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UNIVERSIDAD PABLO DE OLAVIDE DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA MOLECULAR E INGENIERÍA BIOQUÍMICA ÁREA DE NUTRICIÓN Y BROMATOLOGÍA Microbiología y Biotecnología de Levaduras Eva Valero Blanco [email protected]

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Page 1: UNIVERSIDAD PABLO DE OLAVIDE - Inst. de la GrasaÁREA DE NUTRICIÓN Y BROMATOLOGÍA Microbiología y Biotecnología de Levaduras ... Velocidad de formación de velo en función de

UNIVERSIDAD PABLO DE OLAVIDE

DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA MOLECULAR E INGENIERÍA BIOQUÍMICA ÁREA DE NUTRICIÓN Y BROMATOLOGÍA

Microbiología y Biotecnología de Levaduras

Eva Valero Blanco [email protected]

Page 2: UNIVERSIDAD PABLO DE OLAVIDE - Inst. de la GrasaÁREA DE NUTRICIÓN Y BROMATOLOGÍA Microbiología y Biotecnología de Levaduras ... Velocidad de formación de velo en función de

Aislamiento y caracterización de levaduras de flor de vinos finos

Proyecto RM2010-00009-C03-02

Microbiología

Mejora y ampliación de una colección de levaduras de interés biotecnológico con levaduras de sustratos específicos

MCINN-INIA. Recursos Microbianos (RM2010-00009-C03-00) IP (Coordinador IMIDRA): Teresa Arroyo Casado IP (Subproyecto UPO): Eva Mª Valero Blanco IP (Subproyecto US): Patricia Paneque Macias

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Proyecto RM2010-00009-C03-02

Se han identificado los 1656 aislados.

Saccharomyces SSR (Vaudano y García-Moruno, 2008) ADN mitocondrial (RFLP ADN mit), HinfIII, RsaI (López et al. ,2001)

Se han obtenido un total de 22 patrones diferentes.

Patrón Patrón por polimorfismo de

microsatélites

Patrón por RFLP ADN

mitocondrial

A g 7

B e 4

C f 2

D f 6

E f 1

F g 4

G d 4

H a 5

I i 5

J h 5

K b 4

L j 5

M m 5

N l 5

O k 1

P c 1

Q m 1

R f 3

S g 2

T d 5

U g 5

V h 6

a b c a d e d 1 2 2 3 4 5 6

Mitocondriales a b c a d e d

Microsatélites 1 2 2 3 4 5 6

Cepas A B C D E F G

Microbiología

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Caracterización fisiológica y metabólica de vinos finos envejecidos con cultivos puros de las levaduras de velo seleccionadas

0

0,5

1

1,5

2

0 20 40 60 80D

.O

Horas

A

B

C

D

E

F

G

L

curva de crecimiento

Velocidad de formación de velo en función de concentraciones de etanol (14, 14,5 y 15 % v/v) y Tª (20, 22,5 y 25 ºC)

Gen Flo11 y región deleción de 111pb en su promotor

Microbiología

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Caracterización aromática: ESTUDIO DE LA COMPOSICIÓN VOLÁTIL

Microbiología

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Impacto de levaduras comerciales en el viñedo

Diseminación de levaduras enológicas en el viñedo

¿Impacto sobre la microbiota? ¿Pueden sobrevivir en el viñedo? ¿Pueden influenciar fermentaciones del año siguiente?

Bodega - LSA

viñedo Puntos de muestreo 20–1000 m

Viento dominante

Sitios que utilizan LSA

mas de 5 años

Antes LSA remanencia

Después LSA diseminación inmediata

3 vendimias consecutivas

Microbiología

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K1M (Lallemand) 1 x 106 cels/mL 1L/planta

Diseminación de levaduras enológicas en el viñedo

3 vendimias consecutivas Experimental vineyard (Madrid) Grapes High pressures dominant wind NE-SW

40° 31' N, -3° 17' W, 610 m altitude Leaves Low pressures dominant wind SW-NE

Soil

Wood

Grapes

Leaves

Soil

Wood

Grapes

Leaves

Soil

Wood

Grapes Grapes Grapes Grapes Grapes

Leaves Leaves Leaves Leaves Leaves

Soil Soil Soil Soil Soil

Wood Wood Wood Wood Wood

Grapes

Leaves

Soil

Wood

Grapes

Leaves

Soil

Wood

Grapes

Leaves

Soil

Wood

Sp

raye

d A

rea

100 m

50 m

25 m

50 m 100 m100 m 50 m 0

m

25 m

100 m

50 m

Sp

raye

d A

rea

Sampled at 24 and 36 months

Sam

ple

d a

t 2

4 a

nd

36

m

on

ths

Sampled at 24 and 36 months

Samp

led at 2

4 an

d 3

6

mo

nth

s

Instituto Madrileño de Investigación y Desarrollo

Rural, Agrario y Alimentario (IMIDRA)

CONSEJERÍA DE ECONOMÍA E

INNOVACIÓN TECNOLÓGICA

Comunidad de Madrid

Instituto Madrileño de Investigación y Desarrollo

Rural, Agrario y Alimentario (IMIDRA)

CONSEJERÍA DE ECONOMÍA E

INNOVACIÓN TECNOLÓGICA

Comunidad de Madrid

Impacto de levaduras comerciales en el viñedo

Microbiología

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cave

100 400 600 800 1000

No

mb

re d

e so

uch

es

Distance de la cave (m)

50

100

150

200

250

300

231

18 11 7

10-50

29

200

94% a menos de 200 m 78% a menos de 50 m

Impacto de levaduras comerciales en el viñedo

Diseminación de levaduras enológicas en el viñedo

Microbiología

0

50

100

150

200

250

iso

late

s f

o K

1M

cfu

mL

-1Contr

ol

Time

0

1 W

eek

1 M

onth

3 M

onths

6 M

onths

8 M

onths

12 M

onths

18 M

onths

24 M

onths

36 M

onths

Time

Soil

Wood

Leaves

Grapes

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Efecto de parámetros agronómicos en la biodiversidad de levaduras del viñedo

ESTUDIOS DE BIODIVERSIDAD

EDAD VID

MADUREZ UVA

CLIMATOLOGÍA TIPO DE SUELO

INFLUENCIA FITOSANITARIOS

OTROS FACTORES

? FACTORES INTRÍNSECOS DEL VIÑEDO

- VARIEDAD DE LA VID

- MANEJO DEL SUELO

- FUNGICIDAS UTILIZADOS

- SISTEMA DE DEFENSA BIOLÓGICA

3 años

Microbiología

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¿Cuál alberga mayor biodiversidad?

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C.T.T.V. “El Socorro” Es la primera vez que índices clásicos de ecología: riqueza (S), biodiversidad (H’) y dominancia (D) de especies han sido aplicados para estudiar la ecología de fermentaciones espontáneas de mosto de uva

Los tratamientos fitosanitarios afectan negativamente a la biodiversidad de

levaduras asociada a la uva, principalmente de especies fermentativas

El mejor sistema de manejo del suelo para una mayor presencia de

levaduras fermentativas es el suelo desnudo (laboreo o herbicidas)

La variedad Barbera es la mejor en términos de abundancia y diversidad de

especies fermentativas

La aplicación de fungicidas en 4 estadíos fenológicos de la vid tiene un

efecto perjudicial sobre la biodiversidad de levaduras, siendo más negativo

el penconazol. La mejor recomendación sería la aplicación de azufre en dos

etapas de crecimiento de la vid (floración y baya tamaño guisante)

Efecto de parámetros agronómicos en la biodiversidad de levaduras del viñedo

Microbiología

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Identificación de genes implicados en la adaptación de S. cerevisiae a factores de estrés relacionados con la fermentación alcohólica por

distintas aproximaciones a escala genómica

Proyecto Motriz P10-AGR6544

Biotecnología

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Estrés por etanol, estrés osmotico o por baja Tª, estudiados por transcriptómica

Estrategia HIP-HOP

Aproximación complementaria. Evolución dirigida

Algunas limitaciones de la transcriptómica

Sólo permite identificar genes cuyo nivel de expresión cambia en respuesta a los factores en estudio

Genes importantes para procesos biológicos, no están sujetos a regulación transcripcional en respuesta a las condiciones ambientales (Birrell et al 2002) No todos los genes sujetos a regulación transcripcional por las condiciones de cultivo, son necesarios para la supervivencia en esas condiciones (Tai et al. 2007)

Biotecnología

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COLECCIONES de Mutantes de Deleción HaploInsuficiency Profiling/HOmozygous Profiling (HIP/HOP)

Reemplazamiento de cada ORF por el cassette KanMX4 y dos códigos de barras (UPTAG y DOWNTAG) específicos para cada gen.

Biotecnología

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ANÁLISIS BAR-Seq

Biotecnología

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CULTIVOS CONTINUOS

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0:00:00 4:48:00 9:36:00 14:24:00 19:12:00 24:00:00 28:48:00 33:36:00 38:24:00 43:12:00

VC

T [

mM

]

CT

R [

mM

/h]

Inoculation Time

Continuo EC1118 CENIT 24%

CTR3

VCT3

Permiten mantener durante varias generaciones seguidas las condiciones de la competición sin variaciones en fase de cultivo, disponibilidad de nutrientes, etc…

Algunas consideraciones acerca del análisis HIP/HOP en fermentaciones vínicas

• Experimentan cambios enormes con cambios en las condiciones ambientales • Bajo Nº generaciones en condiciones similares

Biotecnología

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COMPETICIONES bajo presión selectiva en cultivo continuo

Cultivo continuo control y bajo presión selectiva con sorbitol (0,6 M) o glucosa (20%) durante 10 generaciones (colección heterozigota) o 20 generaciones (colección homozigota) Tª: 28ºC; pH: 3,5; Agitación: 500 rpm; D: 0,2 h-1 3 biological replicates for each of the above

Biotecnología

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Resultados destacados

Control de calidad

Se revela la importancia de funciones no relacionadas hasta ahora con la tolerancia al estrés osmótico: Las células son muy dependientes del buen funcionamiento mitocondrial para tolerar el estrés por glucosa o del control de la gluconeogénesis y funciones del peroxisoma, en el caso del sorbitol.

Los resultados obtenidos son diferentes entre los experimentos con glucosa o sorbitol, aunque hay coincidencias, como el gen HOG1.

Biotecnología

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Estrés por baja Tª 12ºC y 16ºC Estrés por SO2

Colección HOP

10 generaciones

www.icvv.es/winehiphop

Biotecnología

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Evolución dirigida (estrategia complementaria)

Cultivo continuo en fase exponencial 600 generaciones CEN-pk113-7d Medio Sintético + Sorbitol (1.2 M) o Gluc 25% Tª 28ºC

Fermentaciones en Batch Medio Sintético con 35% Gluc

Biotecnología

Estudio fenotípico de clones evolucionados

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Secuenciación de la cepa parental y 3 clones evolucionados

• Plataforma Illumina Solexa

• Alineamiento a S288C consensus genome

• Análisis de SNP

• Detección de pequeñas deleciones

• Cambios en el número de copias

• Reorganizaciones cromosómicas

Biotecnología

Page 22: UNIVERSIDAD PABLO DE OLAVIDE - Inst. de la GrasaÁREA DE NUTRICIÓN Y BROMATOLOGÍA Microbiología y Biotecnología de Levaduras ... Velocidad de formación de velo en función de

Análisis molecular de las interacciones entre cultivos iniciadores durante la vinificación. Proyecto INTERWINE 2015

Interacciones entre Saccharomyces cerevisiae y no-Saccharomyces Interacciones entre S. cerevisiae y cultivos iniciadores de la fermentación maloláctica, inoculación simultánea de S. cerevisiae y Oenococcus oeni

Pilares metodológicos: • Análisis transcriptómico • Uso de bioreactores para garantizar tanto unas condiciones

reproducibles de trabajo como un control de los parámetros • Métodos potentes para analizar los metabolitos de la fermentación.

Biotecnología

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Producción de compuestos bioactivos derivados de aminoácidos aromáticos durante la fermentación alcohólica (BIOACTIYEAST)

AGL2013-47300-C3-2-R

Estudio de melatonina y otros compuestos indólicos relacionados con el metabolismo del triptófano

Biotecnología

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Proyecto AGL2013-47300-C3-2-R

•S. cerevisiae (RED FRUIT) • S. cerevisiae (ES488) • S. cerevisiae (QA23) • T. delbrueckii • M. pulcherrima • S. cerevisiae (UVAFERM) • S. cerevisiae (ICV-GRE)

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Proyecto AGL2013-47300-C3-2-R

Pulsos de compuestos indólicos • fermentación en cultivo continuo • 200 mL de SM con NH4Cl como única fuente de

nitrógeno • Pulsos de 6 compuestos indólicos a 0.5 mM. ( L-TRP,

5HTRP, SERO, NACSERO, MEL, 3-IAA y L-TRP EE). • Toma de muestra en diferentes momentos (0, 5 y 15

min) para extraer el contenido intracelular.

Biotecnología

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EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EFECTO SALUDABLE DE NUEVOS ALIMENTOS FUNCIONALES

EN LA PREVENCIÓN Y TRATAMIENTO DE FACTORES DE RIESGO CARDIOVASCULAR

- Status antioxidante y estrés oxidativo - Metabolismo lipídico - Metabolismo glucídico - Función endotelial - Status de inflamación

VINO TINTO

Fermentación alcohólica

NUEVA BEBIDA DE NARANJA

Alcohol: 1 % v/v

Proyecto Motriz P09-AGR-4814

Profesora-Investigadora de Contacto: Soledad Fernández Pachón ([email protected])

Área Nutrición y Bromatología

Caracterización de nuevos alimentos

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CARACTERIZACIÓN DE COMPUESTOS BIOACTIVOS

- Compuestos fenólicos - Carotenoides - Melatonina

ESTUDIOS DE INTERVENCIÓN EN INDIVIDUOS SANOS / S.M. / HIPERCOLESTEROLEMIA

El consumo repetido de la bebida de naranja disminuye de forma significativa factores de riesgo cardiovascular.

El proceso de fermentación alcohólica mejora el perfil de compuestos bioactivos del zumo de naranja.

EVALUACIÓN DE BIODISPONIBILIDAD DE COMPUESTOS BIOACTIVOS

- Compuestos fenólicos - Carotenoides - Melatonina

Profesora-Investigadora de Contacto: Soledad Fernández Pachón ([email protected])

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COLABORACIONES ESTABLECIDAS

Instituto de la Grasa-CSIC. Sevilla. Dr. Dámaso Hornero.

Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura-CSIC. Murcia. (Dr.

Angel Gil)

Instituto de Biomedicina de Sevilla (IBIS). Sevilla. (Dr. José Villar)

Universidad de Parma. Parma, Italia. (Dr. Daniele del Río)

Profesora-Investigadora de Contacto: Soledad Fernández Pachón ([email protected])

Caracterización de nuevos alimentos

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Muchas gracias [email protected]