Evolutionary engineering and molecular characterization of freeze-thaw resistant saccharomyces cerevisiae

Abstract

Saccharomyces cerevisiae içki ve fırıncılık endüstrisinde yaygın bir şekilde kullanılan endüstriyel bir mikroorganizmadır. İyi karakterize edilmiş bir mikroorganizmadır ve aynı zamanda temel ve biyoteknolojik araştırmalar için önemlidir. Endüstriyel uygulamalarda, donma-erime stresi özellikle donmuş hamur prosesinde genel bir stres çeşididir. S. cerevisiae? de donma-erime stres uygulamaları, hücrelerin donma-erime stresinin ölümcül etkileri ile başa çıkabilmeleri için çok yönlü çapraz-direnç mekanizmasını uyarır. Çok yönlü stres direnci ve donma-erime toleransı elde etmek için ekstra genetik mekanizmaların donma-erime stresi varlığında uyarıldığı ve aktif oldukları düşünülmektedir. S. cerevisiae? de donma-erime stresi ile ilgili birçok çalışma bulunmaktadır, fakat donma-erime toleransının arkasında yer alan moleküler mekanizmalar hala belirsizliğini korumaktadır. Evrimsel mühendislik, donma-erime stresine direnç gibi, özel ve istenilen fenotiplerdeki mutant suşların elde edilmesinde kullanılan ?doğal? bir prosestir. Genel olarak, evrimsel mühendislik dört ana basamaktan oluşmaktadır. Bu aşamalar; genetik olarak karışık hücre populasyonunun kimyasal/fiziksel mutasyon ile elde edilmesi, istenilen özellikteki geliştirilmiş suşun elde edilmesi için tekrarlayan sikluslarda seleksiyon baskısının uygulanması, elde edilen suşun performansının analizi ve bir sonraki hedefin dizaynı. Sonuç olarak, endüstriyel uygulamalarda, yüksek derecede donma-erime stresine dirençli, mayanın kendi genomu dışında yabancı herhangibir gen içermeyen, geliştirilmiş ekmek maya hücrelerinin kullanımı, daha güvenli ve kabul edilebilirdir. Böylece, bu yöntem, donma-erime stres direnci ile sonuçlanan yüksek derecede regüle edilmiş genomu ile ekmek mayasının endüstride kullanımının güvenli bir yoludur.

Saccharomyces cerevisiae is a commonly used industrial microorganism for beverage and baking industries. It is a well characterized microorganism and at the same time important for both basic and biotechnological researches. In industrial applications, freeze-thaw stress is a common stress type, particularly in frozen dough process. In S. cerevisiae, freeze-thaw stress applications induce multiple cross-resistance mechanisms to overcome the fatal effects of freeze-thaw stress. In order to obtain multiple-stress resistance and freeze-thaw tolerance, additional genetic mechanism(s) are thought to be triggered and maintained during freeze-thaw stress exposure. There are extensive studies about freeze-thaw stress in S. cerevisiae, but the molecular mechanisms behind the freeze thaw tolerance remains unclear. Evolutionary engineering is a ?natural? process to obtain mutant strains with specific and desired phenotypes just as freeze-thaw resistant mutants. Predominantly, evolutionary engineering involves four main steps that are obtaining the chemically/physically mutagenized genetically variant cell population, repetitive cycles of selection pressure to obtain improved strain, analysis of the strains? performance and design of the next target. In conclusion that, in industrial applications, evolutionary engineering is a safer and acceptable strategy to use improved baker?s yeast with high freeze-thaw resistance without including any foreign genes that were not belong to the yeast natural genome. So, this strategy is the safest way to use baker?s yeast in industry with the highly re-regulated genome resulted with freeze-thaw resistance.