Expresión del gen ATF1 en Saccharomyces cerevisiae BY4741 y evaluación de su efecto en el contenido de ésteres producidos en la fermentación alcohólica

Abstract

During fermentation the yeast Saccharomyces cerevisiae produces a broad range of aroma-active substances, among which, esters are responsible for the desired fruity aroma character of fermented beverages. The alcohol acetyl transferases I and II, encoded by the genes ATF1 and ATF2, catalyze the synthesis of acetate esters. The aim of this work was to increase the acetate esters production by manipuling the ATF1 gene expression in the S. cerevisiae BY4741 yeast strain. The ATF1 expression level was enhanced by increasing the number of copies of the ATF1 gene in the genomic DNA and inserting an extra copy of the so-called low-oxygen response element (LORE) in tandem position at ATF1 promoter. Through alcoholic fermentation, yeast strains overexpressing ATF1 produced more esters than wild-type cells. In the same way, fermentative capability was tested including ethanol production yield, specific growth rate and maximum glucose consumption rate. Finally, content of major group of compounds that contribute with organoleptic quality of beverages was measured by GC-FID. In the fermentation medium obtained from transformed strains, the alcohol (2-butanol and isobutyl alcohol) content and other compounds with 15.1 and 15.7 min retention times was superior compared to medium obtained from parental strain. In conclusion, this study demonstrated that the tandem repeat of the LORE in the (+)-orientation at ATF1 promoter and the integration of the ATF1 gene into the rDNA locus of S. cerevisiae, increased the production of esters and major compounds during alcoholic fermentation.

Saccharomyces cerevisiae produce durante el proceso fermentativo, una amplia gama de compuestos aromáticos y saborizantes, entre los cuales, los ésteres son los responsables de carácter frutal en las bebidas fermentadas. Las alcohol acetil-transferasas codificadas por los genes ATF1 y ATF2, catalizan la síntesis de ésteres de acetato. El objetivo de este trabajo consistió en incrementar la producción de ésteres de acetato mediante la modificación de la expresión del gen ATF1 en la cepa de S. cerevisiae BY4741. El incremento en la expresión se consiguió aumentando el número de copias del gen ATF1 en el genoma de la levadura e insertando una copia adicional en tándem del elemento cis de activación transcripcional (LORE) en el promotor del gen ATF1. Con las cepas recombinantes se realizaron fermentaciones y se determinó que la concentración de los ésteres en los medios de fermentación fue significativamente mayor en comparación con su fondo genético. De la misma forma, los parámetros fermentativos evaluados fueron: rendimiento en la producción de etanol, velocidad específica de crecimiento y velocidad máxima de consumo de glucosa. Por último, mediante cromatografía de gases, se determinó la variación en la concentración de los compuestos producidos en la fermentación alcohólica, utilizando las clonas recombinantes obtenidas, encontrando diferencias significativas en la concentración de 2-butanol, isobutanol y los analitos con un tiempo de retención de 15.1 y 15.7 min. Se concluye que la duplicación del elemento LORE en el promotor del gen ATF1 y la fusión génica ATF1-18S provocaron una modificación metabólica que aumentó el contenido de ésteres y compuestos mayoritarios producidos en la fermentación alcohólica.