Proteomic and metabolomic study of wine yeasts in free and immobilized formats, subjected to different stress conditions
Moreno-García, Jaime
The aroma of wine is the first sensory perception that
affects its quality. The knowledge acquired to date ensures
that the unique aroma of a specific wine is the result of the
sensation that in our sense of smell cause the molecules of
more than 800 volatile compounds present in the
hydroalcoholic solution that is the wine.These compounds
come from the grapes, the prefermentative treatments, the
alcoholic fermentation and the aging or preservation of the
wine. It is a proven fact that fermentative yeasts exert an
important influence on the aroma of wine, because they
excrete odorant molecules to the medium which are products
of their metabolism.
Winemaking is a highly-skilled biotechnological
process where a large number of commercial strains of
Saccharomyces and non-Saccharomyces yeasts have been
selected for their ethanol and/or flavour compounds
production and comerciallized. During winemaking, yeast
cells undergo different stress conditions, including high
osmotic pressure induced by sugar content, increased
concentration of ethanol, reactive oxygen species (ROS)
derived from oxygen metabolism and high temperature.
Yeasts cope with these conditions by adapting their response
of their biological information system (genometranscriptome-
proteome-metabolome) in order to prevent
induced cell dysfunctions and to acquire stress tolerances. On
the other hand, it has been verified that the immobilized yeasts
present better behavior than the free yeasts against certain
stress conditions. An example is the formation of flor velum
biofilm by some strains of Saccharomyces cerevisiae to
tolerate elevated contents in ethanol.
The response of yeast S. cerevisiae to stress conditions
has been studied fundamentally from the genomics and
transcriptomics point of view. Studies on the production of
ethanol and volatile compounds related to aroma and sensorial
quality of wine are also numerous. However, the proteome of yeasts under different stress conditions and their relationship
with volatile metabolites excreted in the medium is a line of
research little explored until the present moment.
The wine industry needs yeasts that are better adapted
to grow under different stress conditions because of its interest
in the elaboration of new types of wine according to the
consumer preferences. Elucidating the proteomic response of
yeasts to different stress conditions and knowing how this
response affects the aroma-related metabolites are highly
important for the selection and genetic improvement of yeast
strains used in the alcoholic fermentation industries in general
and wine in particular.; El aroma del vino es la primera percepción sensorial
que afecta a su calidad. Los conocimientos adquiridos hasta la
fecha permiten asegurar que el aroma único de un vino es el
resultado de la sensación que provocan en nuestro sentido del
olfato las moléculas de más de 800 compuestos volátiles
presentes en la disolución hidroalcohólica que es el vino.
Estos compuestos proceden de la uva, de los tratamientos
prefermentativos, de la fermentación alcohólica y de la
crianza o conservación del vino. Es un hecho contrastado que
las levaduras fermentativas ejercen una importante influencia
sobre el aroma del vino, debido a que excretan al medio
moléculas odorantes procedentes de su metabolismo.
La elaboración de vino es un proceso biotecnológico
altamente tecnificado para el que actualmente existe en el
mercado un amplio número de cepas comerciales de levaduras
Saccharomyces y no-Saccharomyces, que han sido
seleccionadas por su producción de etanol y/o aromas.
Durante la elaboración del vino, las células de levadura se
someten a diferentes condiciones de estrés, incluyendo la alta
presión osmótica inducida por el contenido de azúcar, el
aumento de la concentración de etanol, las especies reactivas
de oxígeno (ROS) derivadas del metabolismo del oxígeno y
la elevada temperatura. Las levaduras hacen frente a estas
condiciones adaptando la respuesta de su sistema de
información biológica (genoma-transcriptoma-proteomametaboloma)
con objeto prevenir las disfunciones celulares
inducidas y para adquirir tolerancias de estrés. Por otro lado
se ha comprobado que las levaduras inmovilizadas presentan
un mejor comportamiento que las levaduras libres frente a
determinadas situaciones de estrés, siendo la formacion de
velo de flor por algunas cepas de Saccharomyces cerevisiae
un ejemplo de tolerancia a elevados contenidos en etanol.
La respuesta de las levaduras S. cerevisiae a
condiciones de estrés se ha estudiado fundamentalmente
desde el punto de vista de la genómica y de la transcriptómica.
También son numerosos los estudios sobre la producción de etanol y compuestos volátiles relacionados con el aroma y la
calidad sensorial del vino. Sin embargo el proteoma de las
levaduras en diferentes condiciones de estrés y su relación con
los metabolitos volátiles excretados al medio es una línea de
investigación poco explorada hasta el momento actual.
La industria vitivinícola necesita levaduras mejor
adaptadas para crecer en diferentes condiciones de estrés por
el interés en la elaboración de nuevos tipos de vino según la
demanda real de los consumidores. Elucidar la respuesta
proteómica de las levaduras a diferentes condiciones de estrés
y como incide esta respuesta sobre los metabolitos volatiles
relacionados con el aroma es de suma importancia para la
selección y para la mejora genética de las cepas levaduras
utilizadas en las industrias de las fermentaciones alcohólicas
en general y del vino en particular.
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