Estrés oxidativo en la producción de levaduras vínicas; implicación del gen trx2

Resumen

En la presente tesis se ha analizado de forma detallada la respuesta a estrés oxidativo a lo largo del proceso de propagación de biomasa de levaduras vínicas con la intención de obtener información útil que permita comprender adecuadamente su complejidad. Para ello se han analizado diversos parámetros bioquímicos y se ha realizado un análisis transcriptómico y proteómico completo del proceso. Todo ello ha permitido establecer la existencia de puntos críticos susceptibles de mejora tecnológica y disponer de nuevas dianas de modificación genética con interés biotecnológico. La sobreexpresión del gen TRX2 ha permitido una mejora significativa de las propiedades fisiológicas de la biomasa producida, lo cual posee un enorme potencial industrial. Además en este trabajo se ha conseguido proponer una explicación para el fenotipo de mejora de capacidad fermentativa observado en la cepa TTRX2, basada en el análisis exhaustivo de los efectos de dicha sobreexpresión en las dos etapas principales de regulación de la expresión génica, la transcripción y la traducción, y en el estudio bioquímico y fisiológico de los mismos. El análisis de la expresión de genes marcadores de estrés oxidativo durante la producción industrial de levadura ha sugerido que el sistema de degensa antioxidante Tiorredoxina participa de forma más relevante que el sistema antioxidante Glutatión-Glutarredoxina en el proceso de producción de biomasa, especialmente durante la primera etapa de la producción o fase de batch. El análisis comparado de la expresión de dichos genes entre la cepa vínica comercial T73 y las cepas modificadas TTRX2 y trx2, sugiere la existencia de mecanismo de activación del factor transcripcional Yap1p diferentes a los anteriormente descritos. Mediante la sobreexpresión del gen TRX2 se ha conseguido aumentar el rendimiento en la producción de biomasa, disminuir la pérdida de capacidad fermentativa del producto final y mejorar la características organolépticas de los vinos producidos a partid de dicha biomasa. Además se ha observado que la cepa TTRX2 produce un efecto de sobreacumulación de glutatión como consecuencia del aumento de la expresión del gen GSH1, que combinado con una elevada disponibilidad de tiorredoxina intracelular provoca el incremento de la relación glutatión reducido/glutatión oxidado en condiciones de estrès respecto de la cepa control, aportando nuevas evidencias de la interconexión entre los sistemas antioxidantes tiorredoxina y glutatión -glutarredoxina en un mecanismo que todavía no ha sido descrito. Por otro lado se ha observado también que la cepa TTRX2 disminuye significativamente los daños provocados por la oxidación celular, tales como la peroxidación de lípidos y la carbonilación oxidativa de proteínas pertenecientes al metabolismo de carbohidratos y metabolismo mitocondrial. Además, produce un aumento de las actividades enzimáticas antioxidantes catalasa y superoxido dismutasa, así como de enzimas de fermentación que presentan un menor grado de carbonilación. Todo ello ha permitido relacionar una mejora de la respuesta a estrés oxidativo con la mejora de las propiedades fisiológicas de la biomasa producida.