Στην παρούσα ερευνητική εργασία μελετήθηκε η επίδραση της φύσης της πηγής άνθρακα και του διαλυμένου οξυγόνου στο διμορφισμό της ζύμης Yarrowia lipolytica. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικά υποστρώματα, ένα υδρόφιλο (γλυκόζη) και ένα υδρόφοβο (ελαιόλαδο) και δύο διαφορετικοί ρυθμοί ανάδευσης (180 και 50 rpm) της καλλιέργειας για την εξασφάλιση διαφορετικών ποσοτήτων διαλυμένου οξυγόνου. Για τη διεξαγωγή των πειραμάτων χρησιμοποιήθηκε το στέλεχος Yarrowia lipolytica ACA-DC 50109, η καλλιέργεια του οποίου έγινε σε κωνικές φιάλες με ημι-συνθετικό θρεπτικό υλικό, περιοριστικό σε άζωτο, pH 6±0,5 και θερμοκρασία 28±1 oC, σε ανακινούμενο επωαστικό θάλαμο. Κατά τη διάρκεια της αύξησης του μικροοργανισμού και ανά τακτά χρονικά διαστήματα γινόταν καταμέτρηση της περιεκτικότητας της καλλιέργειας σε κύτταρα, παρατήρηση της μορφολογίας τους στο οπτικό μικροσκόπιο και υπολογισμός του ειδικού ρυθμού κατανάλωσης οξυγόνου σε αυτή. Η πειραματική διαδικασία ολοκληρώθηκε με τη λήψη εικόνων των διαφορετικών μορφών της Y. lipolytica από το Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης. Το φαινόμενο του διμορφισμού, δηλαδή η ικανότητα του μικροοργανισμού να αναπτύσσεται είτε ως μεμονωμένα κύτταρα ζύμης είτε ως μυκήλιο, παρατηρήθηκε και με τη γλυκόζη και με το ελαιόλαδο ως πηγή άνθρακα, αλλά μόνο σε χαμηλό ρυθμό ανάδευσης της καλλιέργειας, όπου οι συνθήκες ήταν πρακτικά αναερόβιες. Η μορφολογία της Y. lipolytica ήταν παρόμοια και επί των δύο υποστρωμάτων, με τον αριθμό των ψευδομυκηλίων και αληθών μυκηλίων να είναι μεγαλύτερος στην περίπτωση του ελαιόλαδου. Γενικά, ο διμορφισμός ελέγχεται από το συνδυασμό διαφόρων περιβαλλοντικών παραγόντων, εκ των οποίων το διαλυμένο οξυγόνο φαίνεται να έχει ισχυρότερη επίδραση από αυτή της φύσης της πηγής άνθρακα, όπως συνάγεται από την παρούσα μελέτη. / In this MSc thesis, the effect of the nature of the carbon source and the concentration of dissolved oxygen on the dimorphism of the yeast Yarrowia lipolytica, was studied. For this purpose, a hydrophilic (glucose) and a hydrophobic (olive oil) substrate were used as well as two different shaking speeds (180 and 50 rpm) of the cultivation. Yarrowia lipolytica ACA-DC 50109 strain was cultivated in conical flasks, using semi-synthetic, nitrogen limited medium, at pH 6±0.5 and a temperature of 28±1 oC, in a shaking incubator. During growth cycle and at regular intervals, cell count, observation in an optical microscope and calculation of the specific oxygen uptake rate, were performed. Scanning Electron Microscopy (SEM) was also used to provide pictures of the different morphological forms of Y. lipolytica. Dimorphism, which refers to the ability of this microorganism to develop distinct cellular forms (yeast-like cells, mycelium), was observed in both glucose- and olive oil-based cultures but only at a low shaking speed, where practically anaerobic conditions prevailed. The morphology of Y. lipolytica was similar upon both substrates whereas more and larger true mycelia and pseudomycelia were noticed in the case of olive oil carbon source. Generally, dimorphism is influenced by the interplay of a variety of environmental stimuli, from which dissolved oxygen seems to have a stronger effect than the carbon source nature, as it is indicated in the present study.

Οι επιφανειοδραστικοί παράγοντες είναι αμφίφιλα μόρια, αποτελούμενα από μια υδρόφιλη κεφαλή και μια υδρόφοβη ουρά. Η ιδιαίτερη δομή τους τα καθιστά ικανά να μειώνουν τις επιφανειακές και διεπιφανειακές τάσεις, μεταξύ διαφορετικών υγρών φάσεων, αλλά και μεταξύ αέριων-υγρών φάσεων. Η ιδιότητα τους αυτή, σε συνδυασμό με την ικανότητά τους να δομούν γαλακτώματα ελαίων σε νερό (oil in water) ή νερού εντός ελαίων (water in oil), αποδεικνύεται ιδιαίτερα χρήσιμη και εν δυνάμει εφαρμόσιμη, σε πολλούς τομείς της σύγχρονης βιομηχανίας. Από την σύνθεση απορρυπαντικών ουσιών και προϊόντων προσωπικής υγιεινής, την παραγωγή φυτοφαρμάκων, παρασιτοκτόνων, ζιζανιοκτόνων και μυκητοκτόνων, έως τη σύνθεση φαρμακευτικών σκευασμάτων, αλλά και τη χρήση τους για την ανάκτηση ελαίων και τη βιοεξυγίανση χερσαίων και υδρόβιων συστημάτων, φαίνεται η υψηλή σημασία των ουσιών αυτών. Σήμερα, οι χημικοί επιφανειοδραστικοί παράγοντες χρησιμοποιούνται ευρέως στο εμπόριο, τόσο λόγω του χαμηλού κόστους παραγωγής τους, όσο και της αποδοτικότητάς τους. Ωστόσο, οι βιολογικά συντιθέμενοι επιφανειοδραστικοί παράγοντες, προσφέρουν μια πληθώρα πλεονεκτημάτων έναντι των αντίστοιχων χημικών. Είναι πιο συμβατοί με το περιβάλλον, λιγότερο τοξικοί, συντίθενται από μια πληθώρα μικροοργανισμών και διαρκώς ανακαλύπτονται νέοι βιοεπιφανειοδραστικοί παράγοντες με διαφορετικές ιδιότητες. Εάν η σύνθεσή τους συνδυαστεί με την παραγωγή κέρδους, τότε θα έχουν όλα τα φόντα να παραγκωνίσουν τους χημικά συντιθέμενους ανταγωνιστές τους. Ιδιαίτερα σημαντική είναι η σύνθεση βιοεπιφανειοδραστικών παραγόντων από ζύμες, καθώς οι μικροοργανισμοί αυτοί, στην πλειοψηφία τους, είναι ασφαλέστεροι από τα βακτήρια. Επιπλέον, η χρήση γλυκερόλης, που αποτελεί υδατοδιαλυτό υπόστρωμα, ως μοναδική πηγή άνθρακα και ενέργειας, οδηγεί σε πλήρη απελευθέρωση των ουσιών αυτών στο μέσο καλλιέργειας, στις περιπτώσεις που αυτές παράγονται. Στην παρούσα εργασία διερευνήθηκε η ικανότητα έξι στελεχών ζυμών να αυξάνονται, να συσσωρεύουν ενδοκυτταρικά λιπίδια και να συνθέτουν βιοεπιφανειοδραστικούς παράγοντες παρουσία υποστρώματος γλυκερόλης. Η ανάπτυξη όλων των ζυμών ήταν ικανοποιητική, εκτός από την περίπτωση της C. tropicalis, η οποία δεν αναπτύχθηκε, στο παρόν υπόστρωμα. Επιπλέον συσσώρευσαν ενδοκυτταρικά λιπίδια σε διαφορετικά ποσοστά, η σύσταση των οποίων σε λιπαρά οξέα ήταν τυπική για αυτούς τους μικροοργανισμούς. Δύο εκ των στελεχών που μελετήθηκαν, τα C. curvatus και P. ciferrii, βρέθηκε να συνθέτουν βιοεπιφανειοδραστικούς παράγοντες με γαλακτωματοποιητική ικανότητα. Για την πρώτη δεν έχει αναφερθεί στο παρελθόν η ικανότητα σύνθεσης τέτοιων ουσιών, ωστόσο για τη δεύτερη, είναι γνωστό ότι συνθέτει πλήρως ακετυλιωμένες τετραακέτυλ-φυτοσφιγγοσίνες, που αποτελούν πρόδρομα μόρια των σφιγγολιπιδίων, σημαντικό κλάσμα λιπιδίων των κυτταρικών μεμβρανών στα θηλαστικά. / Surfactants are amphiphilic molecules, comprising of a hydrophilic head group and a hydrophobic tail group. Their unusual structure makes them capable of reducing surface tension at the air/water interfaces and the interfacial tension at oil/water interfaces. This ability, which is sometimes associated, in the case of emulsifiers, with the formation of oil-in-water or water-in-oil emulsions, is very useful in many areas of industry. Many detergents and personal care products, as well as, many herbicides, pesticides and fungicides utilize surfactants as main ingredients. Their antimicrobial and anti-adhesive properties, makes them possible pharmaceutical agents. They can be also used in oil recovery and bioremediation processes. All these usages prove the great importance of surfactant agents. Today most of the commercially used surfactants are chemically synthesized, due to their low cost and high yield. However, biosurfactants present many advantages over the chemical ones. The first are more compatible with the environment, they present lower toxicity, they can be synthesized by many different microorganisms and newly synthesized biosurfactants, with various abilities, are being discovered all time. As soon as their production gets accompanied with profit, they will become extremely competitive over the chemically synthesized surfactants. The synthesis of biosurfactants from yeasts is quite important. These microorganisms, in their majority, are safer than bacteria. In addition, using glycerol, which is a water soluble substrate, as the only carbon and energy source, leads biosurfactants to be fully secreted in the culture medium. In the present study, the ability of six yeast strains to grow, accumulate intracellular lipids and produce biosurfactants on the presence of glycerol, was investigated. Growth of all microorganisms studied was satisfying, except for C. tropicalis, which showed no significant growth, on the current medium. They also accumulated intracellular lipids in various amounts. The fatty acid composition of these lipids was typical of these microorganisms. Two of the yeast strains studied, namely C. curvatus και P. ciferrii, was found to produce biosurfactants with emulsifying ability. No previous literature exists about the first one, producing such kind of agents. However, P. ciferrii is known to produce fully acetylated tetraacetyl-phytosphingosines, which constitute precursors of sphingolipids, an important fraction of lipids of mammalian cell membranes.