クラブツリーの陽性と陰性の違いに基づく酵母の代謝プロファイルの比較

クラブツリー効果には、酸素濃度が一定の制限を超える十分な溶解酸素の存在にもかかわらず、酵母が酸素の代わりに端子電子受容体として糖溶解を利用するエネルギー管理が含まれます。クラブツリー効果は、ベーカリー酵母の生産にとって有害です。これは、細胞グルコースの収率が低下するためです。Crabtree陽性酵母であるSaccharomyces cerevisiaeのバッチ培養物は、グルコースの細胞収量を減少させ、Candida utilisと比較して高い特定のグルコース消費率にもかかわらず、大量のエタノールを生成しました。この研究では、これらの特性が代謝物レベルに及ぼす影響を調査しました。液体クロマトグラフィータンデム質量分析とガスクロマトグラフィマス分析を使用して、バッチ培養の各成長段階で両方の酵母のメタボローム分析を実施しました。メタボロームデータの原理成分分析は、クラブツリー効果が中心代謝におけるNADH合成に関連する代謝産物に影響を与えることを示しました。S. cerevisiaeのこれらの代謝物の量は、C。utilisのそれよりも低かった。ただし、高レベルで特定のグルコース消費率を維持するには、酵母はグルコース利用に不可欠なNAD+の枯渇を避けなければなりません。我々の結果は、以前の報告に従って、S。cerevisiaeのアセトアルデヒドをエタノールに変換することによりNADHが酸化されたことを示した。したがって、S。cerevisiaeとC. utilisの特定のNADH生産率は違いを示していませんでした。この研究は、NAD+/NADH比がCrabtree効果によって破壊され、それが中心代謝に影響を与え、S。cerevisiaeがエタノールを生成することによりNAD+/NADH比を維持したことを示唆しました。

The Crabtree effect involves energy management in which yeasts utilize glycolysis as the terminal electron acceptor instead of oxygen, despite the presence of sufficient dissolved oxygen, when oxygen concentrations exceed a certain limit. The Crabtree effect is detrimental to bakery yeast production, because it results in lower cellular glucose yields. Batch culture of Saccharomyces cerevisiae, a Crabtree positive yeast, decreased the cell yield of glucose and produced large amounts of ethanol despite a high specific glucose consumption rate compared to Candida utilis, a Crabtree negative yeast. This study investigated the effect of these characteristics on metabolite levels. We performed metabolome analysis of both yeasts during each growth phase of batch culture using liquid chromatography-tandem mass spectrometry and gas chromatography-mass spectrometry. Principle component analysis of metabolome data indicated that the Crabtree effect affected metabolites related to NADH synthesis in central metabolism. The amount of these metabolites in S. cerevisiae was lower than that in C. utilis. However, to maintain the specific glucose consumption rate at high levels, yeasts must avoid depletion of NAD+, which is essential for glucose utilization. Our results indicated that NADH was oxidized by converting acetaldehyde to ethanol in S. cerevisiae, which is in accordance with previous reports. Therefore, the specific NADH production rates of S. cerevisiae and C. utilis did not show a difference. This study suggested that NAD+/NADH ratio is disrupted by the Crabtree effect, which in turn influenced central metabolism and that S. cerevisiae maintained the NAD+/NADH ratio by producing ethanol.