Tolerância a fatores de estresse de linhagens de Saccharomyces cerevisiae empregadas na produção brasileira de etanol. - Bianca, Bianca Eli Della (2013)
À medida que cresce a necessidade por biocombustíveis, devido a sua essência sustentável e aos altos preços do petróleo, também aumenta a importância da produção brasileira de etanol combustível no contexto global. No Brasil, etanol combustível é produzido via fermentação de substratos derivados da cana-de-açúcar por linhagens robustas de Saccharomyces cerevisiae. Entender a fisiologia dessas linhagens de levedura se tornou um passo necessário para aumentar o rendimento alcoólico, visto que outros processos da cadeia de produção de etanol já foram otimizados significativamente. O objetivo desta tese foi avaliar sistematicamente a fisiologia das linhagens brasileiras PE-2, CAT-1, BG-1 e JP-1, em resposta a condições de estresse relacionadas ao processo de produção de etanol. As linhagens de laboratório S288c e CEN.PK113-7D e a linhagem de panificação Fleischmann foram incluídas neste estudo como referência. Ensaios de diluição em placas contendo diversos fatores de estresse mostraram que as linhagens industriais toleram melhor altas concentrações de etanol e de ácido acético e substratos industriais (caldo de cana e melaço). Só foi observada diferença entre as linhagens de etanol e de panificação sob condições de estresse térmico e de pH baixo. Estas condições foram consideradas fatores-chave de pressão seletiva no ambiente industrial de produção de etanol. O estresse térmico foi estudado em cultivos em frasco agitado a 37 °C utilizando meio sintético. Nessa condição somente linhagens de laboratório apresentaram rendimentos em biomassa e etanol significativamente menores em relação a cultivos a 30 °C. Balanços de carbono mostraram que, naquela condição, essas linhagens direcionam mais carbono para a formação de outros metabólitos que não o etanol (como glicerol e ácidos orgânicos), provavelmente devido a uma maior ativação de mecanismos de resposta ao estresse. A resposta das linhagens PE-2 e CEN.PK113-7D a condições de estresse ácido foi estudada em anaerobiose em quimiostatos a pH 3.0 (em meio sintético ou complexo), em quimiostatos em meio sintético contendo ácido acético 105 mM e em cultivos contínuos dinâmicos com pH variável. Em todas essas condições as duas linhagens apresentaram fisiologia semelhante, com exceção do metabolismo de acetato da linhagem PE-2. No entanto, em bateladas em meio complexo e pH 2.7, a linhagem PE-2 apresentou uma velocidade específica de crescimento 33 % maior e um rendimento em biomassa 86 % maior do que a linhagem CEN.PK113-7D. Essa distinção não foi observada em bateladas em meio complexo a pH 5.0 ou em bateladas em meio sintético a pH 5.0 ou 2.8. A resposta ao estresse ácido também foi analisada em ambiente não-proliferativo, através da determinação da viabilidade celular após tratamento com H2SO4 em pH 1.5. A linhagem PE-2 apresentou a maior viabilidade (64.7 %), seguida das linhagens Fleischmann (50.4 %) e CEN.PK113-7D (34.9 %). Em conjunto, os dados apresentados nesta tese sustentam a hipótese de que a linhagem PE-2 foi selecionada por sobreviver nas condições ácidas encontradas na etapa industrial de reciclo celular e por se propagar rapidamente neste ambiente estressante, utilizando as células mortas da linhagem de panificação como substrato. Essas características permitem que a linhagem PE-2 prospere e domine os fermentadores na produção industrial de etanol.