Brown Pigments Produced by Yarrowia lipolytica Result from Extracellular Accumulation of Homogentisic Acid

Abstract

Yarrowia lipolytica produces brown extracellular pigments that correlate with tyrosine catabolism. During tyrosine depletion, the yeast accumulated homogentisic acid, p-hydroxyphenylethanol, and p-hydroxyphenylacetic acid in the medium. Homogentisic acid accumulated under all aeration conditions tested, but its concentration decreased as aeration decreased. With moderate aeration, equimolar concentrations of alcohol and p-hydroxyphenylacetic acid (1:1) were detected, but with lower aeration the alcohol concentration was twice that of the acid (2:1). p-Hydroxyphenylethanol and p-hydroxyphenylacetic acid may result from the spontaneous disproportionation of the corresponding aldehyde, p-hydroxyphenylacetaldehyde. The catabolic pathway of tyrosine in Y. lipolytica involves the formation of p-hydroxyphenylacetaldehyde, which is oxidized to phydroxyphenylacetic acid and then further oxidized to homogentisic acid. Brown pigments are produced when homogentisic acid accumulates in the medium. This acid can spontaneously oxidize and polymerize, leading to the formation of pyomelanins. Mn 2؉ accelerated and intensified the oxidative polymerization of homogentisic acid, and lactic acid enhanced the stimulating role of Mn 2؉ . Alkaline conditions also accelerated pigment formation. The proposed tyrosine catabolism pathway appears to be unique for yeast, and this is the first report of a yeast producing pigments involving homogentisic acid.Brown discoloration is a common defect in cheese. Yarrowia lipolytica is thought to be responsible for this discoloration in traditional Portuguese ewes' cheeses (7), Camembert (11), and Gorgonzola-type cheeses (27). The spoilage activity of this species seems to be related to its ability to produce brown pigments from tyrosine (5), but little is known of the mechanism involved.Brown pigments produced from tyrosine are known as melanins. This is a general term that includes a wide variety of complex polyphenolic heteropolymers. Microorganisms may form melanin via L-tyrosine catabolism (8,13,32,33) or a tyrosinase (EC 1.14.18.1)-mediated pathway (17,21,26,29,31,37). In bacteria, tyrosine is degraded via pathways that involve either homoprotocatechuic (3,4-dihydroxyphenylacetic) acid (34) or homogentisic (2,5-dihydroxyphenylacetic) acid (HGA) (4, 30) as intermediates. Both of these intermediates can be melanin precursors, and their accumulation usually results from an enzymatic disruption of these pathways. Brown pigments are formed from the oxidation and polymerization of these intermediates (8,13,32,33,35,36).Melanin production in Y. lipolytica is reported to result from L-tyrosine degradation (6). It is a two-stage process in which the pigment precursor is first accumulated outside the cells and then autooxidizes and polymerizes. The chemical core of the resulting pigment has a structure typical of an intermediate of tyrosine catabolism, and this structure or compound seems to be the main monomer in the polymer (6). We hypothesize that HGA is the precursor or intermediate involved, since ...

The Secreted Pyomelanin Pigment of Legionella pneumophila Confers Ferric Reductase Activity

“…Melanins are also broadly distributed among eukaryotic microorganisms, including fungi and protozoa (70,79 (4,29,33,42,45,55,64,90,102). Among the eukaryotic microbes, endogenous HGA-melanin production is thus far limited to the fungi Aspergillus nidulans and Yarrowia lipolytica (13,36), although it has recently been shown that the fungus Cryptococcus neoformans can use HGA produced by others to achieve melanization (38). Thus, L. pneumophila, along with P. aeruginosa and V. cholerae, is one of the few known producers of HGAmelanin that is also a significant human pathogen.…”

Screeining Yarrowia Lipolytica and Debaryomyces Hansenii Strains for Adjunct Starter Culture to Enhance Cheese Ripening Process

“…Oprócz produkcji amin biogennych kolejną niepożądaną cechą drożdży, negatywnie wpływającą na jakość dojrzałego sera, jest ich zdolność do produkcji barwników melaninowych, związków o charakterze polifenolowych heteropolimerów, któ-rych prekursorem jest nagromadzona w środowisku tyrozyna [2]. Hodowle na agarze serowym wzbogaconym tyrozyną wykazały, że żaden z badanych szczepów D. hasenii nie produkował pigmentu, niezależnie od temperatury inkubacji.…”

“…: owocowy, gorzki, drożdżowy posmak czy gazowanie masy serowej [8]. Ponadto, wiele gatunków drożdży wykazuje swoisty szlak enzymatycznej konwersji obecnej w śro-dowisku sera tyrozyny do związków pośrednich, które ulegając spontanicznej oksydacji i polimeryzacji, pojawiają się na powierzchni sera w postaci brunatnych barwników melaninowych [2].W wielu ośrodkach naukowych trwają badania nad stworzeniem jedno-, dwu-lub wielogatunkowych drożdżowych szczepionek serowarskich. Do drożdży wykazują-cych wiele pożądanych cech fizjologicznych, a jednocześnie gwarantujących bezpieczeństwo konsumenta (statut GRAS) zaliczane są m.in.…”

“…[9], dowodząc, że dekarboksylazy droż-dży Y. lipolytica charakteryzowały się szerszym spektrum działania niż enzymy D. hanseni, natomiast brak zdolności dekarboksylacji histydyny jest częstą cechą droż-dży izolowanych z fermentowanych produktów mlecznych. Ponadto badacze ci wykazali, że drożdżowe dekarboksylazy cechowały się większym powinowactwem do aminokwasów alifatycznych.Oprócz produkcji amin biogennych kolejną niepożądaną cechą drożdży, negatywnie wpływającą na jakość dojrzałego sera, jest ich zdolność do produkcji barwników melaninowych, związków o charakterze polifenolowych heteropolimerów, któ-rych prekursorem jest nagromadzona w środowisku tyrozyna [2]. Hodowle na agarze serowym wzbogaconym tyrozyną wykazały, że żaden z badanych szczepów D. hasenii nie produkował pigmentu, niezależnie od temperatury inkubacji.…”

“…: owocowy, gorzki, drożdżowy posmak czy gazowanie masy serowej [8]. Ponadto, wiele gatunków drożdży wykazuje swoisty szlak enzymatycznej konwersji obecnej w śro-dowisku sera tyrozyny do związków pośrednich, które ulegając spontanicznej oksydacji i polimeryzacji, pojawiają się na powierzchni sera w postaci brunatnych barwników melaninowych [2].…”