Llevats
La línia de recerca es centra en l'aplicació del model basat en l'individu per estudiar el comportament tant macroscòpic com microscòpic de poblacions de llevats. Per això, s'ha implementat INDISIM per modelitzar el creixement i el comportament de Saccharomyces cerevisiae en condicions de cultiu tancat o discontinu. Específicament, s'ha utilitzat INDISIM per modelitzar l'activitat biològica i metabòlica del llevat S. cerevisiae en cultiu tancat mitjançant l'establiment de normes de comportament per cada cèl·lula de llevat. Les característiques del simulador INDISIM pròpies del creixement del llevat fan referència principalment als processos de reproducció, inhibició i lisi de les cèl.lules de llevats.
Fig 1: El llevat del pa, Saccharomyces cerevisiae.
Imatge cortesia d'Alan Wheals, Universitat de Bath, Regne Unit.
L'adaptació de la metodologia INDISIM a l'estudi dels llevats, INDISIM-YEAST, modelitza l'evolució d'una població de llevats que es desenvolupa en un medi líquid, format per un entramat de cel·les tridimensonal, durant un cert peíode de temps. El cicle cel·lular simulat assumeix que, d'acord amb les observacions experimentals, les cèl.lules del llevat es reprodueixen per gemmació; que les gemmes deixen cicatrius en la cèl·lula originaria (mare), i que la divisió cel·lular és desigual. A més, el simulador té en compte els efectes deguts a les cicatrius deixades per les gemmes i l'aturada del creixement causada per l'etanol, la glucosa i l'excés de concentració de nutrients.
Ja que el model és molt complex, es simplifica suposant que el cicle cel·lular només consta de dues fases o intervals clàrament diferenciats. Les simulacions es realitzen per propietats promig de la població (propietats globals), així com també per propietats pròpies de les cèl·lules individuals que inclouen tant paràmetres fixos de la població com paràmetres que evolucionen en el temps. Tot i les simplificacions introduïdes, els resultats s'ajusten qualitativament a la tendència observada experimentalment, excloent el consum oxidatiu d'etanol que no ha estat modelitzat en la primera versió del simulador INSISIM-YEAST.
Es presenten els resultats de simulacions que modelitzen l'evolució temporal de magnituds "globals" del cultiu, com són els nutrients (la glucosa), el producte residual (etanol), la biomassa i el nombre total de cèl·lules viables. També presentem resultats de simulacions de: i) per a les distribucions de masses i edats genealògiques de les cèl.lules de llevat en els diferents estats de creixement del cultiu (fases de latència, de creixement exponencial, estacionaria i de mort), ii) del temps cobert per les diferents fases del cicle cel.lular, i de, iii) la biomassa per a cada una d'aquestes fases en funció de l'edat generalitzada de les cèl·lules del llevat.
INDISIM-YEAST també pot proporcionar pistes sobre oscil·lacions metabòliques, que nosaltres relacionem a una inhibició metabòlica dins el sistema. Les fluctuacions de la dissipació de calor reflecteixen bàsicament l'activitat catabòlica de les diferents fases del sistema. Es presenten les corbes microcalorimètriques experimentals potència-temps (PT) de dues soques de S. cerevisiae en cultiu tancat. Ambdues corbes exhibeixen oscil·ladcions d'alta freqüència en els temps més llargs d'aquestes corbes, coincidint amb períodes on el cultiu de llevat mostra una davallada de l'activitat metabòlica. Els orígens d'aquestes oscil·lacions s'han estudiat utilitzant INDISIM-YEAST. Segons les simulacions, la inhibició experimentada per cada cèl.lula individual és causada per la presència d'etanol. En la simulació, el mecanisme d'inhibició és discret i no implica necessàriament la participació de totes les cèl.lules de la població.
La floculació dels llevats és el fenomen de l'agregació cel·lular reversible i espontània per formar flocs macroscòpics. En els llevats cervesers -per exemple S. cerevisiae i S. carlsbergensis- aquesta apareix quan la fermentació primària gairebé ha acabat. El simulador INDISIM-YEAST no pot abordar el fenomen de la floculació dels llevats directament. Tot i això, l'estudi d'aquest fenomen s'ha realitzat mitjançant una adaptació molt simple d'INDISIM, que s'ha utilitzat per examinar les prediccions de dos models de floculació diferents. El primer, proposat per Calleja (1987), es coneix com "addition model" (model d'addició). El segon, proposat per Stratford (1992) es coneix com a "cascade model" (model en cascada). Les simulacions mostren que aquest darrer model presenta un major ajust qualitatiu a les dades experimentals disponibles.
Fig 3: La floculació del llevat. Extret de http://www.uovs.ac.za/fac/natural_agricultural/micro/mkboc/lipid/
Comparteix: