Danos ao ácido desoxiribonucleico - DNA e sua influência na produção de etanol em linhagens industriais de Saccharomyces cerevisiae em relação a ciclos fermentativos
DOI:
https://doi.org/10.5216/rbn.v19i2.74455Palavras-chave:
Ácido desoxirribonucleico, metabólitos, Saccharomyces cerevisiaeResumo
Em processos industriais, cepas de Saccharomyces cerevisiae mais robustas e tolerantes são necessárias, pois condições de estresse podem afetar esses microrganismos e causar alterações celulares. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito genético e fisiológico dos ciclos fermentativos em linhagens industriais de S. cerevisiae. Um pré-inóculo foi realizado inoculando 0,10 g das leveduras Pedra-2, FT858 e Fleischmann em meio líquido YPD 2% e incubadas a 30 °C por 10 horas a 250 rpm. As células foram recuperadas e a biomassa obtida foi inoculada em caldo de cana com 22 °Brix a uma temperatura de 30 °C a 250 rpm por 10 horas, sendo realizada a reciclagem das células. Alíquotas foram retiradas a cada ciclo para análise de genotoxicidade pelo teste do cometa e estresse fisiológico pela quantificação de etanol. A levedura Fleischmann mostrou menor tolerância ao ciclo fermentativo, apresentando maior dano ao ácido desoxirribonucleico (DNA). A produtividade em etanol da linhagem Fleischman, no primeiro ciclo fermentativo, foi semelhante às leveduras Pedra-2 e FT858. No entanto, durante os ciclos, houve redução no conteúdo desse metabólito.
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Referências
Auesukaree, C. 2017. Molecular mechanisms of the yeast adaptive response and tolerance to stresses encountered during ethanol fermentation. J. Biosci. Bioeng. 124(2): 133-142. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2017.03.009
Bassi, A. P. G., L. Meneguello, A. L. Paraluppi, B. Sanches C. P. & S. R. Ceccato-Antonini. 2018. Interaction of Saccharomyces cerevisiae–Lactobacillus fermentum–Dekkera bruxellensis and feedstock on fuel ethanol fermentation. Antonie Leeuwenhoek. 111(9): 1661-1672. DOI: https://doi.org/10.1007/s10482-018-1056-2
Batistote, M., C. A. L. Cardoso, D. D. Ramos & J. R. Ernandes. 2010. Desempenho de leveduras obtidas em indústria de Mato Grosso do Sul na produção de etanol em mosto a base de cana de açúcar. Ciênc. Nat. 32(2): 83-95.
Batistote, M. & M. D. S. M. Santos. 2020. Analysis of fermentative parameters and the importance of Saccharomyces cerevisiae in the development of goods and services. Res. Soc. Dev. 9(11): e93691110586. DOI: https://doi.org/10.33448/rsd-v9i11.10586
Cristobal-Sarramian, A. & D. Atzmüller. 2018. Yeast as a production platform in biorefineries: conversion of agricultural residues into value-added products. Agron. Res. 16(2): 377-388. DOI: http://dx.doi.org/10.15159/ar.18.066
Da Silva, J. 2007. O usa do ensaio cometa para o ensino de genética toxicológica. Genética na escola, 2: 30-37.
Deparis, Q., A. Claes, M. R. Foulquié-Moreno & J. M. Thevelein. 2017. Engineering tolerance to industrially relevant stress factors in yeast cell factories. FEMS Yeast Res. 17(4): 1-17. DOI: https://doi.org/10.1093/femsyr/fox036
Dzialo, M. C., R. Park, J. Steensels, B. Lievens & K. J. Verstrepen. 2017. Physiology, ecology and industrial applications of aroma formation in yeast. FEMS Microbiol. Rev. 41(S1): S95-S128. DOI: https://doi.org/10.1093/femsre/fux031
Eardley, J. & D. J. Timson. 2020. Yeast cellular stress: impacts on bioethanol production. Ferment. 6(4): 1-19. DOI: https://doi.org/10.3390/fermentation6040109
Favaro, L., T. Jansen & W. H. Van Zyl. 2019. Exploring industrial and natural Saccharomyces cerevisiae strains for the bio-based economy from biomass: the case of bioethanol. Crit. Rev. Biotechnol. 39(6): 800-816. DOI: https://doi.org/10.1080/07388551.2019.1619157
Garcia, T. C., A. Durand-Morat, W. Yang, M. Popp & W. Schreckhise. 2022. Consumers’ willingness to pay for second-generation ethanol in Brazil. Energy Policy. 161: 112729. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enpol.2021.112729
Geng, P., L. Zhang & G. Y. Shi. 2017. Omics analysis of acetic acid tolerance in Saccharomyces cerevisiae. World J. Microbiol. Biotechnol. 33(5): 1-8. DOI: https://doi.org/10.1007/s11274-017-2259-9
Gong, Z., J. Nielsen & Y. J. Zhou. 2017. Engineering robustness of microbial cell factories. Biotechnology J. 12(10): 1700014. DOI: https://doi.org/10.1002/biot.201700014
Jach, M. E., A. Serefko, M. Ziaja & M. Kieliszek. 2022. Yeast Protein as an Easily Accessible Food Source. Metabolites. 12(1): 63. DOI: https://doi.org/10.3390/metabo12010063
Lah, B., G. Gorjanc, F. V. Nekrep & R. Marinsek-Logar. 2004. Comet assay assessment of wastewater genotoxicity using yeast cells. Bull. Environ. Contam. Toxicol. 72(3): 607-616. DOI: https://doi.org/10.1007/s00128-004-0287-2
Lin, N. X., Y. Xu & X. W. Yu. 2021. Overview of yeast environmental stress response pathways and the development of tolerant yeasts. SMAB. 2: 232–245. DOI: https://doi.org/10.1007/s43393-021-00058-4
Liu, Y., P. Cruz-Morales, A. Zargar, M. S. Belcher, B. Pang, E. Englund, D. Qingyun, Y. Kevin & J. D. Keasling. 2021. Biofuels for a sustainable future. Cell. 184(6): 1636-1647. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.01.052
Lopes, M. L., S. C. D. L. Paulillo, A. Godoy, R. A. Cherubin, M. S. Lorenzi, F. H. C. Giometti, C. D. Bernardino, H. B. Amorim Neto & H. V. D. Amorim. 2016. Ethanol production in Brazil: a bridge between science and industry. Braz. J. Microbiol. 47: 64-76. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bjm.2016.10.003
Manochio, C., B. R. Andrade, R. P. Rodriguez & B. S. Moraes. 2017. Ethanol from biomass: A comparative overview. Renew. Sust. Energ. Rev. 80: 743-755. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.063
Marsit, S., J. B. Leducq, E. Durand, A. Marchant, M. Filteau & C. R. Landry. 2017. Evolutionary biology through the lens of budding yeast comparative genomics. Nat. Rev. Genet. 18(10): 581-598. DOI: https://doi.org/10.1038/nrg.2017.49
Martínez-Matías, N., N. Chorna, S. González-Crespo, L. Villanueva, I. Montes-Rodríguez, L. M. Melendez-Aponte, A. Roche-Lima, K. Carrasquillo-Carrión, E. Santiago-Cartagena, B. C Rymond, M. Babu, I. Stagljar & J. R. Rodríguez-Medina. 2021. Toward the discovery of biological functions associated with the mechanosensor Mtl1p of Saccharomyces cerevisiae via integrative multi-OMICs analysis. Sci. Rep. 11(1): 1-18. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-021-86671-8
Mavrommati, M., A. Daskalaki, S. Papanikolaou & G. Aggelis. 2021. Adaptive laboratory evolution principles and applications in industrial biotechnology. Biotechnol. Adv. 54: 107795. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2021.107795
Moscoviz, R., E. Trably, N. Bernet & H. Carrère. 2018. The environmental biorefinery: state-of-the-art on the production of hydrogen and value-added biomolecules in mixed-culture fermentation. Green Chem. 20(14): 3159-3179. DOI: https://doi.org/10.1039/c8gc00572a
Mueller, L. P., D. T. Sarabia, C. A. L. Cardoso & M. Batistote. 2019. O potencial associado das fontes renováveis e Saccharomyces cerevisiae para produção de bioetanol. Educação Ambiental em Ação. 18(68). Available in: <http://www.revistaea.org/artigo.php?idartigo=3660>. Accessed on Aug. 10, 2022.
Mueller, L. P., M. D. S. M. Santos, C. A. L. Cardoso & M. Batistote. 2020. The effects of thermal and ethanolic stress in industrial strains of Saccharomyces cerevisiae. Res. Soc. Dev. 9(10): e6819109091-e6819109091. DOI: https://doi.org/10.33448/rsd-v9i10.9091
Nagamatsu, S. T., N. Coutouné, J. José, M. B. Fiamenghi, G. A. G. Pereira, J. V. D. C. Oliveira & M. F. Carazzolle. 2021. Ethanol production process driving changes on industrial strains. FEMS Yeast Res. 21(1): foaa071. DOI: https://doi.org/10.1093/femsyr/foaa071
Navarrete, C., I. H. Jacobsen, J. L. Martínez & A. Procentese. 2020. Cell Factories for Industrial Production Processes: Current Issues and Emerging Solutions. Process. 8(7): 768. DOI: https://doi.org/10.3390/pr8070768
Oh, E. J. & Y. S. Jin. 2020. Engineering of Saccharomyces cerevisiae for efficient fermentation of cellulose. FEMS Yeast Res. 20(1): foz089. DOI: https://doi.org/10.1093/femsyr/foz089
Olsson, L., P., Rugbjerg, L. T. Pianale & C. Trivellin. 2022. Robustness: linking strain design to viable bioprocesses. Trends in Biotech. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2022.01.004
Peetermans, A., M. R. Foulquié-Moreno & J. M. Thevelein. 2021. Mechanisms underlying lactic acid tolerance and its influence on lactic acid production in Saccharomyces cerevisiae. Microb Cell. 8(6): 111-130. DOI: https://doi.org/10.15698/mic2021.06.751
Saini, P., A. Beniwal, A. Kokkiligadda & S. Vij. 2018. Response and tolerance of yeast to changing environmental stress during ethanol fermentation. Process Biochem. 72: 1-12. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procbio.2018.07.001
Santos, M. D. S. M., C. A. L. Cardoso, E. M. Silva & M. Batistote. 2018. Potential of saccharine substrates for ethanol production. Orbital: Electron. J. Chem. 10(1): 14-21. DOI: http://dx.doi.org/10.17807/orbital.v10i1.1013
Santos, M. do S. M., M. Batistote & C. A. L Cardoso. 2021. The Production of Metabolites by Saccharomyces cerevisiae and its Application in Biotechnological Processes. Front., J. Soc. Technol. Environ. Sci. 10(3): 174-184. DOI: https://doi.org/https://doi.org/10.21664/2238-8869.2021v10i3.p174-184
Sanz, A. B., R. García, J. M. Rodríguez-Peña & J. Arroyo. 2018. The CWI pathway: regulation of the transcriptional adaptive response to cell wall stress in yeast. J. Fungi (Basel). 4(1): 1. DOI: https://doi.org/10.3390/jof4010001
Šoštarić, N., A. Arslan, B. Carvalho, M. Plech, K. Voordeckers, K. J. Verstrepen & V. van Noort. 2021. Integrated multi-omics analysis of mechanisms underlying yeast ethanol tolerance. J. Proteome Res. 20(8): 3840-3852. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jproteome.1c00139
Święciło, A. 2016. Cross-stress resistance in Saccharomyces cerevisiae yeast - new insight into an old phenomenon. Cell Stress Chaperones. 21(2): 187-200. DOI: https://doi.org/10.1007/s12192-016-0667-7
Taymaz-Nikerel, H., A. Cankorur-Cetinkaya & B. Kirdar. 2016. Genome-wide transcriptional response of Saccharomyces cerevisiae to stress-induced perturbations. Front. Bioeng. Biotech. 4: 1-19. DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2016.00017
Terradas-Cobas, L. & C. Céspedes-Payret. 2015. Genetically modified crops a methodological proposal of indicators. Environ. Dev. 15: 94-102. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envdev.2015.04.004
Tse, T. J., D. J. Wiens & M. J. Reaney. 2021. Production of bioethanol — A review of factors affecting ethanol yield. Fermentation. 7(4), 268. DOI: https://doi.org/10.3390/fermentation7040268
Thomson, J. M., E. A. Gaucher, M. F. Burgan, D. W. De Kee, T. Li, J. P. Aris & S. A. Benner. 2005. Resurrecting ancestral alcohol dehydrogenases from yeast. Nat. Genet. 37: 630–635. DOI: https://doi.org/10.1038/ng1553
Udom, N., P. Chansongkrow, V. Charoensawan & C. Auesukaree. 2019. Coordination of the cell wall integrity and high-osmolarity glycerol pathways in response to ethanol stress in Saccharomyces cerevisiae. Appl. Environ. Microbiol. 85(15): e00551-19. DOI: https://doi.org/10.1128/AEM.00551-19
Unrean, P., J. Gätgens, B. Klein, S. Noack & V. Champreda. 2018. Elucidating cellular mechanisms of Saccharomyces cerevisiae tolerant to combined lignocellulosic-derived inhibitors using high-throughput phenotyping and multiomics analyses. FEMS Yeast Res. 18(8): foy106. DOI: https://doi.org/10.1093/femsyr/foy106
Walker, G. M. & G. G. Stewart. 2016. Saccharomyces cerevisiae in the production of fermented beverages. Beverages. 2(4): 30. DOI: https://doi.org/10.3390/beverages2040030
Zhang, Q., D. Wu, Y. Lin, X. Wang, H. Kong & S. Tanaka. 2015. Substrate and product inhibition on yeast performance in ethanol fermentation. Energ. Fuel. 29(2): 1019-1027. DOI: https://doi.org/10.1021/ef502349v
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