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Título: Análises genômicas para otimização da produção de compostos aromatizantes por estirpe de Saccharomyces cerevisiae isolada de produção de cachaça.
Autor(es): Araújo, Thalita Macedo
Orientador(es): Brandão, Rogélio Lopes
Diniz, Raphael Hermano Santos
Palavras-chave: Cerveja
Saccharomyces cerevisiae
Cachaça
Biotecnologia industrial
Data do documento: 2018
Membros da banca: Mendes, Tiago Antônio de Oliveira
Borges, William de Castro
Fietto, Luciano Gomes
Brandão, Rogélio Lopes
Andrade, Milton Hércules Guerra de
Referência: ARAÚJO, Thalita Macedo. Análises genômicas para otimização da produção de compostos aromatizantes por estirpe de Saccharomyces cerevisiae isolada de produção de cachaça. 2018. 201 f. Tese (Doutorado em Biotecnologia) - Núcleo de Pesquisas em Ciências Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2018.
Resumo: A qualidade das bebidas alcoólicas está intimamente relacionada à presença de concentrações equilibradas de compostos voláteis, subprodutos do processo de fermentação alcoólica e altamente influenciados pela linhagem da levedura utilizada de tal modo que a compreensão das bases moleculares da produção de compostos desejáveis represente a possibilidade do incremento da qualidade de bebidas fermentadas visando a agregação de valor ao produto final. O presente trabalho tem como objetivo realizar uma análise de características genéticas e fisiológicas das leveduras isoladas da produção de cachaça com potencial para aplicação na produção de outras bebidas alcoólicas. Desse modo, 118 linhagens da coleção LBCM foram avaliadas quanto a capacidade de metabolização de maltose, produção de baixas concentrações de sulfeto de hidrogênio, capacidade de transporte de maltotriose e capacidade de produção de compostos voláteis. A despeito de sua origem comum, as leveduras avaliadas apresentaram diferenças significativas em sua fisiologia. Algumas dessas leveduras apresentam potencial biológico para aplicação na produção de outras bebidas, como, por exemplo, cerveja. A linhagem LBCM1073 foi selecionada dentre as demais por ser heterotálica e pela sua capacidade de produção de acetato de isoamila, um éster altamente desejável em diversas bebidas alcoólicas. Após sequenciamento genômico dessa levedura, com cobertura de 263 vezes e a predição de 5686 genes, análises de genômica comparativa revelaram que a linhagem LBCM1073 apresenta um conjunto de 24 genes ausentes na linhagem laboratorial S. cerevisiae S288c. Alguns desses genes apresentam similaridade com S. bayanus e Lachancea sp. Um total de 64,15% dos genes da linhagem LBCM1073 apresenta ortólogos com genes de 40 ascomicetos avaliados. Dentre as vias já mencionadas na literatura como relacionadas à produção de compostos voláteis, a via de sinalização mTOR e a glicólise, são as que apresentaram maior percentual de genes ortólogos, justificado pela ampla distribuição dessas duas vias dentre os organismos utilizados para análise. Ao serem comparadas as sequências de aminoácidos de 34 enzimas,relacionadas à produção de compostos responsáveis por aromas, 13 foram idênticas entre LBCM1073 e S. cerevisiae S288c. Para as demais, as proteínas codificadas por LEU4, PMA1, RSP5, TOR1 e FAS2 não apresentaram as substituições descritas na literatura como relacionadas à maior produção de compostos on flavour. Em conjunto, esses dados mostram que LBCM1073 e S. cerevisiae S288c apresentam diversas distinções a nível genômico. Uma metodologia capaz de contribuir para melhor elucidar essas diferenças em relação à produção de compostos secundários à fermentação é a técnica de BSA (Bulked Segregants Analisys) ou análise de agrupamentos de segregantes. As análises fenotípicas de segregantes obtidos do cruzamento entre LBCM1073 e S. cerevisiae S288c revelou uma discreta relação direta entre a capacidade de conversão de álcool isoamílico em acetato de isoamila e o crescimento na presença de TFL 0,5 mM. Além disso, os segregantes já obtidos e avaliados poderão ser empregados na análise de QTLs envolvidos na produção de acetato de isoamila.
Resumo em outra língua: The quality of beverages is closely related to the presence of volatile compounds, by-products of the alcoholic fermentation process and highly influenced by the yeast strain used. Thus, the investigation of the molecular basis involved in desirable compounds production may represent the possibility of increasing the quality of fermented beverages in order to add value to the final product. These present work aims to perform an analysis of genetic and physiological characteristics of yeasts isolated from the fermentation of cachaça with potential for application in the production of other beverages with adequate sensorial quality. 118 strains of the LBCM collection were evaluated for maltose metabolism, production of low concentrations of hydrogen sulphide, maltotriose transport and volatile compounds production. In spite of their common origin, the evaluated yeasts presented significant differences in relation to the physiological characteristics analyzed. Some of these yeasts have biological potential for application in the production of other beverages, such as beer. The strain LBCM1073 was selected among the others because it is heterotalic and because of its capacity to produce isoamyl acetate, a highly desirable ester in various alcoholic beverages. The whole genome sequencing with a 263x depth coverage and 5686 predicted genes revealed that the LBCM1073 strain presents a set of 24 genes absent in the S. cerevisiae S288c laboratory strain and that some of these genes have similarity to S. bayanus and Lachancea sp. 64.15% of the LBCM1073 genes presents orthologs with 40 ascomycetes evaluated. Among the pathways already mentioned in the literature related to the production of volatile compounds, the mTOR signaling pathway and glycolysis are the ones that presented the highest percentage of orthologous genes, justified by the wide distribution of these two pathways among the organisms used for analysis. The amino acid sequences comparison for 34 enzymes related to the flavoring compounds production, revealed that 13 are identical between LBCM1073 and S. cerevisiae S288c. To the other hand, the proteins encoded by LEU4, PMA1, RSP5, TOR1 and FAS2 did not present the VIII substitutions described in the literature as related to the higher production of flavoring compounds. Together, these data shows that LBCM1073 and S. cerevisiae S288c have several genomic distinctions. A methodology able to contribute to better elucidate these differences in relation to the production of fermentation by-products is the BSA (Bulked Segregants Analyzes). Phenotypic analyzes of meiotic segregants obtained from the cross between LBCM1073 and S. cerevisiae S288c revealed a direct relationship between the ability to convert isoamyl alcohol to isoamyl acetate and growth in the presence of 0.5 mM TFL. In addition, the segregants already obtained and evaluated can be applied in the QTLs analysis involved in isoamyl acetate production.
Descrição: Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia. Núcleo de Pesquisas em Ciências Biológicas, Pró-Reitoria de Pesquisa de Pós Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/10303
Licença: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 25/09/2018 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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