolithoautotrophic archaeon to carbon limitation

Veröffentlichungen: Beitrag in FachzeitschriftArtikelPeer Reviewed

Abstract

The ubiquitously distributed ammonia-oxidizing archaea generate energy from ammonia and build cell mass from inorganic carbon sources, thereby contributing to both the global nitrogen and carbon cycles. However, little is known about the regulation of their predicted core carbon metabolism. A thermodynamic model for Nitrososphaera viennensis was developed to estimate the consumption of inorganic carbon in relation to ammonia consumed for energy and was tested experimentally by growing cells in carbon-limited and excess conditions. A combined proteomic and metabolomic approach to the experimental conditions revealed distinct metabolic adaptation depending on the amount of carbon supplied, either in a catalase or pyruvate background as a reactive oxygen species scavenger. Integration of protein and metabolite dynamics revealed a cellular strategy under carbon limitation to maintain a pool of amino acids and an upregulation of proteins necessary for translation initiation to stay primed for protein synthesis. The combination of modeling and functional genomics fills gaps in the understanding of the central metabolism and its regulation in a chemolithoautotrophic, ammonia-oxidizing archaeon, even in the absence of available genetic tools.

OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummere0073225
Seiten (von - bis)1-20
Seitenumfang20
FachzeitschriftmSystems
Jahrgang10
Ausgabenummer10
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 22 Okt. 2025

Fördermittel

This project was supported by Doktoratskolleg (DK) plus Microbial nitrogen cycling— from single cells to ecosystems (Austrian Science Fund [FWF] [10.55776/W1257]), ERC Advanced Grant TACKLE (no. 695192), and the European Union’s Horizon 2021–2027 research and innovation program under grant agreement no. 101079299. We thank Lena Fragner for technical guidance during extraction of metabolites and proteins, Sonja Tischler for mass spectrometry technical support, and Hubert Kraill for assistance with running the elemental analyzer. We also thank Lisa Fürtauer, Maria Pacheco, Jakob Weiszmann, and Martin Brenner for very valuable and helpful discussions during the data analysis. We are also appreciative of Dr. Thomas Rattei and the team of the Division of Computational Systems Biology (CUBE) for providing maintenance and access to the Life Science Computer Cluster (LiSC) at the University of Vienna. This work (supplemental material) used the Water-Organic-Rock-Microbe (WORM) Portal, which is supported by National Science Foundation grants EAR-1949030 and EAR-2149016.

ÖFOS 2012

  • 106022 Mikrobiologie

Fingerprint

Untersuchen Sie die Forschungsthemen von „Metabolic response of a chemolithoautotrophic archaeon to carbon limitation“. Zusammen bilden sie einen einzigartigen Fingerprint.
  • ACTIONr: Research Action Network for Reducing Reactive Nitrogen Losses from Agricultural Ecosystems

    Schleper, C. (Projektleiter*in), Jandl, N. (Projektadministrator*in), Hodgskiss, L. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in) & Kerou, M. (Co-Projektleiter*in)

    1/11/2231/10/25

    Projekt: Forschungsförderung

  • TACKLE: TACK Superphylum and Lokiarchaeota Evolution: Dissecting the Ecology and Evolution of Archaea to Elucidate the Prokaryote to Eukaryote Transition

    Schleper, C. (Projektleiter*in), Jandl, N. (Projektadministrator*in), Kozlowski, J. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Angeler, T. (Technische*r Projektmitarbeiter*in), Alves, R. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Mertens, L. M. Y. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Mardini, M. A. (Technische*r Projektmitarbeiter*in), Wimmer, E. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Manoharan, L. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Taubner, R.-S. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Bagnoud, A. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Pribasnig, T. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Zink, I. A. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), De Silva, J. M. K. (Technische*r Projektmitarbeiter*in), Melcher, M. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Amano, C. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Mauerhofer, L.-M. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Ponce Toledo, R. I. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Rodrigues de Oliveira, T. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Mousavian, M. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Monserrat i Diez, M. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Perier, Ü. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Hodgskiss, L. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Ward, M. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Hager, K. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in) & Kerou, M. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in)

    1/08/1631/07/22

    Projekt: Forschungsförderung

  • Mikroorganismen im Stickstoff-Zyklus

    Schleper, C. (Projektkoordinator*in), Jandl, N. (Projektadministrator*in), Bulgheresi, S. (Co-Projektleiter*in), Hodgskiss, L. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Paredes Rojas, G. F. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Melcher, M. (Assoziiertes Projektmitglied), Weber, P. (Assoziiertes Projektmitglied), Kerou, M. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Reyes, C. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Haillot, E. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), König, L. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in) & Wienkoop, S. (Co-Projektleiter*in)

    1/01/1628/02/21

    Projekt: Forschungsförderung

Zitationsweisen