Limitēta skābekļa apstākļos augušu rauga šūnu dehidratācija un daži biotehnoloģiski pielietojumi - Poruka, Laura (Latvijas Universitāte, 2015)
Darba mērķis bija salīdzināt žāvēšanas procesu aerobi un anaerobi kultivētiem raugiem, noskaidrot šo raugu iespējamās izmantošanas iespējas dažos biotehnoloģiskos procesos. Darbā izmantoti mikroorganismu celmi Saccharomyces cerevisiae 14 un Saccharomyces cerevisiae 77. Darbā apskatīti literatūras dati par S.cerevisiae rauga ģinti, rauga šūnas uzbūvi un metabolismu, raugu izmantošanu dažos biotehnoloģiskos procesos (hroma sorbcija, etanola fermentācija), anabiozi, dažām rauga šūnu izdzīvotības paaugstināšanas iespējām pēc dehidratācijas (inkubācija šķīdumos ar paaugstinātu osmotisko spiedienu, siltumšoku). Tika apgūtas šādas darbā izmantotās metodes: S.cerevisiae celmu uzturēšana, sējmateriāla izveide un biomasas iegūšana, rauga šūnu inkubācija šķīdumos ar paaugstinātu osmotisko spiedienu pirms dehidratācijas, rauga žūšanas dinamikas eksperimenti, rauga šūnu apstrāde ar siltumšoku, hroma sorbcijas eksperimenti, etanola fermentācijas eksperimenti, augstās izšķirtspējas šķidrumu hromatogrāfija, šūnu mitruma noteikšana, šūnu izdzīvotības noteikšana pēc ātrās rehidratācijas, atomspēku mikroskopija. Darba rezultātos noteikts, ka dehidratācijas dinamika katram celmam var atšķirties. Limitēta skābekļa apstākļos kultivēta S. cerevisiae 14 šūnu biomasa daudz atrāk zaudē ūdeni nekā ja tā kultivēta aerobos apstakļos. S. cerevisiae 77 žavešanas dinamika bija pretēja. Izmantojot atomspēka mikroskopiju, secināts, ka šūnu rezistence pret dehidratāciju korelē ar šūnu virsmas un formas izmaiņām. Tika noskaidrots, ka šūnu inkubācija 1 M ksilīta šķīdumā pirms dehidratācijas, būtiski uzlabo šūnu dzīvotspēju pēc dehidratācijas, kā arī izmaina šūnu virsmu – tā kļūst izteikti gludāka. Iespējams, ka šīs šūnu sieniņas izmaiņas ir iemesls šādi apstrādātu šūnu samazinātajai hroma sorbcijas spējai. Tajā pašā laikā ir secināts, ka aerobi un anaerobi kultivētu S. cerevisiae 14 un S. cerevisiae 77 biomasu var izmantot kā efektīvu biosorbentu biotehnoloģiskiem nolūkiem. Eksperimentos noskaidrots, ka limitēta skābekļa apstākļos kultivēta rauga S. cerevisiae 77 šūnu biomasa labāk ražo etanolu salīdzinājumā ar S. cerevisiae 14 šūnu biomasu. Siltumšoka ietekmes pētījumu rezultātā ir izteikta hipotēze, ka pret dehidratāciju izturīgo celmu gadījumā, šūnu „papildrezistence” var būt saistīta ar siltumšoka proteīn Hsp70 sintēzi un aizsargiedarbību.

The task of this thesis was to compare the drying process of yeast grown under aerobic and anaerobic conditions and to determine the possible uses of yeast in certain biotechnological processes. The strains used in this work were Saccharomyces cerevisiae 14 un Saccharomyces cerevisiae 77. In this work there is information from literature about Saccharomyces cerevisiae, yeast cell structure and metabolism, uses of yeast in biotechnological processes (chromium sorption, ethanol fermentation), anabiosis and yeast cell survival improvement opportunities after dehydration (incubation in solutions with high osmotic pressure, heat shock). During the work were mastered essential experimental methods: maintenance of yeast strain S.cerevisiae 14, preparation of inoculum and biomass, yeast cells incubation in different solutions before dehydration, cell moisture determination, determination of cell survival after fast rehydration, yeast drying dynamics experiments, yeast cell treatment with heat shock, chromium sorption and ethanol fermentation experiments, high-resolution liquid chromatography, atomic force microscopy. The results show that dehydration dynamic of each strain can vary. Yeast S.cerevisiae 14 biomass grown under limited oxygen conditions loses water faster than grown under aerobic conditions. Drying dynamics of S.cerevisiae 77 were opposite. Using atomic force microscope results show that cell resistance to dehydration is closely related with cell’s surface and form. It was determined that cells incubated in 1 M xylitol solution before dehydration improves cell viability after dehydration and alters the cell’s surface – it becomes smoother. It is possible that these changes in cell’s surface, is the cause of reduced chorium sorption capacity with xylitol treated biomass. At the same time it is concluded that yeast S.cerevisiae 14 and S.cerevisiae 77 biomass grown under aerobic and anaerobic conditions, can be used as an effective bioserbent for biotechnological processes. Experiments showed that S.cerevisiae 77 biomass cultivated under limited oxygen conditions produces more ethanol in comparison with S.cerevisiae 14. Heat shock experiments led to hypothesis that dehydration-resistant yeast strain “extra resistance” may associated with heat shock Hsp70 protein synthesis and it’s protective effect.
Some biotechnological applications of anaerobically grown yeast considering effects of yeast dehydrating
Keywords: Bioloģija; Saccharmomyces cerevisiae; dehidratācija-rehidratācija; hroma sorbcija; etanola fermentācija; polioli