Влияние различных значений температуры на морфологические свойства дрожжей Saccharomyces сerevisiae

Изучены морфологические свойства дрожжей Saccharomyces в условиях температурного стресса. В результате исследования влияния широкого диапазона температуры выявлены морфологические особенности клеток и гигантских колоний дрожжей, связанные с функциональным состоянием и плоидностью штаммов. Процесс адаптации сопровождался изменением формы клеток тетраплоидного штамма S. cerevisiae Y-503, для клеток гаплоида S. cerevisiae DAW-3a характерно сохранение сферической формы. В клетках обоих штаммов обнаружено накопление запасных питательных веществ, показана их способность к восстановлению жизненной активности после низкотемпературного стресса. В условиях экстремальной температуры обнаружено изменение формы и размеров колоний. Сравнительный анализ морфофизиологических параметров гигантских колоний показал, что в оптимальных условиях колонии S. cerevisiae Y-503 отличались более крупными размерами, при повышенной и низкой температуре штаммы одинаково реагировали на стресс. Дальнейшее изучение механизмов адаптации близкородственных штаммов дрожжей, отличающихся плоидностью, к различным видам стресса представляет интерес для фундаментальных исследований и биотехнологического применения.

адаптация, плоидность штаммов, температурный стресс, клетки, гигантские колонии

1. Бирюкова Е.Н., Меденцев А.Г., Аринбасарова А.Ю., Акименко В.К. Адаптация дрожжей Yаrrowia lipolytica к тепловому воздействию // Микробиология. 2007. Т. 76. № 2. С. 184-190. doi: 10.1134/S0026261707020051

2. Аливердиева Д.А., Мамаев Д.В., Лагутина Л.С. Транспорт сукцината в клетки Saccharomyces cerevisiae после продолжительной холодовой преинкубации // Прикладная биохимия и микробиология. 2009. № 45(5). С. 577-585. doi: 10.1134/S0003683809050111

3. Аринбасарова А.Ю., Бирюкова Е.Н., Меденцев А.Г. Антистрессовые системы дрожжей Yarrowia lipolytica (Обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 2015. № 51(2). С. 122-131. doi: 10.7868/S0555109915020026

4. Бежуашвили М., Джигаури Г., Сихуралидзе Т. Накопление высших спиртов в естественно-розовых виноматериалах, приготовленных из сорта винограда Асуретули шави // Виноградарство и виноделие. 2009. Т. 39. С. 87-89.

5. Исламмагомедова Э.А., Халилова Э.А., Котенко С.Ц., Гасанов Р.З., Аливердиева Д.А. Влияние экстремальных значений рН на морфологические особенности дрожжей Saccharomyces cerevisiae // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Общая биология. 2018. Т. 20. № 5(2). С. 219-225.

6. Аринбасарова А.Ю., Бирюкова Е.Н., Меденцев А.Г., Сорокин В.В., Сузина Н.Е. Изменение ультраструктуры клеток Yаrrowia lipolytica в стрессовых условиях // Микробиология. 2011. Т. 80. № 3. С. 344-348. doi: 10.1134/S0026261711030040

7. Калюжин В.А. Терморезистентность у дрожжей Sacchаromyces cerevisiae // Журнал общей биологии. 2011. Т. 72. № 2. С. 140-150.

8. Аливердиева Д.A., Мамаев Д.В., Лагутина Л.С., Шольц К.Ф. Ocобенности изменения содержания субстратов эндогенного дыхания в клетках Saccharomyces cerevisiae при низкой температуре // Биохимия. 2006. № 71(1). С. 50-58. doi: 10.1134/S0006297906010056

9. Жук А.С., Степченкова Е.И., Павлов Ю.И., Инге-Вечтомов С.Г. Оценка эффективности методов синхронизации клеточных делений у дрожжей Saccharomyces cerevisiae // Цитология. 2016. Т. 58. № 12. С. 936-946.

10. Терёшина В.М., Меморская А.С., Котлова Е.Р., Феофилова Е.П. Состав мембранных липидов и углеводов цитозоля в условиях теплового шока у Aspergillus niger // Микробиология. 2010. Т. 79. № 1. С. 45-51.

11. Способ получения этанола: пат. 2495936 Российская Федерация, МПК C12P 7/06. № 2012117001/10 / Халилова Э.А., Котенко С.Ц., Исламмагомедова Э.А., Аливердиева Д.А.; заявитель и патентообладатель Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского федерального исследовательского центра РАН; заявл. 26.04.2012; опубл. 20.10.2013, Бюл. № 29. 7 с.

12. Kocив Р.Б., Березовская H.И., Паляница Л.Я., Панькив H.И., Харандюк Т.В. Удельная скорость размножения спиртовых дрожжей // Научный вестник Львовского национального университета ветеринарной медицины и биотехнологий имени С.З. Гжицкого. 2014. Т. 1. № 2-4(59). С. 79-83.

13. Феофилова Е.П. Торможение жизненной активности как универсальный биохимический механизм адаптации микроорганизмов к стрессовым воздействиям (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 2003. Т. 39. № 1. С. 1-24.

14. Феофилова Е.П., Кузнецова Л.С. Участие ацильных цепей липидов в биохимической адаптации мукорового гриба Cunninghamella japonica к температуре // Прикладная биохимия и микробиология. 2008. Т. 44. № 6. С. 676-682.

15. Штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae Y-503, используемый в производстве хлебобулочных изделий: а. с. 1284998 СССР, МПК C12N 1/018. № 3881042/28-13 / Абрамов Ш.А., Котенко С.Ц., Далгатова Б.И., Маммаев А.Т., Пейсахова Д.С.; заявитель и патентообладатель Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского федерального исследовательского центра РАН; заявл. 09.04.85; опубл. 23.01.87, Бюл. № 3. 5 с.

16. Ortiz-Tovar G., A. A comparison of the performance of natural hybrids Saccharomyces cerevisiae × Saccharomyces kudriavzevii at low temperatures reveals the crucial role of their S. kudriavzevii genomic contribution // 2018. No. 274. Pp. 12-19. doi: 10.1016/j.ijfoodmicro

17. Muñoz-Bernal E., Deery M.J., Rodríguez M.E., Cantoral J.M., Howard J., Feret R., Natera R., Lilley K.S., Fernández-Acero F.J. Analysis of temperature-mediated changes in the wine yeast Saccharomyces bayanus var uvarum. An oenological study of how the protein content influences wine quality // Proteomics. 2016. No. 16(4). Pp. 576-92. doi: 10.1002/pmic.201500137

18. Reis V.R., Antonangelo A.T.B.F., Bassi A.P.G., Colombi D., Ceccato-Antonini S. Bioethanol strains of Saccharomyces cerevisiae characterized by microsatellite and stress resistance // Braz. J. Microbiol. 2017. No. 48(2). Pp. 268-274. doi.org/10.1016/j.bjm.2016.09.017

19. Caspeta L., Nielsen J. Thermotolerant yeast strains adapted by Laboratory evolution show trade-off at ancestral temperatures and preadaptation to other stresses // MBio. 2015. No. 6(4). Pp. 431-446. doi: 10.1128/mBio.00431-15

20. Zadrag-Tecza R., Kwolek-Mirek M., Alabrudzińska M., Skoneczna A. Cell size influences the reproductive potential and total lifespan of the Saccharomyces cerevisiae yeast as revealed by the analysis of polyploid strains // Oxidative medicine and cellular longevity. 2018. Pp. 1-17. https://doi.org/10.1155/2018/1898421

21. Novo M.T., Beltran G., Torija M.J., Poblet M., Rozès N., Guillamón J.M., Mas A. Changes in wine yeast storage carbohydrate levels during preadaptation, rehydration and low temperature fermentations // International Journal of Food Microbiology. 2003. No. 86(1-2). Pp. 153-161. doi.org/10.1016/S0168-1605(03)00253-8

22. Cordova L.T., Alper H.S. Production of α-linolenic acid in Yarrowia lipolytica using low-temperature fermentation // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2018. No. 102(20). Pp. 8809-8816. doi: 10.1007/s00253-018-9349-y

23. Redón M., Guillamón J.M., Mas A., Rozès N. Effect of growth temperature on yeast lipid composition // European Food Research and Technology. 2011. No. 232(3). Pp. 517-527. doi 10.1007/s00217-010-1415-3

24. Tezaki S., Iwama R., Kobayashi S., S R. Δ12-fatty acid desaturase is involved in growth at low temperature in yeast Yarrowia lipolytica // 2017. No. 488(1). Pp. 165-170. doi: 10.1016/j.bbrc.2017.05.028

25. Zemančikova J., Kodedova M., Papouškova K., Sychrova H. Four Saccharomyces species differ in their tolerance to various stresses though they have similar basic physiological parameters // Folia Microbiol. 2018. No. 63. Pp. 217-227. doi: org/10.1007/s12223-017-0559-y

26. Gysler C., Niederberger P. The development of low temperature inactive (Lti) baker’s yeast // Applied Microbiology and Biotechnology. 2002. No. 58(2). Pp. 210-216.

27. Kuroda K., Ueda M. Engineering of global regulators and cell surface properties toward enhancing stress tolerance in Saccharomyces cerevisiae // J. Biosci. Bioeng. 2017. No. 124(6). Pp. 599-605. doi: 10.1016/j.jbiosc.2017.06.010

28. López-Malo M., Querol A., Guillamon J.M. Metabolomic Comparison of Saccharomyces cerevisiae and the Cryotolerant Species S. bayanus var. uvarum and S. kudriavzevii during Wine Fermentation at Low Temperature // PLOS ONE. 2013. No. 8(3). Pp. 601-635. doi.org/10.1371/journal.pone.0060135

29. Borrull A., Lopez-Martínez G., Miro-Abella E., Salvado Z., Poblet M., Cordero-Otero R., Rozes N. New insights into the physiological state of Saccharomyces cerevisiae during ethanol acclimation for producing sparkling wines // Food Microbiology. 2016. No. 54. Pp. 20 - 29.

30. Paget C.M., Schwartz J.M., Delneri D. Environmental systems biology of cold-tolerant phenotype in Saccharomyces species adapted to grow at different temperatures // Mol Ecol. 2014. No. 23(21). Pp. 5241-57. doi: 10.1111/mec.12930

31. Anderson C.A., Roberts S., Zhang H., Kelly C.M., Kendall A., Lee C., Gerstenberger J., Koenig A.B., Kabeche R., Gladfelter A.S. Ploidy variation in multinucleate cells changes under stress // Mol.Biol. Cell. 2015. No. 26(6). Pp. 1129-1140. doi: 10.1091/mbc.E14-09-1375

32. Pucci F., Rooman M. Physical and molecular bases of protein thermal stability and cold adaptation // Curr. Opin. Struct. Biol. 2017. No. 42. Pp. 117-128. doi: 10.1016/j.sbi

33. Ruusuvuori P., Lin J., Scott A., Tan Z., Sorsa S., Kallio A., Nykter M., Yli-Harja O., Shmulevich I., Dudley A. Quantitative analysis of colony morphology in yeast // Biotechniques. 2014. No. 56(1). Pp. 18-27. doi:10.2144/000114123

34. Ballester-Tomás L., Randez-Gil F., Pérez-Torrado R., Prieto J.A. Redox engineering by ectopic expression of glutamate dehydrogenase genes links NADPH availability and NADH oxidation with cold growth in Saccharomyces cerevisiae // Microbial Cell Factories. 2015. No. 14(1). Pp. 100. doi: 10.1186/s12934-015-0289-2

35. Sanfelice D., Temussi P.A. Cold denaturation as a tool to measure protein stability // Biophys Chem. 2016. No. 208. Pp. 4-8. doi: 10.1016/j.bpc.2015.05.007

36. Storchova Z. Ploidy changes and genome stability in yeast // Yeast. 2014. No. 31. Pp. 421-430. doi: 10.1002/yea.3037

37. Brown A.J.P., Cowen L.E., Pietro A.D., Quinn J. Stress adaptation // Microbiol. Spectr. 2017. No. 5(4). Pp. 1-10. doi: 10.1128/microbiolspec.FUNK-0048-2016

38. Viana N.C., Portugal C., Cruz S.H. Morphophysiological and molecular characterization of wild yeast isolates from industrial ethanol process // African Journal of Microbiology Research. 2017. No. 11(37). Pp. 1422-1430. doi: 10.5897/AJMR2017.8691

39. Zhu Y.O., Sherlock G., Petrov D.A. Whole Genome Analysis of 132 Clinical Saccharomyces cerevisiae Strains Reveals Extensive Ploidy Variation // G3: Genes|Genomes|Genetics. 2016. No. X. Pp. 1-13. doi:10.1534/g3.116.029397