Proyecto en ejecución (Programación 2003-2005)

Aprovechamiento biotecnológico de las interacciones entre levaduras y su hábitat: estudio de proteínas y actividades enzimáticas asociadas

 

Director: Ing. María Eugenia Toro

Co-director: Dr. Fabio Vazquez

 

 

Participantes

Gouiric, Silvia Cristina

Vallejo Herrera, Martha Dina

Suero, Eduardo Armando

Sánchez de Ríos, Fanny Dolores

Nally, María Cristina*

Maturano, Y. Paola*

*Alumnas de la Licenciatura en Ciencias Biológicas de la UNSJ.

 

Objetivo General

Estudiar actividades enzimáticas y fenómenos antagónicos asociados a proteínas en levaduras de interés biotecnológico.

 

Resumen

Diversos tipos de actividades enzimáticas pueden mejorar tanto el proceso de elaboración como la calidad del vino. Las pectinasas pueden incrementar la extracción de jugo de las uvas y mejorar la clarificación del vino facilitando la filtración. La formación de turbidez al finalizar la fermentación es debida, básicamente, a la presencia de proteínas y este efecto indeseable puede ser disminuido mediante el uso de proteasas. El aroma y el sabor del producto pueden ser potenciados mediante el uso de glicosidasas capaces de hidrolizar los precursores glicosídicos no volátiles del jugo de uva. Para llevar a cabo este tipo de reacciones normalmente se emplean preparaciones comerciales de las diferentes enzimas. Una alternativa a esta propuesta es la implementación de cultivos mixtos con levaduras Saccharomyces y no-Saccharomyces en los cuales estas últimas aporten alguna de las actividades enzimáticas necesarias para el mejoramiento del proceso y/o la calidad final del producto. Otra aplicación de sustancias proteicas producidas por levaduras es el denominado efecto killer. Las levaduras killer son capaces de secretar toxinas proteicas que eliminan a cepas con receptores específicos para estas (cepas sensibles). También existen cepas neutras, que no emiten toxina ni son afectadas por ella. Se han propuesto varias aplicaciones para las levaduras killer y sus proteínas tóxicas. En las industrias de la fermentación el carácter killer ha sido empleado para combatir levaduras salvajes del género Saccharomyces. Su uso como preservante de alimentos contra levaduras contaminantes ha sido propuesto en distintos procesos que involucran a la industria alimenticia. Dentro del campo médico, el carácter killer ha sido utilizado para tipificar cepas patógenas y las toxinas proteicas de distintas levaduras han sido propuestas como agentes antimicóticos. En la industria enológica, las levaduras killer pertenecientes a Saccharomyces cerevisiae, se emplean normalmente para iniciar la fermentación y mejorar el proceso y la calidad del producto. Existen límites para el accionar de este tipo de levaduras. Uno de los factores que se considera limitante de la efectividad de la toxina es el pH del medio. Este puede afectar además la tasa de crecimiento de las cepas killer en relación a las sensibles. Otro de los factores que acota el accionar de las cepas killer de S. cerevisiae tiene que ver con el limitado espectro antagónico de su toxina, el cual es generalmente restringido a cepas sensibles del mismo género, por lo que no afecta a otros géneros de cepas salvajes y potencialmente contaminantes como Hanseniaspora/Kloeckera, Pichia o Saccharomycodes. El control de la multiplicación de este tipo de levaduras en un ámbito no-estéril como el mosto de uva es llevado a cabo, generalmente, mediante el uso de SO2. Varias instituciones como la Organización Mundial de la Salud y la Comunidad Económica Europea han destacado la necesidad de reducir el uso de este agente antimicrobiano en alimentos debido a su toxicidad. El uso de levaduras killer y sus toxinas para evitar contaminaciones en el estado inicial de la fermentación enológica y durante su transcurso, debe ser estimulado en función de reducir el uso de SO2 como anticontaminante. Se propone además, la combinación de modelado y simulación que permitirá comprender de un modo significativo las complejas interrelaciones que puedan estar involucradas en el proceso fermentativo y proponer explicaciones para los fenómenos que se observan. El Objetivo General del proyecto es estudiar actividades enzimáticas y fenómenos antagónicos asociados a proteínas en levaduras de interés biotecnológico. Los Objetivos Específicos que se desprenden del general, comprenden a) Aislamiento de levaduras de ambientes vitivinícolas y naturales. Determinación taxonómica de las cepas aisladas. b) Detección de actividades enzimáticas en las cepas de levadura aisladas y en las cepas del Cepario del IBT. c) Determinación de las actividades pectinolítica, amilolítica, proteolítica y xilanolítica en las cepas en que se haya detectado dicha actividad. d) Detección de fenotipo killer, sensible o neutro en cepas de los diferentes géneros identificados. e) Caracterización enológica de levaduras. f) Caracterización fermentativa de cepas con carácter killer: Determinación de la estabilidad de la toxina. g) Evaluación de la actividad killer en cultivos mixtos killer-sensibles y killer-neutros. h) Evaluación del comportamiento de las cepas con actividad enzimática en condiciones enológicas usando cultivos puros y mixtos. i) Modelado y simulación para comprender de un modo significativo las complejas interrelaciones que puedan estar involucradas en los procesos, tanto de evaluación de actividad killer como de actividad enzimática. Si bien existen trabajos previos sobre el uso de cultivos mixtos controlados en enología, y por otro lado se han caracterizado enzimas útiles a esta industria provenientes de levaduras, prácticamente no existen antecedentes que hagan confluir ambos aspectos en beneficio del proceso de vinificación. Respecto de la interacción de levaduras mediada por toxinas existe una carencia similar, en especial a lo que hace a la interacción de levaduras del género Saccharomyces y no-Saccharomyces. A partir de la aplicación del Plan de Trabajo propuesto se espera contar con levaduras cuyas proteínas, ya sea de actividad enzimática o tóxica, permitan mejorar aspectos del proceso de fermentación enológica y la calidad final del producto empleándolas en cultivos puros o mixtos.

 

Servicios que puede ofrecer al medio el grupo de trabajo

 

A los productores vitivinícolas

Para la mejora y estandarización de las características de sus vinos, se ofrece:

 

El aislamiento de levaduras

La caracterización de levaduras

 

Se hace notar que dicha caracterización enriquece notablemente la marcación DOC asegurando al mismo tiempo la personalidad distintiva de sabores y aromas y el control del proceso de vinificación.

 

La caracterización y selección de las cepas se realiza sobre la base de las siguientes aptitudes enológicas:

 

*   Rápido inicio de la fermentación posteriormente a la inoculación

*   Comportamiento fermentativo uniforme

*   Eficiente conversión del azúcar del mosto de uva en etanol

*   Habilidad para fermentar a bajas temperaturas

*   Producción de glicerol

*   Baja producción de acidez volátil

*   Posesión del factor killer (incluyendo ensayos sobre estabilidad de la toxina y posibilidad de predominio de la cepa sobre distintas levaduras)

*   Capacidad de flocular al final de la fermentación

*   Posibilidad de comenzar la fermentación con concentraciones altas de etanol

*   Resistencia al anhídrido sulfuroso

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