y colaboradores pudieron obtener una imagen detallada del ADN de las levaduras Saccharomyces cerevisiae a partir de bioetanol y visualizar sus modificaciones a lo largo del proceso de producción, información que puede ofrecer más estabilidad, previsibilidad y, eventualmente, contribuir a un mayor rendimiento, que es el deseo de todo productor.

Esto fue posible gracias al uso de nuevas tecnologías, como el análisis metagenómico, una técnica que analiza todo el material genético contenido en muestras de un entorno determinado, sin aislar los diferentes organismos. Los resultados se publicaron en la revista G3: Genes, Genomes, Genetics.

El proceso a gran escala de fermentación de caña de azúcar en etanol combustible en las aproximadamente 400 biorrefinerías que operan en Brasil no está libre de contaminación por microorganismos. Aunque predomina la levadura Saccharomyces cerevisiae, el ecosistema se ve afectado por factores como la variedad de caña de azúcar y las condiciones operativas y climáticas. Además, la sustitución natural de unas levaduras por otras ocurre sin entender por qué. No se sabía, por ejemplo, si las nuevas levaduras eran traídas de ambientes externos por vectores como pájaros e insectos.

En el trabajo, financiado por la FAPESP, investigadores de la Facultad de Ingeniería de Alimentos (FEA-Unicamp) y de la Universidad de Harvard (Estados Unidos) rastrearon la dinámica de la población de levaduras en dos biorrefinerías, en dos temporadas de producción (abril a noviembre de 2018 y 2019) .

Además de utilizar la técnica de análisis metagenómico y secuenciar alrededor de 150 clones de estas plantas en el laboratorio, los científicos tomaron como base un estudio europeo publicado en 2018, responsable de la secuenciación de más de mil cepas de Saccharomyces cerevisiae, para construir un árbol filogenético.

"El ADN es como una huella dactilar", explica Andreas Gombert, docente de la FEA-Unicamp y autor del estudio. “A través de él pudimos identificar los microorganismos presentes en la fermentación alcohólica”.

“Vimos que, a pesar de la presencia de cepas invasoras y del carácter no aséptico de la fermentación, todas las cepas de bioetanol se agrupan en la misma rama del árbol, es decir, todas están emparentadas y pertenecen al entorno de la fermentación alcohólica. Los indicadores de proceso se mantienen bastante estables en ambas temporadas de producción".

También se observó que los cuatro escenarios estudiados son diferentes y no existe un patrón reproducible. En uno de ellos, todas las cepas presentes a lo largo del periodo de producción derivan de una de las cepas iniciales. En el otro, los linajes invasores se apoderaron de la población, desplazando al linaje inicial. Otra observación importante es que las diferencias entre dos periodos de producción consecutivos, en la misma biorrefinería, son menos marcadas que las diferencias observadas entre dos unidades industriales distintas.

Próximos pasos

Con estos resultados en la mano, los investigadores quieren comprender la dinámica de las levaduras con más detalle: ¿qué adaptaciones, por ejemplo, hacen que cada cepa sea más apta para sobrevivir en el entorno de fermentación dentro de cada biorrefinería? ¿Por qué desaparecen otros? ¿Cuál es el efecto de agentes externos como las bacterias que contaminan el proceso?

"Para hacer esto, queremos invertir en observar no solo el ADN de las levaduras, sino también el ADN de las bacterias que contaminan el proceso y luego correlacionar las dos dinámicas", dice Gombert. "Es lo que llamamos la ecología de la fermentación alcohólica".

El artículo Dinámica de la población de levaduras en la producción brasileña de bioetanol se puede leer aquí.

https://academic.oup.com/g3journal/article/13/7/jkad104/7189769?login=false

Fuente: Agência FAPESP