Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorBakken, Lars R.
dc.contributor.advisorWheat, David
dc.contributor.advisorOmholt, Stig W.
dc.contributor.authorHassan, Junaid
dc.date.accessioned2017-07-12T09:32:52Z
dc.date.available2017-07-12T09:32:52Z
dc.date.issued2017-07-12
dc.identifier.isbn978-82-575-1298-9
dc.identifier.issn1894-6402
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11250/2448521
dc.description.abstractIn the environment, microbes frequently experience lack of oxygen. In response, certain microorganisms produce enzymes that enable them to respire molecules other than O2 (anaerobic respiration). (...) Denitrification is of global significance being a key process in the nitrogen cycle (replenishing the atmosphere with N2) and a major source of atmospheric NO and N2O. NO plays a major role in producing the ‘bad’ (tropospheric) ozone, and N2O, in addition to being a powerful greenhouse gas, depletes the ‘good’ (stratospheric) ozone. Robust strategies to mitigate NO and N2O emissions from denitrification (e.g., in agricultural soils) demands thorough understanding of the physiology and regulatory biology of denitrifiers. The present thesis contributes to this knowledge, utilising dynamic modelling to test various assumptions and experiment-based hypotheses regarding the physiology of a prominent soil bacterium, Paracoccus denitrificans. The organism is significant, for it is used as a model in denitrification research. By modelling, we explored the regulation of 1) NirS (controlling the NO - and N2 kinetics2), 2) NirS/cNor (homeostatic control of NO by Pa. denitrificans), 3) Nar, and 4) cNor/NosZ (N2O kinetics). The first two are the subject of Paper I & II, respectively, and the last two are addressed in Paper III. For Paper I, we started with a simple model designed to match the conditions used to provide the empirical data to be analysed: recruitment of batch cultures from aerobic to anaerobic respiration in response to O2 depletion, monitored by frequent sampling. We developed this model further to address more specialised problems in Paper II & III. Each model simulates the respiratory metabolism (O2 reduction followed by that of NO /NOx), growth, and gas transport between the experimental vial’s liquid-phase and the headspace. The models also include estimation of gas loss and leaks due to sampling, so as to allow a direct comparison between experimental data and model simulations. The models use the Michaelis-Menten kinetics to simulate the activity of reductases involved, except that in the models for Papers II & III, the cooperative binding of two NO molecules with cNor to form N2O is modelled by a dual substrate equation. All model parameters critical for our research questions were empirically determined under the same or similar experimental conditions as simulated. Each model is constructed in Vensim®, using techniques from the field of system dynamics.nb_NO
dc.description.abstractI naturlige miljø er det ofte mangel på oksygen i kortere eller lengre perioder. Noen organismer takler dette ved å respirere andre stoffer enn oksygen. Dette kalles anaerob respirasjon, og denitrifikasjon er en av flere varianter. (...) Denitrifikasjon er en nøkkelprosess i det globale nitrogenkretsløpet; den tilbakefører nitrogenet til atmosfæren fra biosfæren, og den er en viktig kilde til atmosfærisk NO og N2O. NO påvirker troposfærens kjemi og bidrar til dannelse av uønsket troposfærisk ozon. N2O bidrar til global oppvarming og ødeleggelse av stratosfærisk ozon. For å utvikle robuste tiltak for å redusere stadig økende utslipp av NO og N2O fra systemer skapt eller manipulert av menneskehånd, er det behov for god forståelse av denitrifiserende organismers fysiologi. Denne avhandlingen er et bidrag til slik forståelse. Hovedverktøyet har vært dynamisk modellering for å undersøke en rekke hypoteser vedrørende bakterien Paracoccus denitrificans, som i en årrekke har vært brukt som modellorganisme for undersøkelse av denitrifikasjons-fysiologi. Utgangspunktet for studien var en rekke hypoteser, generert gjennom tidligere eksperimentelle arbeider, med vekt på fire regulatoriske og fysiologiske aspekter: 1) NirS, 2) NirS/cNor (homeostatisk kontroll av NO), 3) Nar, og 4) cNor/NosZ (N2O kinetikk). De første to står i fokus for artikkel nr. 1 og 2, mens de to siste er sentrale i artikkel 3. Vi startet med å konstruere en forholdsvis enkel modell (artikkel 1) for simulering av oksisk og anoksisk respirasjon og vekst. Modellen ble tilpasset de spesielle eksperimentelle betingelsene som ble brukt i de arbeidene som ligger til grunn for min modellering: «Batchkulturer » som skifter fra oksisk til anoksisk respirasjon når bakteriene har brukt opp alt oksygenet. Kulturene ble overvåket ved hyppig prøvetaking fra gassfasen (headspace). Modellen ble så videreutviklet for å undersøke mer spesifikke problemer i artikkel 2 og 3. Felles for alle modellene er at de beregner respirasjon og vekst, reduksjon av O2 og NO /NOx, gasstransport mellom headspace og væskefase, og gasstapet via prøvetaking. Det siste er viktig for å tillate en direkte sammenligning mellom eksperimentelle data og simuleringer. Modellene benytter Michaelis-Menten kinetikk for alle enzymreaksjoner bortsett fra nitrogenmonoksid reduktase (cNor), hvor utgangspunktet var en «dual substrate model». Modellene er laget med Vensim®, med teknikker hentet fra «system dynamics».nb_NO
dc.language.isoengnb_NO
dc.publisherNorwegian University of Life Sciences, Ås
dc.relation.ispartofseriesPhD Thesis;2015:59
dc.titleExploring the regulation of denitrification and NO and N2O kinetics in Paracoccus denitrificans using simulation modellingnb_NO
dc.title.alternativeParacoccus denitrificans’ regulering av denitrifikasjon, NO- og N2O-kinetikk, en modell studienb_NO
dc.typeDoctoral thesisnb_NO
dc.source.pagenumber1 b. (flere pag.)nb_NO


Tilhørende fil(er)

Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel