Yarrowia lipolytica a la particularité de pousser sur de nombreux substrats hydrophobes et de les métaboliser via la β-oxydation ou de les stocker dans des corps lipidiques. Le premier contact entre la cellule et les substrats hydrophobes se déroule sur la surface cellulaire. A cette étape, la composition de la paroi cellulaire en protéines, en β-glucane et en chitine pourrait jouer un rôle important sur l’adhésion et la prise en charge des substrats hydrophobes. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié l’effet d’une source de carbone hydrophobe (par rapport au glucose) et de la composition du milieu de culture sur la structure pariétale et la production de mélanine chez Y. lipolytica. Les résultats de nos analyses biochimiques et moléculaires ont montré que l’oléate de méthyle (un composé utilisé comme modèle de source de carbone hydrophobe) a induit des modifications au niveau de la paroi cellulaire et que ces modifications ont conduit ou non à l’adhésion de gouttelettes lipidiques à la surface cellulaire ; à une modification du contenu des composés pariétaux ; à la résistance des cellules à des composés toxiques ayant pour cible la paroi cellulaire ; et à la modification des profils d’expression de 27 gènes analysés codant des protéines de paroi cellulaire. L’identité des gènes surexprimés suggère la participation de leurs protéines dans l’intégrité de la paroi cellulaire, dans l’adhésion des gouttelettes lipidiques et dans la réponse au stress par l’oléate de méthyle et/ou le manque d’azote. Nos résultats ont aussi montré que la présence d’oléate de méthyle, huile de ricin et ricinoléate de méthyle a induit la production de DHN-mélanine chez une souche génétiquement modifiée de Y. lipolytica (MTLY40-2p) dont la β-oxydation est affectée / Yarrowia lipolytica can grow on many hydrophobic substrates and metabolize them via the β-oxidation pathway or store them into lipid bodies. The first contact between the cell and the hydrophobic substrates is by the cell wall. In this step, cell-wall proteins (CWP), β-glucane and chitin of the cell wall could play an important role for the adhesion and uptake of hydrophobic substrates. The aim of this work was to study the effect of a hydrophobic carbon source (compared with glucose) and the culture medium composition on the cell wall composition and the melanin production by Y. lipolytica. The results of our biochemical and molecular analysis showed that the presence of methyl oleate and the nutrients composition of the culture media have induced some modifications at the cell wall level. These modifications were linked with the adhesion or not of the lipid droplets to the cell surface; with a modified content of the cell wall components; with a resistance to compounds that are toxic for the cell wall, and with the modification of the expression patterns of 27 CWP genes analyzed in this work. The identity of the over-expressed CWP genes suggests the participation of their proteins in the cell wall integrity, in the adhesion of lipid droplets and in the stress response to methyl oleate and/or the nitrogen starvation. Our results have also shown that the presence of the lipids methyl oleate, castor oil and methyl ricinoleate induced the production of DHN-melanin by a mutant strain in which the β-oxidation is affected / Yarrowia lipolytica tiene la capacidad de crecer sobre numerosos substratos hidrofóbicos y demetabolizarlos a través de la β-oxidación o de almacenarlos en cuerpos lipídicos. El primercontacto entre la célula y los substratos hidrofóbicos se lleva a cabo mediante la pared celular.En esta etapa, la composición en proteínas, β-glucano y quitina de la pared celular podríajugar un papel importante en la adhesión y la toma de substratos hidrofóbicos. En el presentetrabajo se estudió el efecto de una fuente de carbono hidrofóbica (en comparación conglucosa) y la composición del medio de cultivo sobre la composición de la pared celular y laproducción de melanina en Y. lipolytica.Los resultados de nuestros análisis bioquímicos y moleculares mostraron que el oleato demetilo (un compuesto utilizado como fuente de carbono hidrofóbica) indujo modificacionesen la pared celular y estas modificaciones condujeron al aumento o la disminución de laadhesión de gotas lipídicas a la superficie celular; a la modificación del contenido de loscompuestos de la pared celular; a la resistencia de las células a compuestos tóxicos que tienencomo blanco la pared celular; y a la modificación del perfil de expresión de 27 genes quecodifican para proteínas putativas de la pared celular. La expresión de algunos de estos genesse indujo desde las primeras horas de cultivo en presencia de oleato de metilo. La identidad delos genes sobre-expresados sugiere la participación de sus proteínas en mecanismos como laintegridad de la pared celular, la adhesión de las gotas lipídicas a la superficie celular y larespuesta a estrés inducido por oleato de metilo y/o por la falta de nitrógeno en el medio.Nuestros resultados también mostraron que la presencia de oleato de metilo, de aceite dericino y de ricinoleato de metilo en el medio de cultivo, indujo la producción de un pigmentocafé en una cepa mutante de Y. lipolytica (MTLY40-2p) afectada en la β-oxidación. Ademásobservamos que el perfil espectroscópico la pared celular de la mutante MTYL40-2p, semodifica en función del substrato hidrofóbico presente en el medio de cultivo. Nuestrosresultados sugieren que el pigmento café es DHN-melanina y que la ausencia de peptona en elmedio de cultivo afecta la biosíntesis de esta melanina. A partir de un análisis in silicoproponemos los genes putativos para la biosíntesis de DHN-melanina en Y. lipolytica

Les acides dicarboxyliques (DCA) sont des composés de base pour la production de polymères, plastiques, lubrifiants, antibiotiques et parfums. Bien que de grand intérêt, les DCA qui comportent une chaîne aliphatique supérieure à douze atomes de carbone sont difficilement synthétisables par la voie chimique. L'objet de cette étude est de développer un procédé biotechnologique pour produire ces composés par bioconversion de matières premières renouvelables (huile de tournesol oléique) via la levure Yarrowia lipolytica. <br />Chez les souches sauvages, les acides gras sont principalement dégradés par la voie de la Β-oxydation. Nous avons bloqué la première étape de la Β-oxydation par disruption séquentielle des six gènes codant les acyl-CoA oxydases permettant ainsi de réorienter le flux d'acides gras vers l'ω-oxydation qui conduit à la production de DCA. L'amélioration de la production des DCA a été obtenue par l'augmentation de l'activité d'hydroxylation, impliquée dans l'ω-oxydation, en surexprimant les gènes codant la NADPH cytochrome P450 réductase et les 12 cytochromes P450. Néanmoins, la moitié du substrat s'accumule dans les corps lipidiques. Ce stockage a été réduit, par disruption de gènes, entraînant ainsi une augmentation du rendement de bioconversion.<br />Enfin, l'étude de mutants d'insertion a révélé l'implication de 5 ABC transporteurs PDR qui confèrent la résistance aux drogues. L'étude fonctionnelle de cette famille a démontré que le transporteur Abc1p serait un exporteur membranaire spécifique des alcanes à longue chaîne carbonée, constituant le premier ABC transporteur PDR responsable de l'export de molécules physiologiques. <br /> Ces travaux ont permis de développer une souche améliorée de Y. lipolytica pour la production de DCA à partir d'huiles végétales.

Yarrowia lipolytica est une levure oléagineuse qui possède un remarquable potentiel de croissance et d'accumulation de lipides dans des milieux hydrophobes. Au cours de cette étude nous avons approfondi nos connaissances du métabolisme lipidique chez cette levure en mettant l'accent sur la capacité d'accumulation et de dégradation des lipides, la régulation et les interactions des différentes voies métaboliques. L'étude des enzymes du métabolisme des microorganismes oléagineux et de leurs particularités fonctionnelles, en comparaison avec celles des microorganismes non oléagineux, a permis de se focaliser sur des enzymes candidates pour être impliquées dans le caractère oléagineux. L'objectif de cette étude est de combiner les connaissances physiologiques sur cette levure avec les outils génétiques existants afin d'utiliser Y. lipolytica comme une usine cellulaire pour la production de grandes quantités de lipides ayant un intérêt industriel. Afin de rediriger les flux de carbone vers la synthèse de lipides, le gène GUT2, qui code l'un de deux isomères de la glycérol-3-phosphate déshydrogénase, ainsi que la voie de la β-oxydation ont été invalidés chez Y. lipolytica, conduisant à une forte augmentation de l'accumulation des lipides. Afin d'identifier l'étape limitante de la synthèse des TAG et de construire des souches aux profils lipidiques modifiés nous avons joué sur le niveau d'expression des acyltransférases et des désaturases. La contribution relative des acyltransférases dépend de la phase de croissance et leurs affinités vis-à-vis des substrats donneurs d'acyle sont complémentaires. La modification des désaturases a permis d'accumuler des acides gras spécifiques, démontrant ainsi qu'il est possible de moduler le profil des lipides accumulés chez Y. lipolytica. Cette étude nous a permis de construire des souches hyperaccumulatrices aux profils lipidiques tels qu'ils permettront de leur trouver des applications biotechnologiques dans la filière des biocarburants ou dans l'industrie oléochimique en tant qu'unités alternatives pour la production de substrats spécifiques.

Le métabolisme du soufre, qui occupe une place centrale au sein de la cellule, est aussi important lors de la fabrication des fromages à pâte molle à croûte lavée. L'écosystème fromager assimile les acides aminés soufrés et peut ainsi produire des composés soufrés volatils (CSVs) indispensables à la flaveur de ces produits. Nous avons étudié le métabolisme du soufre chez deux micro-organismes d'affinage, les levures hémiascomycètes Kluyveromyces lactis et Yarrowia lipolytica. L'analyse in silico du phylum des hémiascomycètes nous a donné pour la première fois une vision évolutive de ce métabolisme. Nous avons relevé des différences fondamentales au niveau de la synthèse de la cystéine mais aussi au niveau des enzymes impliquées dans la production de CSVs. Cette analyse constitue une base solide pour l'étude du métabolisme du soufre. Nous avons combiné plusieurs approches exploratoires (transcriptome, métabolome, dosage des CSVs) afin d'avoir une vision globale de ce métabolisme chez K. lactis et Y.lipolytica. Les différences observées se situent notamment au niveau des voies de synthèse de la cystéine et de la taurine. La production de CSVs semble liée à la surexpression de transaminases spécifiques à chaque espèce combinée à l'accumulation de méthionine intracellulaire. L'affinage du fromage dépendant de tout un écosystème, nous avons également étudié l'interaction entre deux micro-organismes d'affinage, K. lactis et Brevibacterium aurantiacum via une approche transcriptomique, en comparant l'expression d'une co-culture à celle des cultures pures. Nous avons observé de profondes modifications métaboliques touchant notamment le métabolisme du carbone et celui de la biotine.

This thesis purposes and develops inductively coupled LC (inductive-capacitive) pH sensors based on pH-sensitive electrode pair. The LC resonator circuit is based on a varactor and measures the low frequency potential difference. For wireless pH monitoring, the resonator circuit is integrated with a pH-sensitive electrode pair. This sensor demonstrates a linear response over 2 to 12 pH dynamic range, 0.1 pH accuracy and long-term stability. Accurate measurement of pH using electrode-based sensors is affected by temperature variation. A technique of simultaneously measuring two parameters, pH and temperature, with a single RLC resonator based sensor is presented. An algorithm is developed, which applies both pH and temperature measurement to incorporate temperature compensation in pH measurement. For in-fluid applications, an encapsulation method is applied to the LC resonator based sensor to reduce the influence of medium permittivity and conductivity on the sensor measurement. Non-invasive way to obtain reliable pH information from bacterial culture bioprocesses is demonstrated with the fluid embeddable sensor. The pH sensor is remodeled to an acidic and basic volatile sensor by embedding the electrodes in a hydrogel host electrolyte. Tests demonstrate that the volatile sensor has a detection limit of 1.5 ppm and 2 ppm for ammonia and acetic acid vapor, respectively. Application of the volatile sensor to fish spoilage monitoring shows that the sensor is capable of detecting the product rejection level with good sensitivity in real-time. It is important to develop low cost wireless passive pH sensor technologies for embedded applications such as bioprocess and food spoilage monitoring. The electrode-based passive LC sensor approach employed in this thesis overcomes drawbacks of some of the early developed passive pH sensors and can lead to an inexpensive implementation using printed electronics technology.

Yeasts are traditionally used as part of the surface microflora in surface-ripened cheeses, where they contribute positively to the flavour of the cheese. The primary objective of this study was to investigate the potential of three dairy yeasts to provide attributes as adjuncts in anaerobically ripened cheeses. Geotrichum candidum (B9001), Yarrowia lipolytica (B9014) and Candida kefyr (B9006), obtained from the Fonterra Co-operative Group Ltd, Palmerston North, New Zealand, were studied. They showed diverse metabolic activities in laboratory media, which were influenced by the growth conditions. The metabolic activities of special interest were the lipase and proteinase activities and the production of volatile compounds, as these are important for cheese ripening and flavour development. Lipase activity (p-nitrophenyl butyrate assay) and proteinase activity (fluorescein isothiocyanate β-casein assay) were determined in three fractions prepared from yeast cultures and designated as extracellular fraction, washed-cell fraction and intracellular fraction. Lipase activity of G. candidum was detected only in the extracellular fraction and increased five fold when induced by safflower oil in a shake culture (0.16 µM/min/mL supernatant at 24 h). Lipase expression was delayed in static cultures. Y. lipolytica showed lipase activity in extracellular, washed-cell and intracellular fractions under all conditions. Static cultures in both glucose and safflower oil media showed higher lipase activity than shake cultures. The lipase activity of Y. lipolytica was higher in the late stationary phase than in the log phase under all conditions tested. The highest lipase activity was detected in a 192 h static culture grown in safflower oil medium (0.13 µM/min/mg dry cell weight, 0.3 µM/min/mg dry cell weight and 4.29 µM/min/mL supernatant in the intracellular, washed-cell and extracellular fractions respectively). C. kefyr did not show any lipase activity (< 0.03 µM/min/mL culture) under any of the growth conditions tested. Proteinase activity was detected in the intracellular fraction of 72 h shake cultures of G. candidum grown in both glucose medium and safflower oil medium (154 and 122 RFU/min/mg dry cell weight respectively) but was not detected in static cultures. Proteinase activity was absent in the Y. lipolytica cultures under all conditions tested (< 10 RFU/min/mL culture). C kefyr showed low proteinase activity (12-74 RFU/min/mL supernatant) in the extracellular fraction only in shake cultures grown in glucose medium. Volatile compounds of the headspace were sampled and analysed using solid phase microextraction (SPME) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The concentrations of volatile compounds were highest in shake cultures grown in glucose medium for all three yeasts. All yeasts produced several alcohols. Several esters were also detected in the G. candidum and C. kefyr cultures whereas aldehydes were detected only in the G. candidum cultures. G. candidum and Y. lipolytica were selected for cheese production trials because of their active cheese ripening enzymes. These yeasts, grown under different conditions, were added to Cheddar cheese (10 L vat). The yeast adjuncts influenced the cheese ripening by lipolysis [in terms of the production of free fatty acids (FFAs) analysed by gas chromatography-flame ionisation detector (GC-FID)] and the production of volatile compounds (SPME-GC-MS), whereas proteolysis (analysed by size-exclusion high performance liquid chromatography) by yeast enzymes was not obvious. The influence of Y. lipolytica as an anaerobic adjunct to cheese ripening was dependent on the growth conditions used during its propagation in laboratory media. The concentration of total FFAs was very high (37.1 mg/g cheese at 6 months) when a 192 h Y. lipolytica culture grown in safflower oil medium was added to a cheese make, whereas the cultures grown in glucose medium did not have any detectable effect. Addition of G. candidum culture to the cheese curd was more effective than its addition to the cheese milk. Both G. candidum and Y. lipolytica lipase(s) selectively hydrolysed the long-chain unsaturated fatty acids from the milk triglyceride in the cheese environment. Also, Y. lipolytica lipase exhibited some selectivity towards hydrolysis of butyric acid from the milk fat in the cheese. 2-Heptanone, 3-methyl-2-butanone and 2-nonanone were detected (1-10 x 106 relative peak area) only in the cheeses with yeast adjuncts but not in the control cheese. Enhancement of the production of both conjugated linoleic acid (CLA) and ethyl esters in a washed-curd, dry-salted cheese (375 L vat), made with G. candidum, Y. lipolytica, Propionibacterium freudenreichii ssp. shermanii, Lactobacillus fermentum and Lb. rhamnosus, was only partially successful. Higher concentrations of ethyl esters (> five fold; analysed by SPME-GC-MS) were produced in the cheeses made with yeast adjuncts. However, the concentration of total CLA (free plus esterified; analysed by GC-FID) did not increase although a higher concentration of free linoleic acid (> 10 fold), the substrate for CLA synthesis, was produced in the cheeses made with yeast adjuncts. A study of the formation of aromatic volatile compounds by C. kefyr in a medium containing L-phenylalanine (L-phe) showed that the yeast's ability to produce phenyl ethanol, phenyl ethyl acetate and benzaldehydc (analysed by SPME-GC-MS) was enhanced with an increase in the initial L-phe concentration (in the experimental range; analysed by enzymatic assay using phenylalanine ammonia lyase), but the yield was very low (20-27%). The initial concentration of glucose (in the experimental range; analysed by enzymatic assay using Peridochrom glucose reagent) did not affect the production of these aromatic volatile compounds. This study successfully showed that the yeasts G. candidum and Y. lipolytica, when used as anaerobic adjuncts, can influence the ripening and flavour development in Cheddar and washed-curd, dry-salted cheeses. The study also showed the capability of C. kefyr to produce aromatic volatile compounds from amino acid fermentation but the yields need to be increased by further manipulation of the medium components and the culture conditions before this capability can be used commercially.

Diplomová práce se zabývá vlivem uhlíkatého plniva na životaschopnost a produkci extracelulárních látek vybrané bakterie Bacillus subtilis (CCM 1999) a kvasinky Yarrowia lipolytica (CCY 29-26-52). Antimikrobiální aktivita těchto částic, přítomných v kultivačním mediu, byla sledována pomocí následujících parametrů: růst daného mikroorganismu, produkce extracelulárních proteinů a v poslední řadě byla monitorována produkce extracelulárních polymerních substancí, které mají úzkou souvislost s tvorbou biofilmu. Suspenze materiálů (0,135 mg/mL) byly připraveny ve dvou rozdílných kultivačních mediích; tzn. živné medium s obsahem glukózy pro Bacillus subtilis a bazální medium s přídavkem Tweenu 80 pro Yarrowia lipolytica, a media byla inokulována příslušným typem mikroorganismu. Experimenty probíhaly po dobu 6 dnů při rychlosti třepání 160 rpm a teplotě 30 °C pro Bacillus subtilis a 28 °C pro Yarrowia lipolytica. Testovány byly celkem tři typy uhlíkatého nanomateriálu, získané z Katedry anorganické chemie, Vysoké školy chemicko-technologické v Praze. Tyto materiály specifikované jako materiál “A”, “B” a “C” se navzájem lišily velikostí částic a stupněm oxidace. Na základě skríningových studií byla vybrána koncentrace testovaného materiálu 0,135 mg/mL a rychlost třepání 160 rpm. Metodou měření optické hustoty vzorku při 600 nm byly sestaveny a porovnány růstové křivky obou mikroorganismů v přítomnosti testovaných nanočástic po dobu 5 dní. Tímto způsobem bylo zjištěno, že přítomnost nanočástic v mediu nemá velký vliv na růst zkoumaného mikroorganismu. Tato metoda, je však pouze orientační, protože se nevyhneme chybě díky přítomnosti mrtvých buněk. Dále byla testována produkce celkových a extracelulárních proteinů daným mikroorganismem v přítomnosti testovaných nanočástic. Nebyla však pozorována výrazná odchylka hodnot od hodnot kontrolního vzorku, který neobsahoval testovaný materiál. Na základě metod počítání kolonií (Bacillus subtilis) a buněk (Yarrowia lipolytica) byly určeny ztráty životaschopnosti mikroorganismu ve 3 časech (6, 48 a 144 hodin); v kratším časovém intervalu byl růst spíše podporován. Dále byla monitorována produkce extracelulárních polymerních substancí (EPS), tedy proteinů, redukujících substancí a polysacharidů. Tyto látky byly vylučovány daným mikroorganismem do prostředí v průběhu 24 hodin. Bacillus subtilis produkoval EPS ve větší míře než Yarrowia lipolytica. Předpokládáme, že produkce EPS by mohla souviset s tvorbou biofilmu, který chrání buňky před toxicitou nanočástic.

No description available.

Μελετήθηκε ο μεταβολισμός της γλυκερόλης στη ζύμη Yarrowia lipolytica ACA–DC 50109 με έμφαση στη μετατροπή της σε λιπίδια και κιτρικό οξύ, μεταβολικά προϊόντα που παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τη βιοτεχνολογία. Σε καλλιέργειες που πραγματοποιήθηκαν σε βιοαντιδραστήρα διαλείποντος έργου, επί πολλαπλώς περιοριστικού μέσου, διαπιστώθηκε η ύπαρξη τριών διακριτών φάσεων αύξησης που χαρακτηρίζονται από ιδιαίτερα μορφολογικά και βιοχημικά χαρακτηριστικά: η φάση βιοσύνθεσης κυτταρικής μάζας (κατά την οποία συντέθηκαν 4–4,5 g/l βιομάζας), η ελαιογόνος φάση (κατά την οποία πραγματοποιήθηκε συσσώρευση λιπιδίων 20–22% wt/wt επί ξηρής βιομάζας, 90% wt/wt των οποίων ήταν ουδέτερα) και η φάση παραγωγής κιτρικού οξέος (κατά την οποία εκκρίθηκαν στο περιβάλλον της αύξησης 14–30 g/l κιτρικού οξέος). Κατά τη διάρκεια των ανωτέρω φάσεων η ζύμη διήλθε από διάφορα μορφολογικά στάδια: μικρού μήκους αληθή μυκήλια και ψευδομυκήλια που κυριάρχησαν των κυττάρων ζύμης κατά τη φάση βιοσύνθεσης κυτταρικής μάζας, ευμεγέθη κύτταρα κατά τη φάση της ελαιογένεσης και μικρού μεγέθους κύτταρα ζύμης κατά τη φάση παραγωγής κιτρικού οξέος. Η γλυκερόλη διαπερνά την κυτταροπλασματική μεμβράνη με διευκολυνόμενη διάχυση και καταβολίζεται μέσω των αντιδράσεων της κινάσης της γλυκερόλης – GK και της NAD+ εξαρτώμενης αφυδρογονάσης της 3–P–γλυκερόλης. Την υψηλή ενεργότητα της NAD+ εξαρτώμενης ισοκιτρικής αφυδρογονάσης (NAD+–ICDH) κατά τη διάρκεια της φάσης βιοσύνθεσης κυτταρικής μάζας διαδέχθηκε σημαντική πτώση της ενεργότητάς της, επάγοντας τη λιπογένεση. Απρόσμενη αποδόμηση των αποθεματικών (ουδέτερων) λιπιδίων και σημαντική βιοσύνθεση γλυκολιπιδίων, σφιγγολιπιδίων και φωσφολιπιδίων – Ρ παρατηρήθηκε κατά τη διάρκεια της φάσης παραγωγής κιτρικού οξέος, φάση κατά την οποία η ενεργότητα της GK είχε μειωθεί σημαντικά ενώ η ενεργότητα της NAD+–ICDH είχε σχεδόν μηδενιστεί. Το ελαϊκό οξύ ήταν το κυριότερο λιπαρό οξύ ενώ η φωσφατιδυλχολίνη – PC το κύριο Ρ. Σε συνεχές σύστημα καλλιέργειας επί θρεπτικού υλικού περιοριστικού σε άζωτο, βιοσυντέθηκαν περιορισμένες μόνο ποσότητες λιπιδίων (~10% wt/wt, επί της ξηρής βιομάζας), γεγονός που μπορεί αποδοθεί στο ότι δεν υπήρχε μια περιοχή του ειδικού ρυθμού αραίωσης (D, h–1) στην οποία τα ένζυμα – κλειδιά που εμπλέκονται στη λιπογένεση (όπως η ΑΤΡ:κιτρική λυάση – ATP:CL και το μηλικό ένζυμο – ME) να παρουσιάζουν συγχρόνως υψηλές ενεργότητες, ενώ η ενεργότητα της NAD+–ICDH μειώθηκε, όχι όμως σημαντικά, στους χαμηλούς D. Η ενεργότητα της ATP:CL χαρακτηρίστηκε από υψηλές τιμές (60–300 Units/mg DW) σε D 0,033 h–1 ενώ οι μέγιστες τιμές ενεργότητας του ME (650 Units/mg DW) εμφανίστηκαν σε D=0,104 h–1. Τα λιπίδια της ζύμης ήταν περισσότερο ακόρεστα σε ενδιάμεσες τιμές D. Σε όλους τους D η φωσφατιδυλαιθανολαμίνη – PE, η φωσφατιδυλινοσιτόλη – PI και η PC αντιπροσωπεύουν τις κυριότερες κλάσεις των Ρ. Όσον αφορά τη μορφολογία της ζύμης, βρέθηκε ότι σε D<0,055 h–1 επικρατούσαν αληθή μυκήλια και ψευδομυκήλια ενώ σε D 0,055 h–1 παρατηρήθηκαν μόνο κύτταρα ζύμης. Σε πειράματα που πραγματοποιήθηκαν επί θρεπτικού υλικού περιοριστικού σε άζωτο, σε D=0,026 h–1, σε διαφορετικές συγκεντρώσεις διαλυμένου οξυγόνου – DO παρατηρήθηκε αυξημένο ποσοστό του κλάσματος των Ρ επί των ολικών λιπιδίων στις ακραίες σε τιμές DO ( 70% και 7%). Ανεξάρτητα των τιμών DO η PC ήταν η κλάση με το μεγαλύτερο ποσοστό, ακολουθούμενη από την PI και PE. Ειδικότερα το ποσοστό της ΡΕ παρουσιάστηκε ιδιαίτερα αυξημένο σε ενδιάμεσες τιμές DO (20% και 30%). Σε DΟ 50% επικρατούσαν αληθή μυκήλια και ψευδομυκήλια ενώ σε DΟ 50% εμφανίστηκαν στην καλλιέργεια περισσότερα κύτταρα ζύμης. Σε πειράματα που πραγματοποιήθηκαν σε D=0,026 h–1 βρέθηκε ότι ο περιορισμός της αύξησης από ιχνοστοιχεία όπως το μαγνήσιο και το ασβέστιο τα οποία εμπλέκονται σε πολλαπλές κυτταρικές λειτουργίες, είχαν δυσμενή επίδραση στη φυσιολογία της ζύμης, ωστόσο η σύσταση των λιπιδίων σε λιπαρά οξέα δεν επηρεάστηκε από τη φύση του περιοριστικού για την αύξηση παράγοντα. Η παρούσα διδακτορική διατριβή φιλοδοξεί να συμβάλει στη μελέτη της φυσιολογίας των ελαιογόνων μικροοργανισμών και στη χρήση της γλυκερόλης ως υποστρώματος σε μελλοντικές βιοτεχνολογικές εφαρμογές. / In this thesis the metabolism of glycerol in Yarrowia lipolytica ACA–DC 50109, with emphasis on glycerol conversion into value–added biotechnological products, such as single cell oils and citric acid, was studied. The growth of Y. lipolytica was studied in bioreactor batch cultures in multiple limited medium and three distinct phases were identified during growth cycle. In each phase, yeast cells were characterized by specific morphological and biochemical features: biomass formation phase (in which 4–4.5 g/l of biomass were synthesized), lipogenic phase (in which 20–22% lipids wt/wt in dry weight were accumulated in biomass, containing 90% wt/wt neutral lipids) and citric acid production phase (in which 14–30 g/l of citric acid were secreted in the growth environment). Distinct cellular forms of Y. lipolytica were developed during the above phases: in biomass formation phase short true mycelia and pseudo–mycelia were predominant while a few yeast–like cells were observed, in lipogenic phase large obese cells were predominant and in citric acid production phase cells size was diminished. Glycerol passes into the microbial cell by facilitated diffusion. Y. lipolytica successfully converts glycerol via phosphorylation pathway, in which glycerol kinase (GK) and glycerol–3–P–dehydrogenase are implicated. Though high activity of NAD+ dependent isocitric dehydrogenase (NAD+–ICDH) was detected during biomass formation phase, this activity was significantly decreased afterwards inducing lipogenesis. Surprisingly, storage (neutral) lipid turnover and synthesis of glycolipids, sphingolipids and phospholipids – Ρ simultaneously occurred with citric acid production, and happened when GK activity was considerably reduced and NAD+–ICDH activity was minimised. Oleic acid was the major fatty acid in all lipid fractions and phosphatidylcholine – PC was the main Ρ. In continuous culture in nitrogen limited medium Y. lipolytica accumulated low quantities of lipids (~10% w/w, in dry weight), maybe due to the fact that there was not a region of specific dilution rate (D, h–1) in which the key–enzymes that are implicated in lipogenesis (i.e. ΑΤΡ:citrate lyase – ATP:CL and malic enzyme – ME) presented simultaneously high activity while NAD+–ICDH activity was insignificantly decreased in low D. ATP:CL presented high activity (60–300 Units/mg DW) in D 0,033 h–1 while ME presented maximum activity (650 Units/mg DW) in D=0,104 h–1. Lipids were more unsaturated in intermediate D values while phosphatidylethanolamine – PE, phosphatidylinositol – PI and PC are the main Ρ classes. As far as the morphology is concerned, in D<0,055 h–1 short true mycelia and pseudo–mycelia were predominant in culture medium while in D 0,055 h–1 only yeast cells were observed. In experiments performed in nitrogen limited medium in D=0,026 h–1 in different dissolved oxygen – DO concentrations, it was found that in extreme DO values ( 70% and 7%) the percentage of P was increased. Independently the DO concentration PC was the main class followed by PI and PE. The morphology of Y. lipolytica was influenced by the different concentration of DO and it was observed that in DΟ 50% short true mycelia and pseudo–mycelia were predominant in culture medium while in DΟ 50% more yeast cells were appeared. In experiments performed in D=0,026 h–1, it was found that the absence of micronutrients from the growth medium, i.e. magnesium and calcium that are implicated in multiple cellular functions, had severe effects in yeast physiology, while the fatty acid composition of cellular lipids was not affected by the nature of the growth limiting factor. The present thesis aspires to contribute in the study of oleaginous microorganisms’ physiology and in use of glycerol as substrate in future biotechnological applications.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / An investigation of the lipid metabolism pathway in the yeast Yarrowia lipolytica was conducted. Yarrowia is an oleaginous ascomycete that is capable of growing on many different substrates, which derives its name from its high efficiency of growth on lipids. Once the exogenous lipids are converted into free fatty acids and internalized by the yeast, the primary mode of degradation is through β-oxidation mediated by the peroxisomal oxidases, or POX genes. These enzymes catalyze the formation of a trans double bond, producing the trans-2-enoyl product. Our study looked at the comparison of the Y. lipolytica prototrophic strain against a knockout of the Pox2 gene on the uptake, incorporation, and degradation of relevant fatty acids. To construct this gene knockout, a novel gene deletion method using a combination of Cre recombinase and the AHAS* gene was synthesized, developed, and tested successfully. This knockout system allows for serial deletion of genes with the use of only one resistance marker, with excision of the marker after selection.