Μελέτη της προσαρμοστικής εξέλιξης της ζύμης Yarrowia lipolytica σε συνθήκες πενίας αζώτου και φυσική επιλογή σε συνθήκες πενίας άνθρακα

• Κύριος συγγραφέας: Περδικούλη, Νικολίτσα
• Άλλοι συγγραφείς: Αγγελής, Γεώργιος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2019
• Θέματα: Προσαρμοστική εργαστηριακή εξέλιξη; Ελαιογόνοι μικροοργανισμοί; Λιπίδια; Μεταβολισμός; Adaptive laboratory evolution; Oleaginous microorganisms; Lipids; Metabolism; 579.563

Στόχος της παρούσας ερευνητικής εργασίας είναι η μελέτη της προσαρμοστικής εργαστηριακής εξέλιξης της ελαιογόνου ζύμης Yarrowia lipolytica ACA DC 50109 σε συνθήκες πενίας αζώτου και φυσική επιλογή σε συνθήκες πενίας εξωκυτταρικής πηγής άνθρακα. Πραγματοποιήθηκε ανάλυση της κατεύθυνσης των εξελικτικών τάσεων 165 γενεών μέσω βιοχημικού χαρακτηρισμού αντιπροσωπευτικών φαινοτύπων. Ο αυξητικός κύκλος της Y. lipolytica διακρίνεται σε τρεις διαδοχικές φάσεις, τη φάση της ισόρροπης αύξησης (παρουσία αζώτου και άνθρακα), τη φάση της ελαιογένεσης (σε συνθήκες περιοριστικές σε άζωτο και παρουσία εξωκυτταρικού άνθρακα σε περίσσεια) και τη φάση αποδόμησης των αποθεματικών λιπιδίων (σε συνθήκες περιοριστικές σε άνθρακα και παρουσία αζώτου και όλων των απαραίτητων για αύξηση θρεπτικών συστατικών). Κατά τη διάρκεια της έρευνας βρέθηκε ότι κατά τη φάση αποδόμησης των αποθεματικών λιπιδίων η ζύμη χρησιμοποιεί τα αποθεματικά λιπίδια τόσο ως πηγή άνθρακα, για βιοσύνθεση κυτταρικών υλικών και κυτταροπλασία, όσο και ως πηγή ενέργειας, η οποία διατίθεται για ενεργειακή συντήρηση και βιοσύνθεση κυτταρικών υλικών. Υποθέτουμε ότι κατά τη φάση αποδόμησης των λιπιδίων τα πλέον πλούσια σε αποθεματικά λιπίδια κύτταρα είναι ικανά να αποδίδουν περισσότερους απογόνους σε σχέση με τα λιγότερο ελαιογόνα. Επομένως, εάν υποβάλλουμε τη ζύμη σε διαδικασία εξέλιξης σε συνθήκες περιοριστικές σε άζωτο (συνθήκες που ευνοούν την ελαιογένεση) ακολουθούμενες από επιλογή σε συνθήκες περιοριστικές σε άνθρακα (συνθήκες που ευνοούν τον πολλαπλασιασμό των ελαιογόνων στελεχών) αναμένουμε σταδιακό εμπλουτισμό του πληθυσμού με ελαιογόνους γονότυπους. Παρόλα αυτά, κατά τις πρώτες 59 γενεές παρατηρήθηκε τάση επικράτησης γονοτύπων με αριστοποιημένη ικανότητα παραγωγής ελεύθερης λίπους βιομάζας και μειωμένη ικανότητα βιοσύνθεσης λιπιδίων. Συγκεκριμένα, η ελεύθερη λίπους κυτταρική μάζα αυξήθηκε από 8,8 ± 0,1 g/L σε 11,2 ± 0,1 g/L, ενώ το ποσοστό λιπιδίων στη βιομάζα μειώθηκε από 33,4 ± 1,8% σε 9,2 ± 0,6%. Είναι πιθανό κατά τη φάση της ισόρροπης αύξησης, φάση κατά την οποία διέρχεται υποχρεωτικά η ζύμη πριν την ελαιογένεση, ο πληθυσμός να εμπλουτίζεται με μικρής ελαιογενετικής ικανότητας αλλά ταχέως αυξανόμενους γονότυπους. Συνεχίζοντας την εξελικτική διαδικασία, παρατηρήσαμε από την 59η μέχρι την 165η γενεά σταδιακή αύξηση της παραγωγής λιπιδίων και μείωση της παραγωγής βιομάζας ελεύθερης λιπιδίων, επικράτηση δηλαδή των γονοτύπων με βελτιστοποιημένη την ικανότητα σύνθεσης αποθεματικών λιπιδίων. Ειδικότερα η ελεύθερη λίπους βιομάζα μειώθηκε σε 9,6 ± 0,2 g/L ενώ το ποσοστό λιπιδίων αυξήθηκε σε 26,6 ± 0,3%. Η εργασία αυτή καταδεικνύει την πολυπλοκότητα των εξελικτικών μηχανισμών που εμπλέκονται στην ανάπτυξη και αριστοποίηση της ελαιογενετικής μηχανής. Η συνέχεια της εργασίας αφορά στην ανάλυση του γονιδιώματος των εξελιγμένων στελεχών και στη σύγκρισή του με εκείνο του αγρίου στελέχους.