Influència de components de vins sobre el metabolisme d'Oenococcus oeni i sobre la seva dinàmica de poblacions a la fermentació malolàctica.

Abstract

INFLUÈNCIA DE COMPONENTS DELS VINS SOBRE EL METABOLISME D'Oenococcus oeni I SOBRE LA SEVA DINÀMICA DE POBLACIONS A LA FERMENTACIÓ MALOLÀCTICA<br/>La fermentació malolàctica (FML) del vi és el resultat del metabolisme d'algunes espècies de bacteris làctics que converteix l'àcid L-(-)-màlic en L-(+)-làctic i CO2. L'espècie Oenococcus oeni és la més tolerant a les condicions poc favorables del vi (deficiències nutritives, pH baix, etanol, àcids grassos dels llevats, SO2, etc.) i la que habitualment realitza la FML. A part de la disminució d'acidesa, la FML contribueix a l'estabilització microbiològica del vi i a millorar-ne les qualitats organolèptiques. <br/>Alguns paràmetres bioquímics indicadors de l'estat metabòlic cel·lular són l'activitat ATPasa, l'expressió de proteïnes d'estrès i d'exoproteases involucrades en l'obtenció de fonts de nitrogen. D'altra banda, algunes de les condicions desfavorables per al creixement bacterià poden influir sobre la dinàmica de poblacions de bacteris làctics durant la FML, tant a nivell d'espècie com de soca. <br/>Els estudis realitzats en aquesta tesi indiquen que l'activitat ATPasa de membrana, deguda principalment a una H+-ATPasa, es veu afectada per concentracions inhibidores de la viabilitat cel·lular d'etanol, SO2, coure i àcids grassos, per la qual cosa es pot establir una relació directa entre la inhibició del creixement d'O. oeni en condicions reals de vinificació i la inhibició de l'activitat ATPasa. Al seu torn, l'etanol no produeix un perfil de proteïnes de membrana excessivament diferent respecte al control, mentre que la incubació en condicions àcides o en presència de l'àcid gras C12 inhibeix, en general, l'expressió proteica.<br/>El coure i l'acidesa afavoreixen la sobreexpressió d'una proteïna de membrana, de 40 kDa, així com el SO2, la seqüència N-terminal de la qual correspon a la família de gliceraldehid-3-fosfatdeshidrogenases (GAPDH). El SO2 també inhibeix l'activitat GAPDH citoplasmàtica, i per tant, el mecanisme glucolític d'obtenció d'energia per part d'O. oeni.<br/>Mitjançant RT-PCR, s'ha comprovat que els nivells d'expressió gènica d'hsp18 (gen d'una proteïna d'estrès descrita en O. oeni) en resposta al xoc tèrmic són fins a cinquanta vegades superiors que en les condicions controls, mentre que en presència de concentracions de C12, coure o SO2 inhibidores del creixement, únicament s'observa una certa inducció en resposta al coure i en condicions de fase exponencial de creixement. <br/>Pel que fa a l'activitat exoproteasa, aquesta no és significativa en les condicions experimentals emprades i en les soques estudiades, excepte al final de la fase exponencial de creixement i en presència de dosis elevades d'etanol (14 %). En condicions de carència nutricional nitrogenada, s'ha observat una relació directa entre la biodisponibilitat de nitrogen &#945;-aminat i la taxa de creixement d'O. oeni.<br/>S'assajaren diferents condicions de microvinificació, amb tres soques diferents (CECT 4100, soca tipus; CR1, soca aïllada pel nostre grup de recerca, i Vitilactic, soca comercial). La soca tipus va mostrar menor capacitat d'adaptació, mentre que la soca aïllada s'implantà en la majoria de casos. Per a comprovar-ho, s'empraren tècniques de Biologia Molecular, com ara la PCR i la RAPD-PCR.<br/> En vinificacions amb concentracions moderades i elevades de SO2 i lisozim, s'observà un predomini de l'espècie O. oeni ja des de l'inici de la fermentació alcohòlica, i una evolució diferent de les poblacions en presència de lisozim. En tots els casos, una mateixa soca s'imposà durant la FML, i coincideix amb la que s'havia implantat en campanyes anteriors i aïllada pel nostre grup com a CR1.

INFLUENCE OF WINE COMPONENTS OVER THE METABOLISM OF Oenococcus oeni AND OVER THE POPULATION DYNAMICS DURING MALOLACTIC FERMENTATION<br/>Malolactic fermentation (MLF) in wine is carried out by certain lactic bacteria which decarboxylate L-malic acid to L-lactic and CO2. Oenococcus oeni is the most tolerant species under the unfavourable wine conditions (nutrients starvation, low pH, ethanol, fatty acids from yeasts, SO2, etc.) and the main responsible of driving the MLF. As a consequence of the MLF, the wine quality improves because the acidity decreases, the organoleptic characteristics are better and the microbiological stability of wine increases.<br/> Some biochemical parameters, indicators of metabolic cellular conditions, are the ATPase activity and the expression of stress proteins and exoproteases involved in the obtention of nitrogen. On the other hand, some unfavourable conditions for bacterial growth can modify the bacterial population dynamics during MLF by effects over species and strains of the same species.<br/> The studies performed in this work show that ATPase-membrane activity principally corresponds to an H+-ATPase, which is affected by cellular viability inhibitory concentrations of ethanol, SO2, copper and fatty acids. So, a direct relationship between growth inhibition of O. oeni in real cellar conditions and ATPase activity inhibition is stablished.<br/> The stress protein profile produced by ethanol is not significantly different from the control's one, whereas the incubation in acidic conditions or in the presence of C12 fatty acid inhibits the protein expression in general. Copper and low pH induce the overexpression of a proteinic band close to 40 kDa, as SO2 does, which N-terminal sequence shows a significant identity with the family of glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenases (GAPDH). In his turn, SO2 inhibits the cytoplasmatic GAPDH activity also.<br/> Using RT-PCR, it has been shown that gene expression levels of hsp18 (the gene of a heat-shock protein found in O. oeni) as a response to the heat shock are near fifty-fold greater than in normal conditions. On the other hand, in contact with inhibitory concentrations of C12, copper or SO2, it only appears weak induction as a response to copper.<br/> About the exoprotease activity, this one is not significative in the strains studied, except for final exponential growth phase in the presence of high ethanol levels (14 %). Under conditions of nitrogen starvation, it's observed a direct relationship between the bioavailability of &#945;-amino nitrogen and growth rate of O. oeni.<br/> Different microvinification conditions were assayed using three different strains (CECT 4100 as the type strain; CR1, an strain isolated by our research group, and Vitilactic, a commercial strain). The type strain showed fewer ability for adaptation, whereas the isolated strain was the responsible for performing the FML the most times. To demonstrate that, we used Molecular Biology techniques, like specific PCR and RAPD-PCR.<br/> In cellar vinifications with normal and high levels of SO2 and lysozyme, it was observed a dominance of O. oeni species from the beginning of the alcoholic fermentation, and a different evolution of the populations in the presence of lysozyme. In all the cases, it's the same strain which performs FML and it coincides with that one imposed in other campaigns and isolated by our group as CR1.