Análise fisiológica e transcriptômica de Saccharomyces cerevisiae em resposta celular à composição mineral da cana-de-açúcar

FACEPENeste trabalho analisamos o efeito da composição mineral do caldo de cana sobre a biologia da levedura Saccharomyces cerevisiae relacionado com os principais aspectos metabólicos da produção de etanol combustível. No primeiro capítulo avaliamos a composição mineral global de diferentes amostras de caldo de cana fornecidos por diferentes fornecedores de cana e destilarias da região Nordeste do Brasil. Os efeitos desses minerais em conjunto e individualmente foram analisados em ensaios fermentativos que revelaram a ação indutora do magnésio e a ação inibidora do cobre sobre a fisiologia da levedura. Os dados indicaram a reversão do efeito do cobre pela presença de magnésio nas amostras industriais. Como aplicação, propusemos a adição pelas destilarias de magnésio na concentração de 600 mg L⁻¹ durante a fermentação industrial. No segundo capítulo determinamos o efeito positivo do magnésio sobre os aspectos fisiológicos, como o aumento na produção de etanol e na resistência a diferentes formas de estresse do processo industrial, e sobre a expressão gênica com elevação na expressão dos genes relacionados com o metabolismo energético e de carboidratos, e de resposta a estresse. Além disso, comprovamos a supressão sobre o efeito tóxico do cobre. No terceiro capítulo analisamos o efeito tóxico do cobre sobre a fisiologia da levedura, como a diminuição da taxa de crescimento celular e produção de etanol. O padrão de expressão gênica mostrou que o cobre causa danos na estrutura do DNA. Os mecanismos de proteção da célula envolvem basicamente a inibição da síntese proteica para restauração da integridade do material genético.In this work, we analyze the effect of the mineral composition of the sugarcane juice on the biology of the yeast Saccharomyces cerevisiae related to the main metabolic aspects of the ethanol fuel production. In the first chapter we evaluated the global mineral composition of different sugarcane juice samples supplied by different sugarcane suppliers and distillery in the Northeast region of Brazil. The effects of these minerals together and individually were analyzed in fermentative trials that revealed the action of magnesium and the inhibitory action of copper on the physiology of yeast. The data indicated the reversion of the effect of copper by the presence of magnesium in industrial samples. As an application, we proposed the addition of 600 mg L⁻¹ magnesium distillates during industrial fermentation. In the second chapter we determined the positive effect of magnesium on the physiological aspects, such as the increase in ethanol production and the resistance to different forms of industrial process stress, and on the gene expression with elevation in the expression of genes related to energy metabolism and carbohydrates, and stress response. In addition, we have proven suppression of the toxic effect of copper. In the third chapter we analyze the toxic effect of copper on the physiology of yeast, such as the decrease in cell growth rate and ethanol production. The gene expression pattern showed that copper causes damage to the DNA structure. Cell protection mechanisms basically involve the inhibition of protein synthesis to restore the integrity of the genetic material