Characterization of a Synechocystis sp. PCC 6803 strain expressing an algal Baeyer-Villiger monooxygenase

In this work, a Synechocystis sp. PCC 6803 strain, expressing the Baeyer-Villiger monooxygenase from Cyanidioschyzon merolae, (CmBVMO) was characterized. The first step was the confirmation of CmBVMO expression inside the cells, together with the evidence that the produced enzyme was catalytically active. This new strain, called Syn_zia_BVMO, exhibited an unexpected prolonged-growth phenotype when cultured in standard mixotrophic and autotrophic conditions. Some results, like the oxygen evolution rate and the PHB (polyhydroxybutirate) quantification, gave a hint about a possible increased NADPH-consumption activity of the cells. This capability would lead the strain to a higher photosynthetic efficiency and to an extra biomass production. Moreover, we identified a possible in vivo substrate for the activity of the heterologous enzyme: a Synechocystis strain expressing CmBVMO and unable to synthetize hexadecanal, like the knockout mutant SynΔsll0209, did not show a prolonged growth. It’s possible that the in vivo substrate of CmBVMO is hexadecanal, an intermediate of the alkane biosynthetic pathway. However, more evidences must be collected to support these hypothesis, f.i. using direct NADPH quantification methods and performing GC-MS analysis. Nel presente lavoro è stato caratterizzato un ceppo di Synechocystis sp. PCC 6803 esprimente la Baeyer-Villiger monoossigenasi di Cyanidioschyzon merolae (CmBVMO). Il primo passo è stata la conferma dell’espressione della proteina CmBVMO nelle cellule e la prova che l’enzima prodotto è attivo cataliticamente. Questo nuovo ceppo, chiamato Syn_zia_BVMO, ha mostrato un inaspettato fenotipo di crescita prolungata quando messo in coltura in condizioni standard sia di mixotrofia che di autotrofia. Alcuni risultati, come la velocità di evoluzione di ossigeno e la quantificazione dei PHB (poliidrossibutirrati), hanno suggerito un possibile aumento nel consumo di NADPH nelle cellule. Questo aumenterebbe l’efficienza fotosintetica e la produzione di biomassa del ceppo. Inoltre, abbiamo identificato un possibile substrato per l’enzima in vivo: un ceppo di Synechocystis esprimente la proteina CmBVMO e incapace di produrre esadecanale, come il mutante knock-out SynΔsll0209, non ha mostrato la crescita prolungata. È possibile dunque che il substrato per CmBVMO in vivo sia l’esadecanale, un intermedio della via di biosintesi degli alcani. Tuttavia, dovranno essere raccolte ulteriori prove a sostegno di queste ipotesi, per esempio usando metodi di quantificazione diretta del NADPH ed eseguendo analisi GC-MS.