Fisiologia e formação de partículas lipídicas durante o crescimento da levedura Yarrowia lipolytica IMUFRJ 50682.

A levedura Yarrowia lipolytica tem sido muito investigada, especialmente por ser um microrganismo oleaginoso, ou seja, capaz de acumular grandes quantidades de lipídios, o que ocorre majoritariamente em organelas denominadas partículas lipídicas. Estes lipídios apresentam várias potenciais aplicações biotecnológicas, como por exemplo na produção de óleo microbiano (single cell oil) e na produção de biodiesel. Durante este projeto de mestrado, objetivou-se estudar a fisiologia de duas linhagens da levedura Y. lipolytica, sendo uma tradicionalmente estudada pela comunidade científica internacional (linhagem w29) e outra isolada da Baía da Guanabara, no Rio de Janeiro (linhagem IMUFRJ 50682). Foram realizados cultivos em frascos agitados tipo Erlenmeyer com defletores tampados com algodão (volume total 500 mL, volume de meio 100 mL, 28 oC e 200 rotações por minuto), durante os quais foi possível: 1) escolher um meio de cultivo de composição totalmente definida, com tiamina como único fator de crescimento, adequado a estudos de fisiologia quantitativa com esta levedura; 2) verificar que Y. lipolytica não é capaz de crescer com sacarose ou xilose como única fonte de carbono; 3) verificar que Y. lipolytica cresce com velocidade específica de crescimento máxima (Máx) de 0,49 h-1 num meio complexo contendo glicose, extrato de levedura e peptona (meio YPD), 0,31 h-1 em meio definido com glicose como única fonte de carbono e 0,35 h-1 no mesmo meio, mas com glicerol como única fonte de carbono, sem excreção de metabólitos para o meio de cultivo; 4) verificar que ocorreu limitação por oxigênio nos cultivos em frasco agitado, sendo este o motivo pelo qual as células deixaram de crescer exponencialmente; 5) verificar que o uso de ureia, em vez de sulfato de amônio, como fonte de nitrogênio, contribui para uma variação menor do pH durante os cultivos, sem prejuízo ao crescimento da levedura; 6) observar que, ao se restringir a oferta de nitrogênio à levedura (aumento da relação C/N inicial no meio de 12,6 para 126), as células têm sua morfologia alterada e apresentam maior quantidade de partículas lipídicas; 7) determinar uma composição elementar para a biomassa de Y. lipolytica (CH1,98O0,58N0,13), em que os átomos de carbono encontram-se em média mais reduzidos do que na biomassa de leveduras como Saccharomyces cerevisiae e Dekkera bruxellensis. Foram também realizados cultivos em biorreator em batelada (1 L de volume útil, 28 oC, aerobiose plena e pH controlado em 5,0), durante os quais foi possível: a) estabelecer um protocolo de cultivo para Y. lipolytica em biorreator (que envolvem agitação mecânica, aeração e uso de anti-espumante, entre outras diferenças em relação aos cultivos em frasco); b) confirmar os valores dos principais parâmetros fisiológicos apresentados por esta levedura, anteriormente obtidos a partir de cultivos em frasco; c) confirmar que o fator de conversão de substrato a células (Yx/s) é maior para cultivos realizados com glicerol como fonte única de carbono (0,53 g/g para a linhagem IMUFRJ 50682), do que com glicose (0,48 g/g para a mesma linhagem). Finalmente, cultivos realizados em quimiostato com glicerol como fonte de carbono e energia, limitados por amônio (fonte de nitrogênio, relação C/N 126), às vazões específicas de 0,25 h-1 e 0,15 h-1, permitiram observar que o número de partículas lipídicas por célula de Y. lipolytica permaneceu em torno de 2 em ambas as situações e houve uma diminuição no teor de nitrogênio nas células quando a velocidade específica de crescimento diminuiu de 0,25 para 0,15 h-1.

Síntese de ésteres derivados do ácido oléico empregando lipases produzidas por Yarrowia lipolytica

Biodiesel é um biocombustível que consiste na mistura de ésteres monoalquílicos de ácidos graxos de cadeia longa. O processo usual de produção deste combustível é a transesterificação de óleos vegetais com álcoois de cadeia curta. Nesse processo, a matéria prima deve conter baixo conteúdo de ácido graxos livres ( ≤ 1%) e água (≤ 0,5%). Como alternativa ao processo de transesterificação, destaca-se o emprego de matérias-primas de baixo custo, com elevado teor de ácidos graxos livres, para a síntese de ésteres alquílicos através de reações de esterificação. As reações de produção do biodiesel podem ser catalisadas por via química (ácida e básica) ou enzimática. Na catálise enzimática, os biocatalisadores empregados são as lipases, que catalisam a hidrólise e síntese de ésteres e podem ser obtidas a partir de microrganismos, plantas ou tecido animal, sendo as de origem microbiana as mais utilizadas. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar o potencial da lipase de Yarrowia lipolytica, uma levedura não convencional, na síntese de ésteres do ácido oleico visando à obtenção de ésteres alquílicos (biodiesel). Foram estudados os efeitos da temperatura (25, 30, 35, 40, 50 e 60oC), do teor enzimático (5, 10, 20, 30 e 40% v/v) e do tipo de álcool (metanol, etanol, n-propanol e n-butanol ) nas reações de esterificação do ácido oleico empregando o extrato enzimático líquido produzido por Yarrowia lipolytica. Os resultados obtidos mostraram que as reações conduzidas a 30oC e com 10% v/v do extrato enzimático apresentaram maior taxa inicial de reação. Também foi avaliada a utilização do extrato enzimático liofilizado (5% m/v) e do PES (produto enzimático sólido) (5% m/v) de Yarrowia lipolytica na reação de esterificação do ácido oleico com n-butanol a 30oC. O maior consumo de ácido oleico ocorreu na reação conduzida com o PES. O efeito da temperatura (25, 30, 35, 40 e 50oC) na síntese de oleato de butila foi, então, investigado nas reações empregando PES como biocatalisador e a maior conversão de ácido oleico foi verificada na temperatura de 40oC

Cell surface display of functionally active lipases from Yarrowia lipolytica in Pichia pastoris

The lipase genes of Yarrowia lipolytica, LIPY7 and LIPY8, fused with FLO-flocculation domain sequence from Saccharomyces cerevisiae at their N-termini, were expressed in Pichia pastoris KM71. Following the induction with methanol, the recombinant proteins were displayed on the cell surface of P. pastoris, as confirmed by the confocal laser scanning microscopy. The LipY7p and LipY8p were anchored on P. pastoris via the flocculation functional domain of Flo 1 p. The surface-displayed lipases were characterized for their application as the whole-cell biocatalyst. These lipases can also be cleaved off from their anchor by enterokinase treatment to yield functionally active proteins in the supernatant offering an alternative purification method for LipY7p and LipY8p. (c) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

MEASUREMENT OF SUPEROXIDE FORMATION BY MITOCHONDRIAL COMPLEX I OF YARROWIA LIPOLYTICA

Complex I (NADH: ubiquinone oxidoreductase) is generally regarded as one of the major sources of mitochondrial reactive oxygen species (ROS). Mitochondrial membranes from the obligate aerobic yeast Yarrowia lipolytica, as well as the purified and reconstituted enzyme, can be used to measure complex I-dependent generation of superoxide (O-2(center dot-)). The use of isolated complex I excludes interference with other respiratory chain complexes and matrix enzymes during superoxide dismutase-sensitive reduction of acetylated cytochrome c. Alternately. hydrogen peroxide formation can be measured by the Amplex Red/horseradish peroxidase assay. Both methods allow the determination of complex I-generated ROS, depending on substrates (NADH, artificial ubiquinones), membrane potential, and active/deactive transition. ROS production by Yorrowia complex I in the

Proton pumping by complex I (NADH : ubiquinone oxidoreductase) from Yarrowia lipolytica reconstituted into proteoliposomes

The mechanism of energy converting NADH:ubiquinone oxidoreductase (complex 1) is Still unknown. A current controversy centers around the question whether electron transport of complex I is always linked to vectorial proton translocation or whether in some organisms the enzyme pumps sodium ions instead. To develop better experimental tools to elucidate its mechanism, we have reconstituted the affinity purified enzyme into proteoliposomes and monitored the generation of Delta pH and Delta psi. We tested several detergents to solubilize the asolectin used for liposome formation. Tightly coupled proteoliposomes containing highly active complex I were obtained by detergent removal with BioBeads after total solubilization or the phospholipids with n-octyl-beta-D-glucopyranoside. We have used dyes to monitor the formation of the two components of the proton motive force, Delta pH and Delta psi, across the liposomal membrane, and analyzed the effects of inhibitors, uncouplers and ionophores on this process. We show that electron transfer of complex I of the lower eukaryote Y. lipolytica is clearly linked to proton translocation. While this study was not specifically designed to demonstrate possible additional sodium translocating properties of complex 1, we did not find indications for primary or secondary Na+ translocation by Y lipolytica complex I. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Superoxide radical formation by pure complex I (NADH : Ubiquinone oxidoreductase) from Yarrowia lipolytica

Generation of reactive oxygen species (ROS) is increasingly recognized as an important cellular process involved in numerous physiological and pathophysiological processes. Complex I ( NADH: ubiquinone oxidoreductase) is considered as one of the major sources of ROS within mitochondria. Yet, the exact site and mechanism of superoxide production by this large membrane-bound multiprotein complex has remained controversial. Here we show that isolated complex 1 from Yarrowia lipolytica forms superoxide at a rate of 0.15% of the rate measured for catalytic turnover. Superoxide production is not inhibited by ubiquinone analogous inhibitors. Because mutant complex I lacking a detectable iron-sulfur cluster N2 exhibited the same rate of ROS production, this terminal redox center could be excluded as a source of electrons. From the effect of different ubiquinone derivatives and pH on this side reaction of complex I we concluded that oxygen accepts electrons from FMNH2 or FMN semiquinone either directly or via more hydrophilic ubiquinone derivatives.

Produção de "single cell oil" por Yarrowia lipolytica : seleção de meios de cultura

Com o crescimento económico e populacional, as necessidades energéticas globais aumentam diariamente. Juntamente com a percepção de que os combustíveis fósseis são finitos e com uma progressiva consciência ambiental, os biocombustíveis são vistos como a alternativa a seguir. A produção de biodiesel a partir da transesterificação de óleos vegetais aumenta a deflorestação e o custo de bens alimentares. Como alternativa, surgem os óleos de origem microbiana – single cell oil (SCO) - acumulados principalmente como triacilgliceróis, a mesma forma dos óleos vegetais, podendo ser utilizados para biodiesel ou como lípidos de alto valor acrescentado. Contudo, a utilização de microrganismos para síntese de lípidos está limitada pelos custos associados ao processo de produção. Este bioprocesso torna-se economicamente mais favorável quando resíduos obtidos a baixo custo são utilizados como fonte de carbono. Assim, o objectivo deste trabalho foi estudar a possibilidade de utilização de subprodutos de diversas indústrias (glicerol bruto e banha de porco) e glicerol puro na produção de SCO, utilizando a levedura Yarrowia lipolytica. Foram realizados ensaios em batch em matraz de 500 mL, matraz de 1000 mL e biorreator de 2 L, de modo a estudar qual o melhor substrato e concentração para produção de SCO. Verificou-se que a banha é o substrato mais eficaz para a acumulação de gordura pela estirpe Y. lipolytica W29, seguida do glicerol bruto, enquanto o glicerol puro mostrou ser a fonte de carbono menos adequada. Encontrou-se um intervalo de concentração de glicerol bruto para produção de SCO, enquanto que a concentração de banha no meio não afeta a acumulação de gordura pelas células. Os ácidos gordos preferencialmente acumulados pelas células em meio com banha e glicerol bruto foram o ácido oleico e o linoleico, respetivamente. Nos meios com glicerol puro e bruto observou-se a produção de ácido cítrico, o que não se verificou em meio com banha.

Efecto genotóxico de la cafeína sobre células de yarrowia lipolytica deficientes en los mecanismos de reparación del ADN.

Tesis (Maestría en Ciencias en Nutrición) UANL, 2014.

Papel de la subunidad alpha de la proteína G heterotrimérica en el sensado de glucosa y en la diferenciación celular del hongo dimórfico yarrowia lipolytica.

Tesis (Maestría en Ciencias en Nutrición) UANL, 2014.

Production of bioactive peptides through sequencial action of Yarrowia lipolytica proteases and chemical glycation

This PhD thesis is aimed at studying the suitability of proteases realised by Yarrowia lipolytica to hydrolyse proteins of different origins available as industrial food by-products. Several strains of Y. lipolytica have been screened for the production of extracellular proteases by zymography. On the basis of the results some strains released only a protease having a MW of 37 kDa, which corresponds to the already reported acidic protease, while other produced prevalently or only a protease with a MW higher than 200 kDa. The proteases have been screened for their "cold attitude" on gelatin, gluten and skim milk. This property can be relevant from a biotechnological point of view in order to save energy consumption during industrial processes. Most of the strains used were endowed with proteolytic activity at 6 °C on all the three proteins. The proteolytic breakdown profiles of the proteins, detected at 27 °C, were different related to the specific strains of Y. lipolytica. The time course of the hydrolysis, tested on gelatin, affected the final bioactivities of the peptide mixtures produced. In particular, an increase in both the antioxidant and antimicrobial activities was detected when the protease of the strain Y. lipolytica 1IIYL4A was used. The final part of this work was focused on the improvement of the peptides bioactivities through a novel process based on the production of glycopeptides. Firstly, the main reaction parameters were optimized in a model system, secondly a more complex system, based on gluten hydrolysates, was taken into consideration to produce glycopeptides. The presence of the sugar moiety reduced the hydrophobicity of the glycopeptides, thus affecting the final antimicrobial activity which was significantly improved. The use of this procedure could be highly effective to modify peptides and can be employed to create innovative functional peptides using a mild temperature process.

HAK transporters from Physcomitrella patens and Yarrowia lipolytica mediate sodium uptake

The widespread presence of Na+ specific uptake systems across plants and fungi is a controversial topic. In this study we identify two HAK genes, one in the moss Physcomitrella patens and the other in the yeast Yarrowia lipolytica, that encode Na+ specific transporters. Because HAK genes are numerous in plants and are duplicated in many fungi, our findings suggest that some HAK genes encode Na+ transporters and that Na+ might play physiological functions in plants and fungi more extensively than is currently thought.