Improvement of Torulaspora delbrueckii’s sulphite resistance in winemaking through Adaptive Laboratory Evolution
| Autor: | Castro, Maria Carolina Vieira Osório de |
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| Přispěvatelé: | Franco-Duarte, Ricardo, Sousa, Maria João, Universidade do Minho |
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2023 |
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| Popis: | Dissertação de mestrado em Bioquímica Aplicada (especialização em Biomedicina) A indústria vínica encontra-se sob pressão para inovar os seus produtos. Saccharomyces cerevisiae é a levedura mais utilizada na produção de bebidas alcoólicas e pão, contudo as leveduras não-Saccharomyces têm atraído o interesse destas indústrias devido ao seu potencial biotecnológico. Torulaspora delbrueckii destaca-se entre estas leveduras devido à sua capacidade de introduzir diversidade ao mercado dos vinhos. Durante a fermentação dos mostos, adiciona-se sulfitos para inibir o crescimento de microrganismos contaminantes, o que faz da resistência aos sulfitos uma característica desejada nas leveduras fermentativas, de forma que concluam este processo. T. delbrueckii é uma espécie sensível, tendo em consideração a concentração de sulfitos adicionada ao mosto. Uma vez que a utilização de organismos geneticamente modificados ainda não é um tema consensual na indústria alimentar, a evolução laboratorial adaptativa surge como uma alternativa natural às estratégias de manipulação genética convencionais. Neste trabalho, foi realizada uma avaliação global de uma coleção de estirpes de T. delbrueckii para aferir a sua resistência aos sulfitos. Subsequentemente, foi otimizada a estratégia de evolução laboratorial adaptativa, em meio sólido e líquido, expondo a estirpe tipo a concentrações crescentes de metabissulfito de sódio, de 0,25 a 2,50 mM durante várias gerações, de modo a obter um fenótipo evoluído associado a uma maior resistência. Em meio sólido, alcançou se uma melhoria na resistência da estirpe evoluída, apresentando crescimento a 1,50 mM de metabissulfito de sódio, enquanto, a concentração máxima de crescimento da estirpe não evoluída era de 1,00 mM. Também foi realizada a análise de cladogramas dos genes SSU1, ARG3 e MET22 com o objetivo de correlacionar a resistência aos sulfitos e o genoma das estirpes da coleção, que demonstrou uma relação entre o gene SSU1 e a resistência das estirpes. Os resultados deste trabalho reforçam o potencial da evolução laboratorial adaptativa no aumento da resistência aos sulfitos e o potencial da sua futura implementação na área da biotecnologia, e também a importância de aliar procedimentos experimentais à análise bioinformática de modo a complementar o estudo. The wine industry has been under pressure to innovate its products. Saccharomyces cerevisiae has been employed, almost exclusively, in the manufacture of alcoholic beverages and bread, but non-Saccharomyces yeasts have drawn the attention of these industries due to their biotechnological potential. Torulaspora delbrueckii stands out among these yeasts due to its potential to introduce diversity to the standard wine market. During must fermentation, sulphites are employed to inhibit the growth of spoilage microorganisms and therefore resistance to sulphites is a desired trait for wine yeasts in order to complete the fermentation process. T. delbrueckii is a sensitive species when considering the concentrations of this compound added during fermentation. Since the employment of genetically modified organisms is still a debatable subject in the food industry, adaptive laboratory evolution emerged as a natural alternative to conventional genetic manipulation strategies. In the present work, a sulphite resistance screening of T. delbrueckii strain collection was performed to evaluate their resistance. Thereafter an adaptive laboratory evolution strategy was optimized, in both liquid and solid media, exposing the T. delbrueckii type strain to increasing concentrations of sodium metabisulphite, ranging from 0.25 to 2.50 mM during several generations, to obtain an evolved phenotype with higher resistance to sulphites. In solid media, was achieved an enhancement of sulphites’ resistance in the evolved strain, which was able to grow in 1.50 mM of sodium metabisulphite, in comparison with the original strain whose resistance was only up to 1.00 mM. A cladogram analysis of SSU1, ARG3 and MET22 was also performed intending to correlate the resistance to sulphites and strain’s genomes. This analysis revealed a correlation between SSU1 and strain resistance. These findings reinforce the potential of adaptive laboratory evolution in the enhancement of yeast’s resistance and their further implementation in the biotechnological field, and the importance of allying experimental procedures and bioinformatics analysis in order to complement the study. This work was supported by the UID/BIA/04050/2013 (POCI-01-0145-FEDER-007569) and UID/BIA/04050/2019 strategic programs and by the project PTDC/BIA-MIC/32059/2017, which is funded by national funds through the FCT- Fundação para a Ciência e Tecnologia and by the ERDF-European Regional Development Fund through the COMPETE2020– Programa Operacional Competitividade e Internacionalização (POCI) and Sistema de Apoio à Investigação Científica e Tecnológica (SAICT). |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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