An integrative approach to identify novel target genes for reduction of diacetyl production in lager yeast

Diacetyl ist ein Nebenprodukt der Biosynthese von Valin und verursacht einen butterartigen Geschmack im Bier. Die Reduktion der Diacetylproduktion ist eine der wichtigsten Ziele der Stammoptimierung von Brauhefen, da sie hilft, die Lagerzeit zu verkürzen und die Bierproduktion zu beschleunigen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Reduzierung der Diacetylproduktion in untergärige Brauhefen mittels Inverse Metabolic Engineering. Ein Vorteil dieser Herangehensweise gegenüber dem rationalen Metabolic Engineering ist die Tatsache, dass es kein Vorwissen über die zellulären Subsysteme in Brauhefen erfordert. Darüberhinaus erlaubt es die direkte Nutzung von industriellen Stämmen und industriell relevanten Bedingungen sowie die Generierung von selbstklonierten Stämmen. Verschiedene untergärige Brauhefestämme mit unterschiedlicher Diacetylproduktion wurden selektiert: i) ein Produktionsstamm (Stamm C), ii) ein Stamm der nah verwandt ist zu dem Produktionsstamm (Stamm A) und dessen Diacetylproduktion etwas höher ist als die von Stamm C und iii) Stamm B der wesentlich weniger Diacetyl bildet als die anderen Stämme. Die genetische Basis der selektierten Stämme wurde in einem integrativen Ansatz verglichen, der globale Analysen auf verschiedenen molekularen Ebenen beinhaltete, d.h. die Kopiezahl von Genen (analysiert durch Microarray-basierte vergleichende Genomhybridisierungen), mRNA-Konzentrationen (mittels Microarray-basierten vergleichenden Transkriptomanalysen) und Proteinkonzentrationen (zweidimensionale Gelelektrophorese und Massenspektrometrie). Die vergleichenden Genom- und Transkriptomanalysen deckten potentielle Zielgene für die Reduktion der Diacetylproduktion in untergärigen Brauhefen auf, d.h. Sc-ILV6, Sc BAT1, non Sc BAT1, non-Sc-BAT2. Es wird angenommen, dass Ilv6p eine regulatorische Untereinheit von Ilv2p ist, einem Enzym, welches für die Bildung von  Acetolaktat verantwortlich ist, dem Precursor von Diacetyl. Die Kopiezahl und die mRNA-Konzentration des Sc-ILV6 Gens waren geringer in Stamm B verglichen mit den anderen Stämmen. Die Rolle von Sc ILV6 in der Diacetylbildung wurde durch Genetic Engineering verifiziert. Die Deletion der beiden Sc-ILV6 Kopien im Produktionsstamm C führte zu einer signifikanten Verminderung der Diacetylkonzentration um 65% unter industriell relevanten Braubedingungen. Verglichen mit dem Referenzbier zeigte das Jungbier, welches mit der Sc-ilv6/Sc-ilv6 Doppelmutante gebraut wurde, leichte Änderungen in den Konzentrationen von einigen höheren Alkoholen, Estern, Fettsäuren und Acetaldehyd. Nichtsdestoweniger lagen die Konzentrationen dieser Nebenprodukte im normalen Bereich für untergärige Biere und es wurde kein signifikanter Unterschied im Geschmack des Bieres, welches mit der Sc-ilv6/Sc-ilv6 Doppelmutante hergestellt wurde, und dem Referenzbier festgestellt.

Author dc:creator

• Duong, Cam Thuy

Advisors dc:contributor.advisor

• Stahl, Ulf
• Nevoigt, Elke

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

en, English

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-22477
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2161

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/2458