Obtención de cepas de levaduras industriales mejoradasSuperproducción de aminoácidos y crecimiento en glicerol

Resumen

La levadura es uno de los microorganismos más utilizado en la industria, abarcando un gran número de sectores comerciales, con una elevada implicación en la sociedad actual. La especie más conocida es Saccharomyces cerevisiae, utilizada en gran variedad de procesos industriales. La aplicación más conocida de las levaduras en el sector alimentario es la producción de pan y de bebidas alcohólicas como el vino, la cerveza, el sake y demás destilados. Además, las levaduras participan en otros procesos industriales tales como producción de biomasa, obtención de conservantes, aromatizantes, vitaminas, aminoácidos, etc. El objetivo general de esta tesis es aprovechar conocimientos científicos básicos sobre este organismo para mejorar propiedades concretas de cepas de levaduras empleadas tanto en la industria panadera como enológica. Desde un punto de vista enológico, la utilización de cepas de levaduras superproductoras de aminoácidos para la fermentación de los vinos daría como resultado vinos más aromáticos, ya que muchos aminoácidos son catabolizados a alcoholes superiores muy apreciados por esta industria contribuyendo al aroma del vino. La treonina es un aminoácido esencial, cuyo catabolismo genera compuestos aromáticos con un alto interés biotecnológico. Uno de los metabolitos más importantes derivados de la treonina es el sotolón. Esta furanona contribuye de manera importante al aroma y al sabor característico de vinos de crianza biológica, como los Finos. Por otra parte, las empresas productoras de levadura de panadería están interesadas en el desarrollo de nuevas cepas que sean capaces de mejorar las propiedades nutritivas y organolépticas del pan. Una posibilidad de mejora sería la obtención de cepas de levaduras superproductoras de aminoácidos, como la treonina, que podrían enriquecer el pan con aminoácidos esenciales en la dieta. Concretamente la treonina es un aminoácido deficitario en las harinas de trigo, por lo que la biomasa de levadura enriquecida en este aminoácido podría tener una aplicación muy importante en el campo de la nutrición como suplemento dietético para el hombre o en piensos para animales. La biosíntesis de treonina se realiza a través de una ruta ramificada en la cual la primera enzima, la aspartato quinasa, codificada por el gen HOM3, es inhibida por el producto final, la treonina. La hidroxinorvalina (HNV), un análogo tóxico de treonina, se ha utilizado con éxito para la obtención de cepas superproductoras de treonina. Los mutantes resistentes a HNV tienen alterada la regulación por retroalimentación y acumulan treonina diluyendo así la concentración del tóxico en el interior de la célula. Alguno de estos mutantes presentan una mutación en el gen HOM3 que codifica una aspartato quinasa que no presenta inhibición por treonina, como los alelos HOM3-R. En este trabajo se han obtenido derivados superproductores de treonina a partir de una cepa vínica utilizada como pie de cuba para la fermentación y de varias cepas de levadura panadera. Para ello se emplearon dos estrategias: el aislamiento de mutantes espontáneos resistentes a HNV y la transformación de las cepas con el alelo HOM3-R5. Los derivados de la cepa vínica fermentativa superproductores de treonina producían un mosto con mayor contenido en treonina, que tras crianza biológica, se obtenía un vino con mayores niveles de sotolón. Por otro lado, los derivados de las cepas panaderas superproductores de treonina presentaban una producción de biomasa enriquecida en este aminoácido. La segunda parte de esta tesis trata de la búsqueda de sustratos alternativos y económicos que puedan sustituir a las melazas tradicionales, ya que en los últimos años la disponibilidad de melazas de remolacha, el sustrato utilizado para la producción de levadura de panadería, es cada vez menor debido a un mayor aprovechamiento en los procesos de extracción del azúcar, a su empleo en otros procesos y a la reducción en la extensión de los cultivos por nuevas normativas de la UE. El glicerol, un subproducto de la obtención de bioetanol, puede ser una alternativa a las melazas de remolacha. Sin embargo, las cepas panaderas asimilan muy mal el glicerol. Mediante cultivo continuo controlado por pH se aislaron derivados de una cepa panadera capaces de utilizar glicerol como única fuente de carbono con mejores tasas de crecimiento en glicerol. Los derivados fueron caracterizados y probados en un medio de cultivo alternativo con glicerol, obteniéndose buenas tasas de producción de biomasa. La selección de mutantes espontáneos no está considerada manipulación genética y por tanto los derivados obtenidos pueden ser utilizados directamente en la industria. Los derivados obtenidos por ingeniería genética no podrían ser empleados en la industria alimentaria de acuerdo con la legislación actual. Sin embargo, el empleo de sistemas de transformación ¿limpios¿, es decir, que no utilicen genes de resistencia ni dejen restos de ADN bacteriano, así como la clonación de genes de la propia levadura podrían, en un futuro, favorecer la aceptación de este tipo de organismos modificados genéticamente.