Use of selected fluorescence techniques to study of yeasts and yeast metabolites

Cílem práce byla optimalizace metod pro studium kvasinek a jejich metabolitů s využitím průtokové cytometrie a fluorescenční mikroskopie. Červené kvasinky jsou charakteristické nadprodukcí karotenoidů a lipidů, které jsou využívané v potravinářském, farmaceutickém a krmivářském průmyslu. V současnosti se intenzivně zkoumají vhodné mikrobiologické alternativy pro produkci těchto látek. V této práci byly zkoumány vybrané kvasinkové rody: Rhodotorula, Sporobolomyces, Cystofilobasidium a kmen Phaffia rhodozyma. Kvasinky byly kultivovány na různých živných médiích, kde byla jako nutriční zdroj použita glukóza a dále také na vybraných odpadních materiálech glycerolu a syrovátce. U dvou kmenů Cystofilobasidium macerans a Rhodotorula mucilaginosa byly stanoveny růstové charakteristiky na syntetickém glukózovém produkčním médiu. Všechny studované kmeny byly schopny využívat použité odpadní substráty jako zdroj živin. U části kmenů byla pozorována zvýšená produkce karotenoidů, a v některých případech byla doprovázena i relativně vysokou produkcí lipidů. U klasické kultivace nejlepší produkční vlastnosti projevil kmen Rhodotorula glutinis v lipidovém a v glukózovém médiu s přídavkem vitaminů. Na glycerolu nejvíce karotenoidů a lipidických látek produkoval kmen Sporobolomyces shibatanus. Kmen Sporobolomyces roseus projevil nejlepší produkční vlastnosti na syrovátce, jako hlavním zdroji uhlíku. Z výsledků vyplývá, že využití syrovátky a glycerolu se jeví jako vhodná varianta možného zdroje uhlíku ke kultivaci karotenogenních kvasinek a produkci karotenoidů a vybraných lipidických látek jakožto produktů s vyšší přidanou hodnotou. Bude ale nutné dále optimalizovat živné médium na daných substrátech pro větší produkci vybraných metabolitů. Fluorescenční mikroskopie a průtokový cytometrie se ukázaly jako vhodné varianty pro stanovení obsahu sledovaných metabolitů v buňkách, jejich množství a viability.The scope of thesis was the optimization of methods for the study of yeast and their metabolites using flow cytometry and fluorescence microscopy. Red yeasts are characterized by overproduction of carotenoids and lipids, which are used in food, pharmaceutical and feed industries. Currently, intensive research is being carried on to find appropriate microbiological alternatives for synthesis of these substances. Present thesis is focused on selected yeast genera: Rhodotorula, Sporobolomyces, Cystofilobasidium and strain Phaffia rhodozyma. Yeasts were cultivated on different nutrient media, in which glucose was used as a nutritional source, and also on glycerol and whey as waste material. In two strains - Cystofilobasidium macerans and Rhodotorula mucilaginosa growth characteristics were determined on a synthetic glucose production medium. All studied strains were able to use waste substrates as a source of nutrients. Some of the strains displayed increased production of carotenoids, and, additionally, in some cases also relatively high production of lipids. In classical cultivation in lipid and glucose medium supplemented with vitamins the best production characteristics displayed Rhodotorula glutinisstrain. In glycerol medium the highest amount of carotenoids and lipidic substances produced Sporobolomyces shibatanus strain. Strain Sporobolomyces roseus showed the best production characteristics on whey as the main source of carbon. The results show use of whey and glycerol seems like appropriate option for potential carbon source to cultivate carotenogenic yeasts and production of carotenoids and selected lipidic substances as products with higher added value. Further optimization of nutrient medium on the given substrates is needed for higher production of selected metabolites. Fluorescence microscopy and flow cytometry have proved to be suitable options for determination of the observed metabolites in the cells, their amount and viability.