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dc.contributor.authorPrado, Cleiton Dias
dc.date.accessioned2023-04-10T11:49:43Z
dc.date.available2023-04-10T11:49:43Z
dc.date.issued2022-12-02
dc.identifier.citationPRADO, Cleiton Dias. Caracterização fisiológica e avaliação do transcriptoma de linhagens de Saccharomyces cerevisiae termotolerantes isoladas durante a produção industrial de etanol. 2022. Tese (Doutorado em Genética Evolutiva e Biologia Molecular) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17657.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17657
dc.description.abstractThe use of thermotolerant yeast strains can improve productivity in the ethanol production process, allowing fermentation to occur at temperatures above 40°C. This characteristic can benefit, for example, the production of bioethanol and allow simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of starch or lignocellulosic biomass. In addition, a thermotolerant strain can increase ethanol yield levels and also minimize the use of vat cooling systems and consequently reduce water use, contributing to cost reduction and also to the environment. The aim of this study was to identify and characterize the physiology of a new thermotolerant strain (LBGA-01) isolated from the ethanol production process capable of fermenting at 40°C and also to evaluate the transcriptome of this strain during fermentations carried out in chemostats. So that the strain could be characterized from the physiological and molecular point of view, growth experiments were carried out under laboratory conditions, such as growth tests in the presence of glucose (4 and 8%) and also in the presence of inhibitors (sucrose, ethanol, furfural, lactic acid, and acetic acid). The expression of genes involved in fermentation efficiency was analyzed by qPCR. To have a better understanding of yeast physiology, fermentations in chemostats were performed and the metabolites were analyzed by HPLC. Cells originating from the steady state of fermentations in chemostats had their RNA extracted for transcriptome analysis and subsequently, the bioinformatics analyzes were carried out in partnership with CBMEG/UNICAMP. To simulate real conditions of the industrial process, fermentations with cycles (4 cycles) of cells and acid treatment were also carried out at 30 and 40°C using wort (19 brix) as fermentation medium. The results presented in this study show that the LBGA-01 strain has a good cell growth rate at 30 and 40°C and is more resistant to high concentrations of sucrose (30%), furfural (0.9 mM), and ethanol (16 %) than the industrial strain CAT-1. Furthermore, this strain was able to alter the expression pattern of genes involved in sucrose assimilation (SUC2 and AGT1). Genes related to the production of proteins involved in the production of secondary fermentation products were also differentially regulated at 40°C, with reduced expression of genes involved in the formation of glycerol (GPD2), acetate (ALD6 and ALD4), and acetyl-coenzyme A synthetase 2 (ACS2). Fermentation tests in chemostats showed that LBGA-01 performed excellently at ethanol formation rates at 40°C (11.50 mmol/g/h). Furthermore, when compared to the industrial strains CAT-1 and PE-2, the LBGA-01 strain showed better ethanol yield at 40°C (0.478 g ethanol/g glucose). The transcriptome results showed that the thermotolerant strain LBGA-01 modulates the activation of genes by altering metabolic pathways during fermentation at high temperatures, increasing its resistance to high concentrations of ethanol, sugar, lactic acid, and acetic acid. The results showed that the LBGA-01 strain, when subjected to high temperatures, has a more intensified regulation of genes involved in cell wall integrity (SVS1; MCH5) and in lipid biosynthesis (ROX1; ERG3; ERG5; ERG10 and ERG13). In addition, it was also possible to observe the expression of genes related to fermentative capacity (TOS3) corroborating with previous results analyzed by q-PCR. The results indicate that this new strain isolated from ethanol production, has high robustness in the presence of inhibitors of the ethanol production process (sucrose, ethanol, and furfural), in addition to presenting good levels of ethanol yield and cell growth at the control temperature (30°C) and stress temperature (40°C), with interesting characteristics of gene expression, and also the transcription of genes involved with cell resistance to 40°C during fermentations in chemostats. When subjected to conditions simulating the industrial process, the LBGA-01 strain seems to adapt to the conditions of recycling and acid treatment, producing good levels of ethanol yield based on theory. Therefore, from a technological point of view, the LBGA-01 strain has the potential for scientific and industrial application and can be used to improve ethanol production in Brazil.eng
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectSaccharomyces cerevisiaepor
dc.subjectTermotolerantepor
dc.subjectEtanolpor
dc.subjectFermentaçãopor
dc.subjectTranscriptomapor
dc.subjectQuimiostatopor
dc.subjectGenespor
dc.titleCaracterização fisiológica e avaliação do transcriptoma de linhagens de Saccharomyces cerevisiae termotolerantes isoladas durante a produção industrial de etanolpor
dc.title.alternativePhysiological characterization and transcriptome evaluation of thermotolerant Saccharomyces cerevisiae strains isolated during industrial ethanol productioneng
dc.typeTesepor
dc.contributor.advisor1Cunha, Anderson Ferreira da
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0329741640375661por
dc.contributor.advisor-co1Basso, Thiago Olitta
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4283175516490450por
dc.description.resumoO uso de linhagens de leveduras termotolerantes pode melhorar a produtividade no processo da produção do etanol, permitindo que a fermentação ocorra a temperaturas superiores à 40°C. Essa característica pode beneficiar, por exemplo, a produção de bioetanol e permitir a sacarificação e fermentação simultâneas (SSF) de amido ou biomassa lignocelulósica. Além disso, uma cepa termotolerante pode elevar os níveis de rendimento em etanol e também minimizar o uso de sistemas de resfriamento das dornas e consequentemente diminuir o uso de água, contribuindo para a redução de custos e também para com o meio ambiente. O objetivo deste estudo foi identificar e caracterizar a fisiologia de uma nova cepa termotolerante (LBGA-01) isolada do processo de produção de etanol capaz de fermentar à 40°C, e também avaliar o transcriptoma desta cepa durante fermentações realizadas em quimiostatos. Para que a cepa pudesse ser caracterizada do ponto de vista fisiológico e molecular, foram realizados experimentos de crescimento em condições laboratoriais, como testes de crescimento na presença de glicose (4 e 8%) e também na presença de inibidores (sacarose, etanol, furfural, ácido lático e ácido acético). A expressão dos genes envolvidos com a eficiência fermentativa foi analisada por qPCR. Para ter um melhor entendimento da fisiologia da leveduras, fermentações em quimiostatos foram realizados e os metabólitos analisados por HPLC. As células oriundas do estado estacionário das fermentações em quimiostatos tiveram o seu RNA extraídos para a análise do transcriptoma e posteriormente as análises de bioinformática foram realizadas em parceria com o CBMEG/UNICAMP. Para simular condições reais do processo industrial, fermentações com reciclos (4 ciclos) de células e tratamento ácido também foram realizados a 30 e à 40°C utilizando mosto (19 brix) como meio fermentativo. Os resultados apresentados neste estudo mostram que a cepa LBGA-01 possui uma boa taxa de crescimento celular a 30 e 40°C e é mais resistente a altas concentrações de sacarose (30%), furfural (0,9 mM) e etanol (16%) do que a cepa industrial CAT-1. Além disso, esta cepa foi capaz de alterar o padrão de expressão de genes envolvidos na assimilação de sacarose (SUC2 e AGT1). Genes relacionados com a produção de proteínas envolvidas na produção de produtos secundários da fermentação também foram regulados diferencialmente a 40°C, com expressão reduzida de genes envolvidos na formação de glicerol (GPD2), acetato (ALD6 e ALD4) e acetil-coenzima A sintetase 2 (ACS2). Testes de fermentação em quimiostatos mostraram que o LBGA-01 teve excelente desempenho nas velocidades de formação de etanol em a 40°C (11.50 mmol/g/h). Além disso quando comparados com as cepas industriais CAT-1 e PE-2 a cepa LBGA-01 apresentou melhor rendimento em etanol à 40°C (0,478 g etanol/g glicose). Os resultados de transcriptoma mostraram que a cepa termotolerante LBGA-01 modula a ativação de genes alterando as vias metabólicas durante a fermentação em alta temperatura, aumentando sua resistência às altas concentrações de etanol, açúcar, ácido lático e ácido acético. Os resultados evidenciaram que a cepa LBGA-01 quando submetida a altas temperaturas possui uma regulação mais intensificada de genes envolvidos com a integridade da parede celular (SVS1; MCH5) e na biossíntese de lipídeos (ROX1; ERG3; ERG5; ERG10 e ERG13). Além disso foi possível também observar a expressão de genes relacionado com a capacidade fermentativa (TOS3) corroborando com resultados prévios analisados por q-PCR. Os resultados indicam que esta nova cepa isolada da produção de etanol, possui uma alta robustez na presença de inibidores do processo de produção de etanol (sacarose, etanol e furfural), além de apresentar bons níveis de rendimento em etanol e crescimento celular na temperatura controle (30°C) e na temperatura de estresse (40°C), com interessantes características de expressão gênica, e também, a transcrição de genes envolvidos com a resistência da célula à 40°C durante fermentações em quimostatos. Quando submetidas as condições simulando o processo industrial, a cepa LBGA-01 parece se adaptar as condições de reciclo e tratamento ácido, produzindo bons níveis de rendimento em etanol com base no teórico. Portanto, do ponto de vista tecnológico a cepa LBGA-01 tem potencial de aplicação científico e industrial e pode ser usada para melhorar produção de etanol no Brasil.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Genética Evolutiva e Biologia Molecular - PPGGEvpor
dc.subject.cnpqCIENCIAS BIOLOGICAS::BIOQUIMICA::BIOLOGIA MOLECULARpor
dc.description.sponsorshipId140046/2019-4por
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/7312478474540871por


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