Los efectos del estrés térmico y etanólico en cepas industriales de Saccharomyces cerevisiae
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v9i10.9091Palabras clave:
Fermentación; Levaduras; Condición de estrés.Resumen
Saccharomyces cerevisiae son microorganismos excepcionales utilizados en procesos biotecnológicos, principalmente en la producción de etanol. Estudios de las respuestas celulares de levaduras industriales bajo estrés etanólico y térmico en asociación son todavía incipientes. El objetivo fue evaluar la acción del estrés térmico y etanólico en cepas industriales de Saccharomyces cerevisiae a diferentes temperaturas y concentraciones de etanol, con el fin de comprender si estos factores influyen en la producción de etanol. Para las pruebas de citotoxicidad y genotoxicidad, las levaduras se cultivaron en medio YPD al 2% incubados durante 10 horas a 250 rpm. Las muestras se cultivaron en jugo de caña de azúcar en 5, 10 y 15% de etanol y se incubaron a 30 y 40 ºC. En placas de Petri con el medio sólido YPD 2% se gotearon y se incubaron durante 72 horas, se analizó la acción citotóxica por crecimiento celular y genotoxicidad mediante el ensayo cometa y la producción de etanol mediante cromatografía de gases. El crecimiento celular ocurrió en todas las condiciones, a 30 ºC hubo inhibición en 10% (v v-1) de etanol siendo potenciado en 15% (v v-1) a 40 ºC. El análisis de genotoxicidad mostró una inducción de daño en el ADN en las levaduras. La levadura FLE fue la que presentó el mayor índice de daño en el ADN. La Pe-2 fue más tolerante y produjo más etanol, demostrando ser una cepa tolerante en relación a los interferentes fermentativos analizados.
Citas
Abdel-Banat, B. M., Hoshida, H., Ano, A., Nonklang, S., & Akada, R. (2010). High-temperature fermentation: how can processes for ethanol production at high temperatures become superior to the traditional process using mesophilic yeast?. Applied microbiology and biotechnology, 85(4), 861-867.
Amorim, H. V., & Lopes, M. L. (2013). Ciência e tecnologia na seleção de leveduras para produção de etanol. Microrganismos em Agroenergia: da Prospecção aos Bioprocessos. Brasília: Embrapa Agroenergia, 42-59.
Amorim, H. V., Lopes, M. L., de Castro Oliveira, J. V., Buckeridge, M. S., & Goldman, G. H. (2011). Scientific challenges of bioethanol production in Brazil. Applied microbiology and biotechnology, 91(5), 1267.
Argueso, J. L., Carazzolle, M. F., Mieczkowski, P. A., Duarte, F. M., Netto, O.V.C., Missawa, S.K., Galzerani.F., Costa, G. G. L., Vidal, R. O., Noronha, M. F., Dominska, M., Andrietta, M. G. S., Andrieta, S. R, Cunha, A. F., Gomes, L. H., Tavares, F. C. A., Alcarde, A. R., Dietrich, F.S., Mccusker, J. H., Petes, T. D., & Pereira, G. A. G. (2009). Genome structure of a Saccharomyces cerevisiae strain widely used in bioethanol production. Genome research, 19(12), 2258-2270.
Azhar, S. H. M., Abdulla, R., Jambo, S. A., Marbawi, H., Gansau, J. A., Faik, A. A. M., & Rodrigues, K. F. (2017). Yeasts in sustainable bioethanol production: A review. Biochemistry and Biophysics Reports. 10, 52-61.
Babrzadeh, F.; Jalili, R.; Wang, C.; Shokralla, S.; Pierce, S.; Robinson-Mosher, A.; Nyren, P.; Shafer, R. W.; Basso, L. C.; De Amorim, H. V.; De Oliveira, A. J.; Davis, R. W.; Ronaghi, M.; Gharizadeh, B.; & Stambuk, B. U. (2012). Whole-genome sequencing of the efficient industrial fuel-ethanol fermentative Saccharomyces cerevisiae strain CAT-1. Molecular genetics and genomics, 287(6), 485-494.
Batistote, M., Cardoso, C. A. L., Ramos, D. D., & Ernandes, J. R. (2010). Desempenho de leveduras obtidas em indústria de Mato Grosso do Sul na produção de etanol em mosto a base de cana de açúcar. Ciência e Natura, 83-95.
Brown, J. A., & Kobor, M. S. (2019). Budding yeast Rtt107 prevents checkpoint hyperactivation after replicative stress by limiting DNA damage. DNA repair, 74, 1-16.
Caspeta, L., Coronel, J., Montes de Oca, A., Abarca, E., González, L., & Martínez, A. (2019). Engineering high‐gravity fermentations for ethanol production at elevated temperature with Saccharomyces cerevisiae. Biotechnology and bioengineering, 116(10), 2587-2597.
Cao, Z., Xia, C., Jia, W., Qing, W., & Zhang, W. (2020). Enhancing bioethanol productivity by a yeast-Immobilized catalytically active membrane in a fermentation-Pervaporation coupling process. Journal of Membrane Science, 595, 117485.
Cray, J. A., Bell, A. N., Bhaganna, P., Mswaka, A. Y., Timson, D. J., & Hallsworth, J. E. (2013). The biology of habitat dominance; can microbes behave as weeds?. Microbial biotechnology, 6(5), 453-492.
Cray, J. A., Stevenson, A., Ball, P., Bankar, S. B., Eleutherio, E. C., Ezeji, T. C., Singhal, R. S., Thevelein, J. M., Timson, D. J., & Hallsworth, J. E. (2015). Chaotropicity: a key factor in product tolerance of biofuel-producing microorganisms. Current opinion in biotechnology, 33, 228-259.
De Andrade Lima, L. C. (2015). Resposta a danos no DNA após exposição à luz ultravioleta: apagando o fogo antes do incêndio celular. Revista da Biologia, 14(1), 6-16.
Estruch, F. (2000). Stress-controlled transcription factors, stress-induced genes and stress tolerance in budding yeast. FEMS microbiology reviews, 24(4), 469-486.
Fernandes, F. H., Bustos-Obregon, E., & Salvadori, D. M. F. (2015). Disperse Red 1 (textile dye) induces cytotoxic and genotoxic effects in mouse germ cells. Reproductive Toxicology, 53, 75-81.
Fujita, K., Matsuyama, A., Kobayashi, Y., & Iwahashi, H. (2006). The genome-wide screening of yeast deletion mutants to identify the genes required for tolerance to ethanol and other alcohols. FEMS yeast research, 6(5), 744-750.
Gallone, B., Steensels, J., Prahl, T., Soriaga, L., Saels, V., Herrera-Malaver, B., Merlevede, A., Roncoroni, M., Voordeckers, K., Miraglia, L., Teiling, C., Steffy, B., Taylor, M., Schwartz, A., Richardson, T., White, C., Baele, G., Maere, S., & Verstrepen, K. J. (2016). Domestication and Divergence of Saccharomyces cerevisiae Beer Yeasts. Cell, 166(6), 1397-1410.
Giudici, P., Solieri, L., Pulvirenti, A. M., & Cassanelli, S. (2005). Strategies and perspectives for genetic improvement of wine yeasts. Applied microbiology and biotechnology, 66(6), 622-628.
Goddard, M. R., & Greig, D. (2015). Saccharomyces cerevisiae: a nomadic yeast with no niche?. FEMS yeast research, 15(3), fov009.
Hu, C., Zhao, X., Zhao, J., Wu, S., & Zhao, Z. K. (2009). Effects of biomass hydrolysis by-products on oleaginous yeast Rhodosporidium toruloides. Bioresource Technology, 100(20), 4843-4847.
Martins, F., Mamede, M. E. O., Da Silva, A. F., Guerreiro, J., & Lima, S. T. D. C. (2017). Ultraestrutura celular e expressão de proteínas de leveduras hanseniaspora sob efeito do estresse etanólico. Brasilian Journal of Food Technology, 20, 1-6.
Morard, M., Macías, L. G., Adam, A. C., Lairón-Peris, M., Pérez-Torrado, R., Toft, C., & Barrio, E. (2019). Aneuploidy and ethanol tolerance in Saccharomyces cerevisiae. Frontiers in genetics, 10, 82.
Mueller, L. P., Sarabia, D. T., Cardoso, C. A. L., & Batistote, M. (2019). O potencial associado das fontes renováveis e Saccharomyces Cerevisiae para produção de bioetanol. Educação Ambiental em Ação, 68.
Navarro-Tapia, E., Pérez-Torrado, R., & Querol, A. (2017). Ethanol effects involve non-canonical unfolded protein response activation in yeast cells. Frontiers in microbiology, 8, 383.
Riles, L., & Fay, J. C. (2019). Genetic basis of variation in heat and ethanol tolerance in Saccharomyces cerevisiae. G3: Genes, Genomes, Genetics, 9(1), 179-188.
Saini, P., Beniwal, A., Kokkiligadda, A., & Vij, S. (2018). Response and tolerance of yeast to changing environmental stress during ethanol fermentation. Process Biochemistry, 72, 1-12.
Santos, R. R. D. (2019). Comparação de sistemas de cultivo convencional e orgânico na produção de cumarina em mikania glomerata spreng. (asteraceae) e avaliação de genotoxicidade.
Souza, J. P., do Prado, C. D., Eleutherio, E. C., Bonatto, D., Malavazi, I., & da Cunha, A. F. (2018). Improvement of Brazilian bioethanol production–Challenges and perspectives on the identification and genetic modification of new strains of Saccharomyces cerevisiae yeasts isolated during ethanol process. Fungal biology, 122(6), 583-591.
Stanley, D., Bandara, A., Fraser, S., Chambers, P. J., & Stanley, G. A. (2010). The ethanol stress response and ethanol tolerance of Saccharomyces cerevisiae. Journal of applied microbiology, 109(1), 13-24.
Święciło, A. (2016). Cross-stress resistance in Saccharomyces cerevisiae yeast—new insight into an old phenomenon. Cell Stress and Chaperones, 21(2), 187-200.
Tesniere, C., Delobel, P., Pradal, M., & Blondin, B. (2013). Impact of nutrient imbalance on wine alcoholic fermentations: nitrogen excess enhances yeast cell death in lipid-limited must. PLoS One, 8, 1-11.
Vargas-Trinidad, A. S., Lerena, M. C., Alonso-del-Real, J., Esteve-Zarzoso, B., Mercado, L. A., Mas, A., & Combina, M. (2020). Effect of transient thermal shocks on alcoholic fermentation performance. International journal of food microbiology, 312, 108362.
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2020 Larissa Pires Mueller; Maria do Socorro Mascarenhas Santos; Claudia Andrea Lima Cardoso; Margareth Batistote
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
Los autores que publican en esta revista concuerdan con los siguientes términos:
1) Los autores mantienen los derechos de autor y conceden a la revista el derecho de primera publicación, con el trabajo simultáneamente licenciado bajo la Licencia Creative Commons Attribution que permite el compartir el trabajo con reconocimiento de la autoría y publicación inicial en esta revista.
2) Los autores tienen autorización para asumir contratos adicionales por separado, para distribución no exclusiva de la versión del trabajo publicada en esta revista (por ejemplo, publicar en repositorio institucional o como capítulo de libro), con reconocimiento de autoría y publicación inicial en esta revista.
3) Los autores tienen permiso y son estimulados a publicar y distribuir su trabajo en línea (por ejemplo, en repositorios institucionales o en su página personal) a cualquier punto antes o durante el proceso editorial, ya que esto puede generar cambios productivos, así como aumentar el impacto y la cita del trabajo publicado.