Condições fisiológicas e ambientais que favorecem a produção de carotenoides por Rhodotorula mucilaginosa

Abstract

Em micro-organismos produtores, carotenoides são pigmentos, precursores de vitamina A, que os protegem contra o estresse oxidativo. Fatores ambientais extrínsecos tais como temperatura, fontes específicas de carbono e indutores de espécies reativas de oxigênio (ROS) como luz e peróxido de hidrogênio associados a condições fisiológicas (fase de crescimento exponencial máxima, fase estacionária inicial e tardia) influenciam no acúmulo de carotenoides pelas células microbianas. Uma levedura pigmentada foi isolada do horto da Universidade Federal de Viçosa, Minas Gerais, Brasil. Os objetivos desse trabalho foram identificar esta levedura isolada no horto da UFV e analisar a influência dos fatores ambientais (temperatura, intensidade de luz e concentração de arabinose) e das diferentes condições fisiológicas (fase log, estacionária inicial e tardia) na produção de carotenoides e na velocidade de crescimento da levedura. A identificação taxonômica da levedura foi feita pelo Centraalbureau voor Schimmelcultures (CBS) por meio das análises das sequências 5,8S e 26S do rRNA e por ferramentas moleculares e bioquímicas, resultando na identificação da espécie como Rhodotorula mucilaginosa. A influência das condições ambientais e fisiológicas na produção de carotenoides e na taxa de crescimento foi verificada pela metodologia de superfície de resposta (RSM) por meio de um delineamento composto central (CCD) com três fatores e seis replicatas do ponto central. Os 20 experimentos foram feitos em 91h de batelada e as amostras foram coletadas em diferentes estados fisiológicos da cultura, isto é na fase de crescimento máximo (fase log), fase de desaceleração do crescimento (2h iniciais na entrada da fase estacionária) e fase estacionária (60h após alcançar a massa celular máxima). Demonstrou-se que a formação de carotenoides pela levedura não é associada ao crescimento. O rendimento máximo de carotenoides por massa celular (μg/g) ocorreu na fase de desaceleração do crescimento. A velocidade específica máxima de crescimento (μmax) e o rendimento em carotenóide total por massa celular (μg/g) foram ajustados ao modelo matemático, com R2 de 0,96 e 0,91 respectivamente, e o desajuste não foi significante (p>0,05). Os níveis de intensidade de luz (μmol m-2s-1), arabinose (%p/v) e temperatura (°C) que criaram a resposta máxima de rendimento de carotenóides totais (93,92 μg/g) foram 100 μmol m-2s-1; 5%; 18 °C e da velocidade de crescimento (0,31h-1) foram 63,6 μmol m-2s-1; 3,7% e 24,6 °C.

In pigmented microorganisms, carotenoids are pigments, precursors of vitamin A that provide protective effects against oxidative damage. Extrinsic environmental factors such as temperature, specific carbon sources and inducers of reactive oxygen species (ROS) such as hydrogen peroxide and light associated with physiological conditions (maximum exponential growth phase, early and late stationary phase) influence the accumulation of carotenoids in microbial cells. A pigmented yeast was isolated from an orchard in Universidade Federal de Viçosa, Minas Gerais, Brazil. The main aims were to identify the isolated yeast and analyze the influence of environmental (light, temperature and arabinose) and physiological conditions (log phase, early and late stationary phase) on the production of carotenoids and the growth rate of the yeast. The taxonomical identification of the yeast strain was accomplished through analysis of 5.8S and 26S rRNA by the Centraalbureau voor Schimmelcultures (CBS) and biochemical and molecular approaches. The yeast was identified as Rhodotorula mucilaginosa. In order to analyze the influence of factors on production of carotenoids and growth rate we used a methodology of response surface (RSM), and a central composite factorial design (CCD) with three factors and six replicates of central point was applied. The 20 experiments were done in batch in 91h and samples were collected at different physiological stages of the culture, at maximum growth rate (log phase), at deceleration growth phase (2h initial at the entrance of the stationary phase) and at stationary phase (60h after reaching the maximum cell mass). It implicates that carotenogenesis is not associated with cellular growth. The maximum carotenoid yield per cell mass (μg/g) occurred at deceleration growth phase. The growth rate (μ) and total carotenoid yield (μg/g) calculations well- adjusted to the mathematical model, with R2 of 0.96 and 0.91, respectively, and the lack of fit was not significant (p>0.05). The levels of light (μmol m-2s-1), arabinose (%w/v) and temperature (°C) that created a maximum answer of total carotenoid yield (93.92 μg/g) were 100 μmol m-2s-1; 5% and 18 °C and growth rate (0.31h-1) were 63.6 μmol m-2s-1; 3.7% and 24.6 °C.