Characterization of non-Saccharomyces wine yeasts during desiccation stress imposition

Abstract

L’objectiu principal d’aquest estudi és la caracterització fisiològica de llevats vínics no-Saccharomyces sota l’estrès de deshidratació. Actualment, els Llevats Vínics Secs Actius (LVSA) són extensament usat per la producció de vi, degut a la seva estabilitat genètica a temperatura ambient, reduint costos de transport i emmagatzematge. A més, els llevats no-Saccharomyces cada cop són més estudiats degut al seu potencial per a la producció de vi, tant en combinació amb Saccharomyces cerevisiae, com no. Vam desenvolupar protocols per obtenir LVSA de Starmerella bacillaris i Schizosaccharomyces pombe, incrementant de forma significativa la viabilitat assecant les cèl·lules en presència de trehalosa i rehidratant amb rafinosa/galactosa o magnesi, respectivament. Observant l’efecte del magnesi en Schiz. pombe després de l’assecatge, vam realitzar una caracterització metabolòmica de Schiz. pombe, observant que l’acumulació del metabòlit 5’-metiltioadenosina durant la rehidratació amb magnesi participava en l’increment de la tolerància al assecat de Schiz. pombe i prevenia la toxicitat produïda per la síntesi de poliamines. Tanmateix, la tolerància a la deshidratació causada per l’ió magnesi en Schiz. pombe no és un fenotip resultant d’una via metabòlica concreta. També vam avaluar l’efecte de la suplementació amb magnesi en fermentacions tradicionals i en fermentacions amb una reduïda concentració de sucres constant. Tot i que no s’observava cap efecte del magnesi en el desenvolupament de les fermentacions, el manteniment dels sucres constant al llarg de les fermentacions va permetre la reducció dràstica dels nivells residuals d’àcid acètic mantenint nivells de glicerol relativament elevats.

El objetivo principal de este estudio es la caracterización fisiológica de levaduras vínicas no-Saccharomyces sometidas al estrés de secado. Actualmente, las Levaduras Vínicas Secas Activas (LVSA) son extensamente usadas para la producción de vino, debido a su estabilidad genética a temperatura ambiente, reduciendo costes de transporte y almacenaje. Además, las levadura no-Saccharomyces cada vez son más estudiadas debido a su potencial para la producción de vino, tanto en combinación con Saccharomyces cerevisiae, como no. Desarrollamos protocolos para obtener LVSA de Starmerella bacillaris y Schizosaccharomyces pombe, aumentando de forma significativa la viabilidad secando las células en presencia de trehalosa y rehidratando con rafinosa/galactosa o magnesio, respectivamente. Observando el efecto del magnesio en Schiz. pombe después del secado, realizamos una caracterización metabolómica de Schiz. pombe, observando que la acumulación de 5’-metiltioadenosina durante la rehidratación con magnesio participaba en el incremento de la tolerancia al secado de Schiz. pombe y prevenía a la toxicidad producida por la síntesis de poliaminas. Sin embargo, la tolerancia a la deshidratación causada por el ión magnesio en Schiz. pombe no es un fenotipo resultante de una ruta metabólica concreta. También se evaluó el efecto del magnesio durante fermentaciones tradicionales y en fermentaciones con reducida concentración de azúcares constante. A pesar de que los resultados no mostraron ningún efecto del magnesio en el desarrollo de las fermentaciones, el mantenimiento de los azúcares constantes a lo largo de las fermentaciones permitió la reducción drástica de los niveles residuales de ácido acético manteniendo niveles de glicerol relativamente elevados.

The main target of this study has been the physiological characterization of non-Saccharomyces wine yeasts under desiccation stress imposition. Nowadays, active dry wine yeasts (ADWY) are the most widely used in winemaking due to its genetic stability at room temperature, reducing transport and storage costs. In addition, non-Saccharomyces wine yeasts are being increasingly investigated with regards to their grape winemaking potential either in combination with the typical production yeast, Saccharomyces cerevisiae, or in monoseptic fermentations. We developed ADWY protocols for Starmerella bacillaris and Schizosaccharomyces pombe strains, resulting in a significant enhancement of viability when cells are dried in the presence of trehalose, followed by rehydration with raffinose/galactose or magnesium, respectively. Since magnesium rehydration increases the Schiz. pombe viability after a desiccation stress, we performed a metabolomics characterization in Schiz. pombe, observing that 5’-methylthioadenosine metabolite accumulation by magnesium rehydration participates in the enhancement of Schiz. pombe desiccation stress tolerance and prevents the toxicity produced by polyamines synthase in cells restarting growth. However, the dehydration stress tolerance driven by the ion magnesium in Schiz. pombe is not a phenotype resulting from an individual metabolic pathway. We also investigated the effect of magnesium supplementation in traditional and in fed-batch fermentations. Although our results did not show that magnesium have any effect of the Schiz. pombe fermentation performance, the application of the fed-batch techniques allows a drastically reduction of the residual acetic acid levels maintaining relatively high levels of glycerol.