Μεταβολισμός της γλυκερόλης στη ζύμη Yarrowia lipolytica και προοπτικές ανάπτυξης νέων βιοδιεργασιών

• Κύριος συγγραφέας: Μακρή, Άννα
• Άλλοι συγγραφείς: Αγγελής, Γιώργος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2012
• Θέματα: Γλυκερόλη; Μικροβιακά λιπίδια; Κιτρικό οξύ; Ουδέτερα λιπίδια; Φωσφολιπίδια; Βιοαντιδραστήρας διαλείποντος έργου; Σύστημα συνεχούς λειτουργίας; Yarrowia lipolytica; Glycerol; Microbial lipids; Citric acid; Neutral lipids; Phospholipids; Batch culture; Continuous culture; 668.2

Μελετήθηκε ο μεταβολισμός της γλυκερόλης στη ζύμη Yarrowia lipolytica ACA–DC 50109 με έμφαση στη μετατροπή της σε λιπίδια και κιτρικό οξύ, μεταβολικά προϊόντα που παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τη βιοτεχνολογία. Σε καλλιέργειες που πραγματοποιήθηκαν σε βιοαντιδραστήρα διαλείποντος έργου, επί πολλαπλώς περιοριστικού μέσου, διαπιστώθηκε η ύπαρξη τριών διακριτών φάσεων αύξησης που χαρακτηρίζονται από ιδιαίτερα μορφολογικά και βιοχημικά χαρακτηριστικά: η φάση βιοσύνθεσης κυτταρικής μάζας (κατά την οποία συντέθηκαν 4–4,5 g/l βιομάζας), η ελαιογόνος φάση (κατά την οποία πραγματοποιήθηκε συσσώρευση λιπιδίων 20–22% wt/wt επί ξηρής βιομάζας, 90% wt/wt των οποίων ήταν ουδέτερα) και η φάση παραγωγής κιτρικού οξέος (κατά την οποία εκκρίθηκαν στο περιβάλλον της αύξησης 14–30 g/l κιτρικού οξέος). Κατά τη διάρκεια των ανωτέρω φάσεων η ζύμη διήλθε από διάφορα μορφολογικά στάδια: μικρού μήκους αληθή μυκήλια και ψευδομυκήλια που κυριάρχησαν των κυττάρων ζύμης κατά τη φάση βιοσύνθεσης κυτταρικής μάζας, ευμεγέθη κύτταρα κατά τη φάση της ελαιογένεσης και μικρού μεγέθους κύτταρα ζύμης κατά τη φάση παραγωγής κιτρικού οξέος. Η γλυκερόλη διαπερνά την κυτταροπλασματική μεμβράνη με διευκολυνόμενη διάχυση και καταβολίζεται μέσω των αντιδράσεων της κινάσης της γλυκερόλης – GK και της NAD+ εξαρτώμενης αφυδρογονάσης της 3–P–γλυκερόλης. Την υψηλή ενεργότητα της NAD+ εξαρτώμενης ισοκιτρικής αφυδρογονάσης (NAD+–ICDH) κατά τη διάρκεια της φάσης βιοσύνθεσης κυτταρικής μάζας διαδέχθηκε σημαντική πτώση της ενεργότητάς της, επάγοντας τη λιπογένεση. Απρόσμενη αποδόμηση των αποθεματικών (ουδέτερων) λιπιδίων και σημαντική βιοσύνθεση γλυκολιπιδίων, σφιγγολιπιδίων και φωσφολιπιδίων – Ρ παρατηρήθηκε κατά τη διάρκεια της φάσης παραγωγής κιτρικού οξέος, φάση κατά την οποία η ενεργότητα της GK είχε μειωθεί σημαντικά ενώ η ενεργότητα της NAD+–ICDH είχε σχεδόν μηδενιστεί. Το ελαϊκό οξύ ήταν το κυριότερο λιπαρό οξύ ενώ η φωσφατιδυλχολίνη – PC το κύριο Ρ. Σε συνεχές σύστημα καλλιέργειας επί θρεπτικού υλικού περιοριστικού σε άζωτο, βιοσυντέθηκαν περιορισμένες μόνο ποσότητες λιπιδίων (~10% wt/wt, επί της ξηρής βιομάζας), γεγονός που μπορεί αποδοθεί στο ότι δεν υπήρχε μια περιοχή του ειδικού ρυθμού αραίωσης (D, h–1) στην οποία τα ένζυμα – κλειδιά που εμπλέκονται στη λιπογένεση (όπως η ΑΤΡ:κιτρική λυάση – ATP:CL και το μηλικό ένζυμο – ME) να παρουσιάζουν συγχρόνως υψηλές ενεργότητες, ενώ η ενεργότητα της NAD+–ICDH μειώθηκε, όχι όμως σημαντικά, στους χαμηλούς D. Η ενεργότητα της ATP:CL χαρακτηρίστηκε από υψηλές τιμές (60–300 Units/mg DW) σε D 0,033 h–1 ενώ οι μέγιστες τιμές ενεργότητας του ME (650 Units/mg DW) εμφανίστηκαν σε D=0,104 h–1. Τα λιπίδια της ζύμης ήταν περισσότερο ακόρεστα σε ενδιάμεσες τιμές D. Σε όλους τους D η φωσφατιδυλαιθανολαμίνη – PE, η φωσφατιδυλινοσιτόλη – PI και η PC αντιπροσωπεύουν τις κυριότερες κλάσεις των Ρ. Όσον αφορά τη μορφολογία της ζύμης, βρέθηκε ότι σε D<0,055 h–1 επικρατούσαν αληθή μυκήλια και ψευδομυκήλια ενώ σε D 0,055 h–1 παρατηρήθηκαν μόνο κύτταρα ζύμης. Σε πειράματα που πραγματοποιήθηκαν επί θρεπτικού υλικού περιοριστικού σε άζωτο, σε D=0,026 h–1, σε διαφορετικές συγκεντρώσεις διαλυμένου οξυγόνου – DO παρατηρήθηκε αυξημένο ποσοστό του κλάσματος των Ρ επί των ολικών λιπιδίων στις ακραίες σε τιμές DO ( 70% και 7%). Ανεξάρτητα των τιμών DO η PC ήταν η κλάση με το μεγαλύτερο ποσοστό, ακολουθούμενη από την PI και PE. Ειδικότερα το ποσοστό της ΡΕ παρουσιάστηκε ιδιαίτερα αυξημένο σε ενδιάμεσες τιμές DO (20% και 30%). Σε DΟ 50% επικρατούσαν αληθή μυκήλια και ψευδομυκήλια ενώ σε DΟ 50% εμφανίστηκαν στην καλλιέργεια περισσότερα κύτταρα ζύμης. Σε πειράματα που πραγματοποιήθηκαν σε D=0,026 h–1 βρέθηκε ότι ο περιορισμός της αύξησης από ιχνοστοιχεία όπως το μαγνήσιο και το ασβέστιο τα οποία εμπλέκονται σε πολλαπλές κυτταρικές λειτουργίες, είχαν δυσμενή επίδραση στη φυσιολογία της ζύμης, ωστόσο η σύσταση των λιπιδίων σε λιπαρά οξέα δεν επηρεάστηκε από τη φύση του περιοριστικού για την αύξηση παράγοντα. Η παρούσα διδακτορική διατριβή φιλοδοξεί να συμβάλει στη μελέτη της φυσιολογίας των ελαιογόνων μικροοργανισμών και στη χρήση της γλυκερόλης ως υποστρώματος σε μελλοντικές βιοτεχνολογικές εφαρμογές.