Regulación de la expresión de genes involucrados en la producción de compuestos de azufre en Saccharomyces cerevisiae

Leal Guerra, Clara Susana (2011) Regulación de la expresión de genes involucrados en la producción de compuestos de azufre en Saccharomyces cerevisiae. Maestría thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

El proceso de producción de cerveza es considerado un arte, donde intervienen dos factores primordiales: la levadura y el mosto. Es conocido que la levadura producirá etanol pero, dependiendo del tipo de ingredientes del mosto, también puede sintetizar ciertos metabolitos que alteran las características de la cerveza. Entre éstos se encuentran compuestos volátiles de azufre (CVA), tal es el caso de H2S, tioles, tioesteres y dióxido de azufre. El H2S se genera por la actividad de ciertos genes involucrados en el metabolismo de asimilación de sulfatos, sulfitos ó bien síntesis de aminoácidos azufrados. Los CVA son de alto impacto negativo ya que, pequeñas trazas de éstos, pueden generar aromas indeseables en la cerveza. Aunque se han realizado avances en el conocimiento de la interacción de ciertos genes para la producción de compuestos de azufre, se desconocen los niveles de expresión y las interacciones en los mismos bajo las distintas condiciones de fermentación industrial. En el presente estudio identificamos los genes que participan en la producción de los CVA y su respuesta bajo distintas condiciones de proceso. Usamos las cepas tipo Lager 820 y 790, las cuales fueron sometidas a fermentación de dos tipos de mosto: 1) baja concentración de nitrógeno y 2) control. La respuesta de la expresión genética fue evaluada con microarreglos de ADN y cuantificada con qPCR. En el mosto (1), la cepa 820 mostró baja expresión de los genes MET6, MET13 y MHT1, los cuales favorecen a la incorporación de sulfuro a esqueletos carbonados, pero sobre expresó MET3 y MET2, implicados en la entrada de sulfato a la célula, generando sulfuro. Por su parte, la cepa 790 tuvo una regulación genética totalmente distinta ya que, solo sobre expresó el gen MHT1, relacionado con la vía de equilibrio en la producción de AdoMet/metionina. Estos resultados fueron confirmados usando qPCR, analizando la expresión de 18 genes en total. La cepa 820 en presencia de mosto bajo en compuestos nitrogenados (mosto a) no fue capaz de ajustar su maquinaria genética para la incorporación del sulfuro a esqueletos carbonados, mientras que en presencia de mostos ricos en compuestos nitrogenados (mosto 2) reguló su maquinaria genética, expresando el gen CYS4 involucrado en la vía de transulfuración, favorecido por la incorporación de serina en la ruta. La cepa 790 tuvo un comportamiento diferente, fue capaz de ajustar su maquinaria genética en presencia de mostos tipo (1) activando genes por la vía de transulfuración (CYS4, SER2) así como también genes por la vía de incorporación del sulfuro para producción de metionina y remetilación de Sadenosilmetionina (MET6, MET13, MHT1). De esta forma se demostró que la producción de compuestos azufrados depende de la constitución genética de la cepa y su interacción con el mosto. Abstract The brewing process is considered an art, which involved two primary factors: yeast and wort composition. It is known that depending on the composition and wort raw materials nature, yeast will carry out the production of alcohol, but also certain compounds that can alter the characteristics of the product. Among these ones volatile sulfur compounds (VSC), as is the case of H2S, thiols, thioesters and sulfur dioxide play an important negative role. The H2S is generated by the activity of certain genes involved in the metabolism of sulfate assimilation, sulfites or sulfur amino acid synthesis. These compounds are considered as high impact ones, because small amount of them produce undesirable aromas in beer. Even though there has been some advances in the knowledge of the interaction of certain genes to produce sulfur compounds, it is still unknown the expression levels and gene interactions under the different conditions of industrial fermentation. In order to know the influence of wort, we used two strains Lager type, 790 and 820 strains and two condition of wort: (1) lower nitrogen condition and (2) control. In the present study we analyzed genes involve in the production of sulfur compounds and their response under different process conditions using DNA microarray analysis. In the presence of worts with low level of nutrients nitrogen, strain 820 downregulated genes that favor the incorporation of sulfur to carbon skeletons (MET6, MET13, MHT1) and at the same time over expressed genes related to the input of sulfate into the cell generating sulfur (MET3, MET2) in the other hand, strain 790 upregulated the way of balance in the production of AdoMet / methionine (MHT1 gene), without having an effect in any other gene involved. These results were confirmed by using qPCR, analyzing 18 genes total. 820 under the presence of low nitrogen compounds (wort1) was not able to adjust their genetic machinery for the incorporation of sulfur to carbon skeletons, in the other hand under the presence of wort rich in nitrogen compounds (wort 2) regulated its genetic machinery, expressing more genes involved in the transsulfuration pathway (CYS4) favored by the incorporation of serine in the way. 790 behaved differently, was able to adjust their genetic machinery in the presence of low content of nitrogen compounds by activating genes via transsulfuration (CYS4, SER2) as well genes by the incorporation of sulfur for methionine production and S-adenosylmethionine remethylation (MET6, MET13, MHT1). By this way showed that production of sulfur compounds depends on the genetic constitution of the strain and its interaction with the wort.

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