Levedura turbo: altas velocidades glicolíticas apresentadas por Saccharomyces cerevisiae em sacarose

Resumo

A glicólise é uma via metabólica central em leveduras, de grande relevância para a produção de moléculas chamadas building blocks. Sua regulação tem sido tema de estudos científicos há décadas - entretanto estratégias de engenharia para aumentar o fluxo glicolítico ainda não levaram a resultados satisfatórios. Curiosamente, o fluxo glicolítico de linhagens nativas e industriais de Saccharomyces cerevisiae é maior quando o cultivo é realizado utilizando sacarose como fonte única de carbono e energia, em comparação com glicose. Apesar destas descobertas, o metabolismo da sacarose na levedura S. cerevisiae não está completamente elucidado e algumas questões, tais como "Por que a levedura S. cerevisiae é capaz de crescer com maior velocidade específica em sacarose do que em glicose?", aguardam respostas. O metabolismo da sacarose em S. cerevisiae é impulsionado pela enzima invertase, a qual catalisa a hidrólise desse dissacarídeo, liberando os monômeros glicose e frutose. O consumo de substratos em geral pela S. cerevisiae caracteriza-se pelo mecanismo de repressão por glicose, resultando em consumo preferencial da glicose, em detrimento dos demais carboidratos disponíveis no meio de cultura. Assim, em princípio, é esperado que o crescimento em glicose seja mais rápido do que o crescimento em sacarose. Curiosamente, esse não é o caso - estudos anteriores sobre a utilização de sacarose pela S. cerevisiae reportaram maior velocidade específica de crescimento dessa levedura em sacarose em comparação ao seu crescimento em glicose. O mecanismo preciso da regulação gênica envolvida no catabolismo da sacarose comparado ao da glicose em S. cerevisiae ainda não foi descrito, tampouco o perfil metabólico (ou seja, concentrações de metabólicos e fluxos). Neste projeto nós utilizaremos cultivos em biorreatores sob condições de aerobiose ou anaerobiose plena, e aplicaremos ferramentas atuais de biologia de sistemas: metabolômica, fluxômica e modelagem matemática para adquirir informações a cerca do metabolismo e da regulação celular. Este trabalho vislumbra revelar o metabolismo da sacarose por meio da biologia de sistemas, ou seja, nós estudaremos a fisiologia de diferentes linhagens de S. cerevisiae em sacarose e analisaremos as concentrações extra e intracelular de metabólitos para compreender e, eventualmente, modificar a glicólise em leveduras para obter maiores velocidades de consumo de glicose e, consequentemente, maiores velocidades específicas de crescimento.