Aspectos fisiológicos e genéticos da produção de acetato e etanol na regulação do metabolismo respiro-fermentativo da levedura industrial Dekkera Bruxellensis

Abstract

A levedura Dekkera bruxellensis tem sido apresentada recentemente com grande potencial industrial. Essa levedura adquiriu características primordiais para seu estabelecimento e manutenção nas dornas de fermentação alcoólica, como a habilidade diferencial em assimilar o nitrato como fonte de nitrogênio. O objetivo do presente estudo foi investigar fatores fisiogenômicos associados à produção de acetato e etanol, com ênfase no desvio da produção de acetil-CoA citosólico (Pdh bypass). Os resultados foram obtidos a partir de medidas fisiológicas e de expressão gênica em cultivos em meio sintético definido e na presença ou ausência do inibidor bioquímico da enzima acetaldeído desidrogenase (ald3p), dissulfiram (DSF). Em geral, a presença de DSF diminuiu o crescimento de D. bruxellensis em várias condições de cultivo, enquanto promoveu aumento na eficiência fermentativa da levedura. A eficiência na conversão em etanol na presença do inibidor ultrapassou 96% em alguns casos, representando incremento de 33% em relação à condição de referência. Esse resultado fisiológico foi acompanhado por um nível geral de aumento da expressão gênica relativa dos genes alvos (PFK1, FBP1, PDC1, ADH1, ALD3, ALD5, IDH1, SDH1 e ATP1). Os dados indicam que o acetato pode fluir da mitocôndria e restabelecer as necessidades citosólicas quando a enzima Ald3p é bloqueada. A galactose foi metabolizada exclusivamente pela via respiratória em D. bruxellensis e a utilização dessa fonte de carbono na presença de nitrato indica que o desvio metabólico da produção de acetil-CoA (Pdh bypass) é o principal caminho nesta levedura para o aporte de equivalentes redutores NAPDH para a redução do nitrato a amônio. Adicionalmente, a eficiência fermentativa de D. bruxellensis aumentou quando a sacarose foi utilizada como fonte única de carbono, independentemente da fonte de nitrogênio. Possivelmente a frutose liberada de sua hidrólise deve estar exercendo um efeito regulatório importante no metabolismo da levedura, principalmente no desvio do carbono pela via das pentoses fosfato. Outros aspectos genéticos e fisiológicos de D. bruxellensis são discutidos e contribuem para o entendimento de fatores diferenciais para a manutenção industrial e capacidade fermentativa desse microrganismo.