Fermentación de xilosa de una cepa de Saccharomyces cerevisiae mejorada a través de ingeniería evolutiva

Xylose fermentation of a Saccharomyces cerevisiae strain improved through evolutionary engineering

La ingeniería evolutiva busca el mejoramiento de microorganismos con aplicaciones industriales con el uso de técnicas que aceleran su adaptación a condiciones específicas. Saccharomyces cerevisiae tiene una capacidad biotecnológica superior; sin embargo, no es capaz de asimilar eficientemente pentosas provenientes de la biomasa lignocelulósica. En este trabajo, se aplicaron por separado tres metodologías de ingeniería evolutiva: Evolución Adaptativa en Laboratorio (EAL), mutagénesis y genome shuffling, en la cepa S. cerevisiae TMB3001. El consumo de xilosa de las cepas obtenidas fue muy superior al de la cepa parental TMB3001 (75% vs 5%) en condiciones aerobias y como única fuente de carbono. Cuando se evaluaron diferentes relaciones de xilosa y glucosa en condiciones anaerobias, se observó mayor crecimiento y consumo de los sustratos. El mayor rendimiento de biomasa se observó en la cepa A-300 (0,38 g/g) en una relación 75/25 de xilosa/glucosa. Todas las cepas mejoradas tuvieron un comportamiento fermentativo en glucosa que alcanzó rendimientos de etanol entre el 42 y 46%. En presencia de xilosa, los mayores rendimientos se alcanzaron en la relación 75/25 por las cepas A-300 y H-12 (38 y 40%, respectivamente). La combinación de técnicas de ingeniería evolutiva permitió la obtención de una levadura consumidora de xilosa con un fenotipo fermentativo muy prometedor para el aprovechamiento de la biomasa lignocelulósica.

Evolutionary engineering seeks the improvement of microorganisms with industrial applications, with the use of techniques that accelerate their adaptation to specific conditions. Saccharomyces cerevisiae has superior biotechnological capacity; however, it is not able to efficiently assimilate pentoses from lignocellulosic biomass. In this work, three evolutionary engineering methodologies were applied separately: adaptative laboratory evolution (ALE), mutagenesis, and genome shuffling, in the strain S. cerevisiae TMB3001. The xylose consumption of the improved strains was much higher than that of the parental strain TMB3001 (75% vs 5%) under aerobic conditions and xylose as only carbon source. When different ratios of xylose and glucose were evaluated under microaerophilic conditions, higher growth and consumption of substrates was observed. The highest biomass yield was observed in strain A-300 (0.38 g/g) with a ratio xylose/glucose of 75/25. All the improved strains had a fermentative behavior in glucose that reached ethanol yields between 42 and 46%. In presence of xylose, the highest yields were reached in 75/25 ratio by A-300 and H-12 strains (38 and 40%, respectively). The combination of techniques that increase genetic diversity and sequential adaptation in the laboratory allowed obtaining a xylose-consuming yeast with a very promising fermentative phenotype for the use of lignocellulosic biomass.