Harnessing the systemic response of oenococcus oeni to ph and ethanol by experimental data integration into a genome-scale metabolic model
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Date
2017
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Abstract
La fermentación maloláctica es un proceso clave para determinar la calidad de vinos tintos y de algunos vinos blancos y espumantes, dado que mejora sus cualidades organolépticas. Sin embargo, este proceso todavía es escasamente comprendido y por ello el crecimiento de la principal bacteria que lleva a cabo este proceso, Oenococcus oeni, no siempre se logra. En este trabajo, se buscó una mejor comprensión del impacto del pH y el etanol sobre la fisiología de O. oeni en condiciones enológicas. Para ello, O. oeni PSU-1 fue cultivado en el medio definido MaxOeno basado en los componentes del vino, conteniendo 0, 3, 6, 9 and 12% v/v de concentración de etanol; y separadamente, en medio MaxOeno a pH 4,0, 3,5 and 3,2; en cada uno de los casos, cuatro fases de crecimiento fueron identificadas. Esta información experimental fue analizada por medio de dos modelos a escala genómica (MEG) por medio de un enfoque sistémico: iSM454, el primer MEG desarrollado para O. oeni PSU-1; e iMR453, la segunda versión de este modelo desarrollada durante esta tesis y que se encuentra balanceada por masa y carga. Para este análisis, dos novedosas metodologías fueron aplicadas: simulación simultánea de las fases de crecimiento, y el uso del algoritmo AUTOPAD, desarrollado en esta tesis, que permite ajuste del pH interno y externo de un MEG en base a la modificación del estado de protonación de sus metabolitos. Los resultados muestran que los ácidos málico y cítrico son vitales en condiciones de stress, dado que fueron capaces de contrarrestar más del 50% de la entrada de protones provocada por la F0F1-ATPasa, y con ello permitir mayor generación de energía; y que la síntesis de manitol y eritritol es una fuente importante de NAD(P)+, especialmente a alta concentración de etanol, donde puede regenerar el 51-57% de los cofactores usados por el catabolismo de azúcares. También, que el pH interno es una variable importante que debe ser considerada al estudiar bacterias acidofílicas como O. oeni, dado que el pH afecta los estados de protonación y con ello afecta las ventajas de utilizar una vía específica u otra para el consumo de protones.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2017