Estudio de la resistencia a compuestos tóxicos para la producción de bioetanol lignocelulósico en levaduras Kluyveromyces con remodelación de la cadena acil lipídica de membranas

Abstract

Due to the current demand for alternative fuels, the research and use of bioethanol as fuel has intensified. Bioethanol can be produced from lignocellulose as a raw material since this material is abundant, economical and has large amounts of fermentable sugars. However, during their production the yeasts face a variety of changes in the environment, such accumulation of ethanol and toxic compounds, mainly acetic acid and furfural, generating stress. This stress has been shown to favor the production of reactive oxygen species (ROS) and when their production prevails over the cellular defense system, oxidative stress is generated, which also can result in damage to nucleic acids, proteins and lipids, affecting the fermentation process. Several authors have suggested a relationship between the fatty acid composition of phospholipid membranes and tolerance to some types of stress. Therefore, it was of interest to study the relationship between resistance to toxic compounds generated during bioethanol production and the degree of unsaturation of the fatty acids of the yeast membranes of Kluyveromyces, through oxidative stress biomarkers. In the present work the resistance of the yeasts K. marxianus OFF1 and SLP1 against the acetic acid, ethanol and furfural was determined throw viability assays. Viability in both yeasts was improved with the addition of oleic, linoleic, linolenic and arachidic fatty acids in separate way at the inhibitory concentration 50 (IC50) of ethanol and furfural for each yeast. The rate of lipoperoxidation, a negative effect of oxidative stress, was reduced in by the addition of the fatty acids mentioned above. Levels of ROS were reduced by the addition of oleic and arachidic fatty acids.

Debido a la demanda actual de combustibles alternos, se ha intensificado la investigación y el uso de bioetanol como combustible. El bioetanol se puede producir a partir de lignocelulosa como materia prima ya que este material es abundante, económico y posee grandes cantidades de azúcares fermentables. Sin embargo, durante su producción las levaduras enfrentan una variedad de cambios en el ambiente, como son la acumulación de etanol y compuestos tóxicos, principalmente el ácido acético y el furfural. Se ha demostrado que estos compuestos favorecen la producción de especies reactivas de oxígeno (ERO) y cuando su producción prevalece sobre el sistema celular de defensa, se genera estrés oxidante que, a su vez, puede causar daño a ácidos nucleicos, proteínas y lípidos, afectando la fermentación. Algunos autores han sugerido una relación entre la composición de ácidos grasos en los fosfolípidos de las membranas y la tolerancia a algunos tipos de estrés. Por lo tanto, fue de interés estudiar la relación entre la resistencia a compuestos tóxicos generados durante la producción de bioetanol lignocelulósico y el grado de insaturación de los ácidos grasos de las membranas de la levadura Kluyveromyces, a través de biomarcadores de estrés oxidante. En el presente trabajo se determinó la resistencia de las levaduras K. marxianus OFF1 y SLP1 al ácido acético, el etanol y el furfural a través de ensayos de viabilidad. La viabilidad en ambas levaduras se mejoró al adicionar de forma independiente los ácidos grasos oleico, linoleico, linolénico y araquídico y utilizando la concentración inhibidora 50 (IC50) de etanol y furfural para cada levadura. Los niveles de lipoperoxidación, un efecto negativo del estrés oxidante, se redujo mediante la adición de los ácidos grasos mencionados anteriormente. Los niveles de ERO se redujeron mediante la adición de ácidos grasos oleico y araquídico.