Adaptation of Saccharomyces cerevisiae to high pressure

Abstract

O objetivo do presente trabalho passou pelo estudo da adaptação de S. cerevisiae à pressão, usando ciclos consecutivos de fermentação sob pressão em níveis sub-letais. Assim, este trabalho foi divido em duas partes: numa primeira parte, foram aplicadas pressões sub-letais (entre 15-50 MPa) durante o processo fermentativo para determinar as pressões a serem utilizadas na fase posterior; na segunda parte, as culturas de S. cerevisiae realizaram fermentação sob pressão ao longo de quatro ciclos consecutivos de fermentação de modo a desencadear um mecanismo de adaptação à pressão. Neste contexto, foram testadas três pressões (15 MPa, 25 MPa e 35 MPa) e duas temperaturas (30 ºC e temperatura ambiente). De modo a monitorizar os processos, foram determinadas as concentrações de açúcares (glucose, frutose e maltose), etanol e ácidos orgânicos (cítrico, málico, succínico e acético). Para além disso, foram realizadas análises microbiológicas para determinar a viabilidade celular e concentração de biomassa. Após cada ciclo a 15 e 25 MPa, tanto o crescimento celular como a produção de etanol mostraram tendência para aumentar, sugerindo a adaptação da S. cerevisiae a estes níveis de pressão. Na verdade, no final do 4º ciclo sob ambas as pressões, a produção de etanol foi superior à observada à pressão atmosférica (8.75 g.L-1 e 10.69 g.L-1 a 15 e 25 MPa, respetivamente, comparando com 8.02 g.L-1 à pressão atmosférica). No entanto, quando a pressão aumenta para 35 MPa, o crescimento celular e a produção de bioetanol diminuíram, sendo mínimas após os 4 ciclos de fermentação consecutivos. De um modo geral, estes resultados sugerem que a adaptação a condições sub-letais de pressão (15 e 25 MPa) pode melhorar a produção de bioetanol pela S. cerevisiae, podendo esta técnica ser utilizada para aumentar rendimentos e produtividades da fermentação alcoólica

The objective of the present work was to study the adaptation of S. cerevisiae to the pressure, using consecutive cycles of fermentation under pressure at sublethal levels. Thus, this work was divided in two parts: in the first part, sublethal pressures (between 15-50 MPa) were applied during the fermentation process to determine the pressures to be used in the later phase; in the second part, S. cerevisiae cultures underwent fermentation under pressure over four consecutive fermentation cycles to trigger a pressure adaptation mechanism. In this context, three pressures (15 MPa, 25 MPa and 35 MPa) and two temperatures (30 ° C and ambient temperature) were tested. In order to monitor the processes, the concentrations of sugars (glucose, fructose and maltose), ethanol and organic acids (citric, malic, succinic and acetic) were determined. In addition, microbiological analyses were performed to determine cell viability and biomass concentration. After each cycle at 15 and 25 MPa, both cell growth and ethanol production showed a tendency to increase, suggesting the adaptation of S. cerevisiae to these pressure levels. In fact, at the end of the 4th cycle under both pressures, the ethanol production was higher than that observed at atmospheric pressure (8.75 g.L-1 and 10.69 g.L-1 at 15 and 25 MPa, respectively, comparing with 8.02 g.L-1 at pressure atmospheric). However, when the pressure increases to 35 MPa, cell growth and bioethanol production decreased, being minimal after the 4 consecutive fermentation cycles. In general, these results suggest that adaptation to sublethal pressure conditions (15 and 25 MPa) can improve bioethanol production by S. cerevisiae, and this technique can be used to increase yields and yields of alcoholic fermentation.