{"id":88813,"date":"2009-07-01T00:00:00","date_gmt":"2009-07-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2009\/07\/01\/fermentacion-acelerada\/"},"modified":"2017-01-26T18:46:41","modified_gmt":"2017-01-26T20:46:41","slug":"fermentacion-acelerada","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/fermentacion-acelerada\/","title":{"rendered":"Fermentaci\u00f3n acelerada"},"content":{"rendered":"

\"Levedura_1\"eduardo cesar<\/span><\/a>En busca de microorganismos m\u00e1s eficientes para la producci\u00f3n de etanol, dos grupos de investigadores brasile\u00f1os desarrollaron, mediante distintos m\u00e9todos, dos nuevas cepas de levaduras de la especie Saccharomyces cerevisiae, <\/em>capaces de producir mayores cantidades de la sustancia. Las levaduras, que son peque\u00f1os hongos microsc\u00f3picos, ejercen un rol fundamental en la transformaci\u00f3n de az\u00facar en alcohol durante el proceso de fermentaci\u00f3n en las centrales. El grupo liderado por el profesor Boris Ugarte Stambuk, de la Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC), recurri\u00f3 a la ingenier\u00eda gen\u00f3mica, mientras que los investigadores coordinados por la profesora Cec\u00edlia Laluce, de la Universidad Estadual Paulista (Unesp) de Araraquara, en el interior paulista, utilizaron la gen\u00e9tica cl\u00e1sica para la obtenci\u00f3n de un h\u00edbrido con base en las levaduras seleccionadas. Realizamos una intervenci\u00f3n en el genoma de la especie Saccharomyces<\/em> para modificar la forma en que act\u00faa en el fermentador y as\u00ed conseguimos optimizar el proceso, dice Stambuk, del departamento de Bioqu\u00edmica en el Centro de Ciencias biol\u00f3gicas de la UFSC, quien tambi\u00e9n coordina un grupo de investigaci\u00f3n en esa instituci\u00f3n, creado en 1997, para estudiar la biolog\u00eda molecular y la biotecnolog\u00eda de levaduras. Con la misma cantidad de sacarosa logramos obtener entre un 10% y un 15% m\u00e1s de etanol.<\/p>\n

La estrategia consisti\u00f3 en modificar la forma en que la Saccharomyces produce<\/em> la enzima invertasa, encargada de acelerar el proceso de la hidr\u00f3lisis (disociaci\u00f3n) de los carbohidratos de la sacarosa, transform\u00e1ndolos en glucosa y fructosa. Esa reacci\u00f3n, que sucede fuera de la c\u00e9lula de levadura, se denomina hidr\u00f3lisis extracelular. Con la alteraci\u00f3n de la invertasa mediante la modificaci\u00f3n del gen espec\u00edfico para esa enzima, el az\u00facar pas\u00f3 a ser transportado y fermentado directamente en el interior de la Saccharomyces<\/em>. La hidr\u00f3lisis extracelular es un sistema que considero ineficiente ya que favorece el desarrollo de otras levaduras y bacterias presentes en las dornas de fermentaci\u00f3n, que consumen glucosa y fructosa, dice Stambuk, quien tambi\u00e9n es supervisor acreditado en el Programa de Posgrado en Biotecnolog\u00eda de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP). Cuando fermentan, estos microorganismos contaminantes del proceso producen \u00e1cidos org\u00e1nicos que originan p\u00e9rdidas en la producci\u00f3n de etanol.<\/p>\n

La pr\u00f3xima etapa de la investigaci\u00f3n, que cont\u00f3 con la participaci\u00f3n de investigadores del Instituto de Qu\u00edmica y de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz de Piracicaba, ambos dependientes de la USP, consistir\u00e1 en probar la levadura gen\u00e9ticamente modificada en Usina Cerradinho, de la localidad de Cantaduva, interior paulista, para evaluar c\u00f3mo se comporta en un ambiente industrial. Este estudio cont\u00f3 con el apoyo financiero de la FAPESP, por medio de un Proyecto Tem\u00e1tico coordinado por el profesor Pedro Soares de Ara\u00fajo, del Instituto de Qu\u00edmica de la USP, y del Consejo Nacional de Desarrollo Cient\u00edfico y Tecnol\u00f3gico (CNPq), que aprob\u00f3 una propuesta presentada por Stambuk en colaboraci\u00f3n con Fermentec, empresa de consultor\u00eda especializada en fermentaci\u00f3n alcoh\u00f3lica, en un concurso de Desarrollo Tecnol\u00f3gico e Innovaci\u00f3n.<\/p>\n

\"Levedura_2\"Eduardo Cesar<\/span><\/a>Stambuk comentar que su inter\u00e9s por una v\u00eda de captaci\u00f3n directa del az\u00facar por parte de la levadura comenz\u00f3 en 1997. Algunos estudios que apuntaban esa posibilidad ya hab\u00edan sido realizados en la d\u00e9cada de 1980 por investigadores espa\u00f1oles y australianos, pero no prosperaron. Antes de la realizaci\u00f3n del proyecto que result\u00f3 en la levadura gen\u00e9ticamente modificada, el investigador hab\u00eda sido director de tesina de dos alumnos de maestr\u00eda que caracterizaron al gen responsable de la captaci\u00f3n directa del az\u00facar. En la literatura espec\u00edfica ya se hab\u00eda descrito que eso fuera posible con la fermentaci\u00f3n de la maltosa, otro az\u00facar que la Saccharomyces<\/em> fermenta eficientemente, expresa Stambuk. La levadura empuja a la maltosa hacia el interior de la c\u00e9lula y fermenta el az\u00facar en su interior.<\/p>\n

Desde el comienzo del proyecto con la levadura gen\u00e9ticamente modificada en 2005, se ensayaron varias estrategias destinados a que dejase de producir la invertasa extracelular y pasase a transportar el az\u00facar hacia el interior de la c\u00e9lula, donde se realiza la hidr\u00f3lisis de la sacarosa. Una de ellas fue muy exitosa y redund\u00f3 en un dep\u00f3sito de patente en abril de este a\u00f1o, en colaboraci\u00f3n con Fermentec. Varias tesinas de maestr\u00eda y tesis de doctorado en curso, que tienen a Stambuk como director, y fueran presentadas en la UFSC y USP, tambi\u00e9n son fruto de este proyecto. La profesora Ana Clara Guerrini Schenberg, del Instituto de Ciencias Biom\u00e9dicas de la USP, quien desde la d\u00e9cada de 1970 investiga con levaduras, resalt\u00f3 que la estrategia desarrollada resulta innovadora. Representa una nueva forma en que la levadura produce alcohol, dijo Ana Clara, quien fue parte de la mesa examinadora de uno de los alumnos de Stambuk.<\/p>\n

El investigador, que cuenta con varios proyectos en el \u00e1rea, incluso en el secuenciamiento del genoma de levaduras industriales, explica que las modificaciones gen\u00e9ticas se tornan estables dentro de la levadura porque fueron realizadas en los propios cromosomas. Muchas modificaciones se realizan con plasmodios para levaduras, material gen\u00e9tico que se encuentra tambi\u00e9n en bacterias, pero en el mundo industrial eso no funciona, ya que esas mol\u00e9culas son inestables.<\/p>\n

Resistencia al calor
\n<\/strong>La otra cepa de levadura que tambi\u00e9n demostr\u00f3 en pruebas de laboratorio que es una excelente productora de alcohol, presenta otra caracter\u00edstica que la torna especial para las condiciones enfrentadas en los procesos industriales. Es resistente a las altas temperaturas. Mientras las levaduras comerciales para la producci\u00f3n de etanol fermentan bien entre los 30\u00baC y 34\u00baC, la levadura que desarrollamos fermenta entre 37\u00baC y 38\u00baC con escasa mortalidad celular, dice Cec\u00edlia. Al ser muy dif\u00edcil controlar la temperatura en el proceso de fermentaci\u00f3n durante el verano, cuando ocurre una elevaci\u00f3n por encima de los 36\u00baC, inmediatamente aumenta la toxicidad del alcohol en las dornas, provocando la muerte de las levaduras productoras de etanol.<\/p>\n

\"Levedura_3\"Instituto de Qu\u00edmica\/UNESP Araraquara<\/span><\/a>Otra innovaci\u00f3n que aporta esta nueva cepa, que fue patentada por la Agencia Unesp de Innovaci\u00f3n en septiembre de 2008, es que fermenta r\u00e1pidamente. Realiza la conversi\u00f3n total del az\u00facar en hasta tres horas, mientras que por el proceso tradicional la fermentaci\u00f3n tarda entre 6 y 12 horas, dice la investigadora, quien desde la d\u00e9cada de 1990 se dedica al estudio de fermentos. Esto representa una ventaja porque, cuanto m\u00e1s largo es el tiempo de fermentaci\u00f3n, mayores son los efectos de los microorganismos contaminantes y de otros factores agresivos, tales como la temperatura elevada y la deficiencia nutricional del proceso sobre el fermento. La nueva cepa tambi\u00e9n resiste a porcentajes elevados de etanol y a la acidez en ciclos sucesivos de fermentaci\u00f3n.<\/p>\n

Para obtener esta levadura, se seleccionaron varios linajes de Saccharomyces cerevisiae<\/em> halladas en usinas que presentaban caracter\u00edsticas tales como tolerancia al calor y el r\u00e1pido consumo de az\u00facar para la producci\u00f3n de etanol. Luego de varios ensayos y combinaciones, se obtuvo una levadura h\u00edbrida, que recibi\u00f3 marcadores gen\u00e9ticos que permiten su monitoreo durante todo el proceso de fermentaci\u00f3n alcoh\u00f3lica. mediante los marcadores es posible conocer la proporci\u00f3n de esa levadura en relaci\u00f3n con los microorganismos contaminantes presentes en las dornas de fermentaci\u00f3n, dice Cec\u00edlia. Asimismo, permite observar si las c\u00e9lulas del fermento pasan por alteraciones durante la zafra, si la levadura es dominada por levaduras salvajes y tambi\u00e9n si desaparece del proceso, vencida por las competidoras. Actualmente esa diferenciaci\u00f3n se realiza solamente mediante t\u00e9cnicas de biolog\u00eda molecular que requieren el trabajo de consultores especializados.<\/p>\n

En la central, la misma levadura se utiliza en varios ciclos de fermentaci\u00f3n durante la zafra entera, que dura hasta siete meses, expresa la investigadora Karen de Oliveira, quien trabaj\u00f3 con la levadura h\u00edbrida durante su doctorado, dirigido por Cec\u00edlia y culminado en 2008. En algunos casos, se utilizan tres especies diferentes de Saccharomyces <\/em>al inicio de la zafra en centrales, y al cabo de un mes ya no existe ninguna, informa. Las levaduras que se hallan en el ambiente o en la propia materia prima invaden el proceso de producci\u00f3n de etanol y comienzan a multiplicarse. Aunque las levaduras presentes en el ambiente solamente necesitan alimentarse, no producir alcohol, dice Karen, quien en la actualidad investiga el comportamiento de levaduras durante la fermentaci\u00f3n de hidrolizados del bagazo de la ca\u00f1a en su postdoctorado. El proyecto, coordinado por la profesora Cec\u00edlia Laluce y que cuenta tambi\u00e9n con la participaci\u00f3n de los investigadores Sandra Sponchiado y Eduardo Cilli, forma parte del Programa FAPESP de Investigaci\u00f3n en Bioenerg\u00eda (Bioen).<\/p>\n

Controlar la estabilidad de las levaduras durante el transcurso de la zafra resulta esencial para garantizar la continuidad de los ciclos sucesivos de fermentaci\u00f3n, dice Cec\u00edlia. Eso sucede porque, cuando el fermento comienza a quedar intoxicado por el exceso de alcohol producido o por la ocurrencia de las condiciones de estr\u00e9s de la fermentaci\u00f3n, muere, lo cual puede conducir al reinicio de todo el proceso. El colapso de un proceso, con detenci\u00f3n completa y reinicio, significa graves perjuicios para las centrales, resalta. La pr\u00f3xima etapa del proyecto, que ya est\u00e1 siendo negociada con el Centro de Tecnolog\u00eda Canavieira (CTC), consiste en probar la levadura h\u00edbrida mediante un proceso industrial.<\/p>\n

Mutaci\u00f3n inducida
\n<\/strong>La levadura Saccharomyces cerevisiae<\/em> cuenta con mecanismos para soportar el estr\u00e9s, tal como revelan estudios realizados en laboratorio por la profesora Sandra Regina Ceccato Antonini, del Centro de Ciencias Agrarias de la Universidad Federal de S\u00e3o Carlos (UFSCar), en el campus de Araras. Algunos factores, tales como la deficiencia de nutrientes y la presencia de algunos tipos de alcoholes producidos junto con el etanol durante la fermentaci\u00f3n, conducen a un cambio en su morfolog\u00eda de unicelular, ella pasa a filamentosa, o sea, formada por una cadena de c\u00e9lulas, muchas de \u00e9stas extremadamente alargadas y deformadas, que puede compensar la p\u00e9rdida de eficiencia productiva provocada por el estr\u00e9s. Para la levadura significa una manera de escapar de un ambiente desfavorable, dice Sandra.<\/p>\n

La investigadora ha estudiado este efecto en el proceso de fermentaci\u00f3n alcoh\u00f3lica, porque dentro de las dornas de fermentaci\u00f3n la levadura vive bajo un estr\u00e9s muy grande. Aunque los datos todav\u00eda no son concluyentes, la investigadora resalta que aquella transformaci\u00f3n indica una ventaja adaptativa para la levadura, ya que aumenta su \u00e1rea superficial.<\/p>\n

La levadura pasa de ser una c\u00e9lula a un largo filamento, dice Sandra, quien desarroll\u00f3 la investigaci\u00f3n con apoyo de la FAPESP, mediante un apoyo regular, comenzando en 2005 y finalizando en 2008. Como el \u00e1rea celular aumenta, puede darse un mayor contacto con el medio de cultivo, conduciendo a una compensaci\u00f3n por la muerte de las c\u00e9lulas ocasionada por el estr\u00e9s.<\/p>\n

En las situaciones en que la levadura se halla estresada y no evoluciona hacia la forma filamentosa, el perjuicio del estr\u00e9s puede ser mayor, dice ella, subrayando que, incluso bajo condiciones estresantes, algunos linajes de Saccharomyces<\/em> no cambian su morfolog\u00eda. La explicaci\u00f3n para ello es que ese cambio puede constituir una caracter\u00edstica gen\u00e9tica, pero todav\u00eda no se conoce un gen espec\u00edfico relacionado con esa transformaci\u00f3n. Existen varios genes que pueden estar implicados en este proceso.<\/p>\n

En opini\u00f3n de la investigadora, el hecho de que esa caracter\u00edstica se halle presente en levaduras industriales significa que alguna funci\u00f3n debe tener, ya que aparece debido a una presi\u00f3n selectiva. Al principio cre\u00ed que se trataba de una caracter\u00edstica perniciosa, pero despu\u00e9s empec\u00e9 a percatarme de su importancia.<\/p>\n

Los proyectos<\/strong>
\n 1.<\/strong> Estr\u00e9s, transporte y metabolismo de alfa-gluc\u00f3sidos en Saccharomyces cerevisiae<\/em>\u00a0(n\u00ba\u00a004\/10067-6<\/a>);\u00a0Modalidad<\/strong>\u00a0Proyecto Tem\u00e1tico; Coordinador<\/strong>\u00a0Pedro Soares de Ara\u00fajo – USP; Inversi\u00f3n<\/strong>\u00a0R$ 482.204,54 (FAPESP)
\n2.<\/strong> Optimizaci\u00f3n de la fermentaci\u00f3n de la sacarosa y producci\u00f3n de alcohol con Saccharomyces cerevisiae;\u00a0<\/em>Modalidad\u00a0<\/strong>Desarrollo Tecnol\u00f3gico e Innovaci\u00f3n; Coordinador<\/strong>\u00a0Boris Ugarte Stambuk-UFSC;
\nInversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 173.005,92 (CNPq)
\n3.<\/strong> Aspectos b\u00e1sicos y aplicados en la utilizaci\u00f3n industrial de levaduras\u00a0(n\u00ba\u00a005\/01498-6<\/a>);\u00a0Modalidad<\/strong>\u00a0Apoyo Regular al Proyecto de Investigaci\u00f3n;\u00a0Coordinadora<\/strong>\u00a0Cec\u00edlia Laluce – Unesp; Inversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 118.245,46 (FAPESP)<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos<\/em>
\nBATISTA, A.S. et al<\/em>. Sucrose fermentation by Saccharomyces cerevisiae<\/em> lacking hexose transport. Journal of Molecular Microbiology and Biotechnology. <\/strong>v. 8, p. 26-33. 2004.
\nBADOTTI, F. et al.<\/em> Switching the mode of sucrose utilization by Saccharomyces cerevisiae<\/em>. Microbial Cell Factories<\/strong>. v. 7. 2008.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Cepas de levaduras m\u00e1s eficientes para la conversi\u00f3n de la sacarosa en etanol","protected":false},"author":22,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[276,328],"coauthors":[115],"class_list":["post-88813","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es","tag-bioenergia-es","tag-quimica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/88813","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/22"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=88813"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/88813\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=88813"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=88813"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=88813"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=88813"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}