Lieviti enologici alto-produttori di glutatione ottenuti mediante strategia basata sull'evoluzione adattativa

Le strategie di evoluzione adattativa per il miglioramento genetico dei lieviti, sono ampiamente utilizzate in campo enologico. I vantaggi di queste strategie sono quelli di non introdurre geni ricombinanti estranei nel genoma dei microrganismi e di non richiedere una pregressa conoscenza dei geni coinvolti nell’espressione dei fenotipi desiderati. Infatti, sottoponendo i microrganismi a colture seriali o continue per diverse generazioni, in presenza di una specifica pressione selettiva, si selezionano i ceppi evoluti esprimenti il carattere d’interesse. Tuttavia, poiché lo screening dei microrganismi evoluti richiede necessariamente l’espressione di fenotipi selezionabili, ossia facilmente riconoscibili, tali strategie non sono applicabili per l’ottenimento di caratteristiche enologiche legate a variazioni e ricombinazioni genetiche non direttamente selezionabili, come nel caso della elevata produzione di glutatione (GSH), o di composti sensorialmente attivi. Ciò nonostante, questo limite è superabile individuando, nella pathway biosintetica del metabolita di interesse, uno o più step in cui applicare una pressione selettiva in modo da selezionare i ceppi evoluti potenzialmente in grado di esprimere il fenotipo desiderato. Questa strategia “evolution-based” è stata recentemente messa a punto e applicata per la selezione di ceppi di lievito alto produttori di GSH (De Vero et al., 2017). La strategia descritta si basa sulla formazione di ricombinanti attraverso la riproduzione sessuale e sulla successiva individuazione dei ricombinanti di interesse attraverso uno screening rapido e altamente selettivo basato sulla resistenza ad elevate concentrazioni di molibdato, tossico per le cellule nella forma ionica esavalente. Infatti, il molibdato applicato come pressione selettiva, consente di selezionare i ceppi evoluti con un metabolismo alterato relativamente alla pathway di assimilazione dei solfati e della biosintesi del GSH. Tale strategia ha permesso di individuare, tra i ceppi evoluti, resistenti a elevate concentrazioni di molibdato, quelli migliorati per la formazione di GSH (Mezzetti et al., 2014, 2017; Bonciani et al., 2018). Reference Bonciani, T., De Vero, L., Mezzetti, F., Fay, J.C. and Giudici, P. (2018) A multi-phase approach to select new wine yeast strains with enhanced fermentative fitness and glutathione production. Appl Microbiol Biotechnol 102, 2269–2278. De Vero, L., Bonciani, T., Verspohl, A., Mezzetti, F. and Giudici, P. (2017) High-glutathione producing yeasts obtained by genetic improvement strategies: a focus on adaptive evolution approaches for novel wine strains. AIMS Microbiol 3, 155–170. Mezzetti, F., De Vero, L. and Giudici, P. (2014) Evolved Saccharomyces cerevisiae wine strains with enhanced glutathione production obtained by an evolution-based strategy. FEMS Yeast Res 14, 977–87. Mezzetti, F., Fay, J.C., Giudici, P. and De Vero, L. (2017) Genetic variation and expression changes associated with molybdate resistance from a glutathione producing wine strain of Saccharomyces cerevisiae. PLoS One 12, e0180814.