Caracterização molecular da Linhagem Pedra 2 de Saccharomyces cerevisiae sob condições de alto etanol em fermentadores industriais

Abstract

Molecular characterization of Saccharomyces cerevisiae Pedra-2 strain under high ethanol conditions in industrial fermentators The Pedra-2 (PE-2) strain of Saccharomyces cerevisiae is commonly used in the industrial process for biofuel production. In studies of wild type strains of S. cerevisiae, a wider tolerance to ethanol was achieved, which allowed for the development of a new technology of high alcohol percentage fermentation. This process made possible the increase of total sugar concentration in the mixture, and the volume of purified ethanol, although the new process has caused increase in the stresses applied to the yeast. In this study, the transcriptional profile of the PE-2 strain in high ethanol conditions is presented using DNA microarray. The global expression profile was used to identify groups of genes of interest and to analyze metabolic pathways that became co-regulated in adaptation to stress conditions imposed to the yeast by the industrial fermentation. In particular, 5860 genes were studied in this work and were detailed according to their expression profiles belong the fermentation cicle (0, 6, 12 and 18 hours). Moreover, metabolic pathways associated to key compounds in the fermentative process were described in terms of the composition of the differentially expressed genes. In addition, groups of genes highly correlated to different biological process in S. cerevisiae were identified. Finally, it is expected that this work could provide new directions in the study of fermentative efficiency and induced stress adaptation during the industrial fermentative process.

Análise da variação cariotípica e dos mecanismos de recombinação em leveduras industriais (Saccharomyces cerevisiae) durante o processo de fermentação alcoólica

“…Além disso, ainda é importante considerar que caso as células de JAY270 Apesar dos resultados indicarem que nenhum dos rearranjos cromossômicos que ocorreram na população derivada de JAY270 durante o processo de fermentação conferiam características seletivamente vantajosas, eles podem fornecer uma fonte significativa de variabilidade genética que pode ser importante para a adaptação da linhagem a alterações nas condições ambientais, assim como já foi proposto por outros autores (Nadal et al 1999;Lopes 2000).…”

“…Em Basso et al 2008, foram analisadas diversas linhagens selvagens utilizadas na produção de etanol combustível e verificou-se que todas possuem perfis cariotípicos únicos e altamente variáveis entre si, que são utilizados como critério de identificação e diferenciação. Alem disso, observou-se uma porcentagem de 0-40% de rearranjos cromossômicos em isolados coletados de dornas de fermentação inoculadas inicialmente com as linhagens PE-2, CAT-1 e BG-1, que estão entre as mais utilizadas na produção de etanol no Brasil (Basso et al 2008) O único perfil cariótipo que apresentou frequência elevada e persistência ao longo da safra, em diferentes unidades industriais, foi aquele da linhagem original (Lopes 2000).…”

“…Após a identificação e caracterização dos variantes cariotípicos, o autor procurou desvendar as origens moleculares das alterações observadas (Lopes 2000). Existem dois mecanismos de recombinação genética que podem ser responsáveis pela geração dos rearranjos cromossômicos: recombinação meiótica e mitótica.…”

“…É necessário ressaltar, no entanto, que a linhagem PE-2 apresenta polimorfismo de tamanho entre cromossomos homólogos (Lopes 2000;Argueso et al 2009) e que eventos de recombinação meiótica entre cromossomos de tamanho diferente irão sempre resultar em cromossomos recombinantes com tamanho alterado em relação aos parentais. Sendo assim, a detecção de bandas com tamanho alterado no PFGE de indivíduos gerados por meiose não comprova que os rearranjos cromossômicos observados nos isolados obtidos das dornas de fermentação foram gerados por recombinação meiótica.…”

“…No entanto, como já foi demonstrado previamente (Lopes 2000), essa linhagem apresenta instabilidade cariotípica considerável durante o processo industrial de produção de etanol. Esse fenômeno pode representar uma séria ameaça para a aplicação de estratégias de manipulação genética nessa levedura, visto que devido a essa instabilidade, modificações no genoma dessa linhagem podem ser perdidas durante o processo.…”