Rauga Kluyveromyces marxianus acetāta tolerance

Abstract

Maģistra darba mērķis bija novērtēt rauga Kluyveromyces marxianus iespējamos šūnu adaptācijas mehānismus pret acetāta izraisīto stresu. Fermentācijās ar laktozi saturošu substrātu un pievienotu 40 mM acetātu šūnu kultūrai tika novērota paildzināta lag fāze, kuras laikā palielinājās šūnu populācijas rezistence pret acetātu. Pētījumos tika novērota rauga Kluyveromyces marxianus DSM 5422 šūnu populācijas heterogenitāte, kas liecina, ka daļa no šūnām sākotnēji ir tolerantāka pret organisko skābju izraisīto stresu. Kultivējot raugu K. marxianus laktozi saturošā barotnē ar pievienotu acetātu, tika novērota iekššūnu vides pH palielināšanās. Iespējams, raugam K. marxianus vājo skābju izraisīta stresa apstākļos notiek paaugstināts protonu transports no citosola, lai uzturētu neitrālu iekššūnu vides pH. Kultivējot K. marxianus DSM 5422 pussintētiskajā 25 g/L laktozes barotnē ar pievienotu acetātu, tika novērots, ka raugs asimilē laktozi un acetātu vienlaicīgi pie vides pH 4,0. Acetāta negatīvā ietekme uz augšanas parametriem novērota laktozi saturošā substrātā pie vides pH 4,5 un 5,0. Rauga K. marxianus NCYC 2597 celmam β-galaktozidāzes aktivitāte tika novērota periplazmā, laktozes utilizācija pie augstāk minētajām pH vērtībām netika novērota. Savukārt celmiem DSM 5422, DSM 5418, DSM 4906 un NCYC 2791, kuriem laktozes hidrolīze novērota gan citosolā, gan periplazmā, pie zemām pH vērtībām, salīdzinot ar NCYC 2597, acetāta negatīvā ietekme izpaužas mazāk. Pētījumi tika veikti Latvijas Universitātes Mikrobioloģijas un Biotehnoloģijas Institūta Ogļhidrātu biokonversijas laboratorijā.

The aim of this paper was to evaluate possible mechanisms of yeast Kluyveroyces marxianus adaptation to acetate stress. Prolonged lag phase during cultivation in lactose containing substrate with added 40 mM acetate could be explained with an increase of acetate resistant cell population. Cell population heterogeneity with a proportion of cells being resistant to acetate in yeast K. marxianus DSM 5422 strain was observed. K. marxianus DSM 5422 revealed that after cultivation in lactose containing medium with added acetate, intracellular pH increased. It is possible that enhanced extrusion of protons to maintain neutral intracellular pH in yeast K. marxianus is carried out. Simultaneous consumption of lactose and acetate was observed during cultivation at 25 g/L semi-synthetic lactose medium with added acetate and pH 4.0. The negative impact of acetate on growth parameters was observed in lactose containing medium with added acetate at pH 4.5 and 5.0. Extracellular lactose hydrolysis was detected in yeast K. marxianus NCYC 2597 strain and lactose utilization at pH 4.5 and pH 5.0 was not observed. In K. marxianus DSM 5422, DSM 5418, DSM 4906 and NCYC 2791 both extracellular and intracellular lactose hydrolysis was detected and the negative impact of acetate on growth parameters was lower compared to NCYC 2597.