Amino Acid Uptake and Yeast Gene Transcription during Industrial Brewery Fermentation

Abstract

Amino acid utilization by yeast during brewer's wort fermentation influences both the fermentation performance and flavor profile of the finished product. To better understand the relationship between the yeast cell and wort amino acid composition, oligonucleotide microarrays were employed to measure the changes in transcription of genes associated with amino acid uptake and utilization during industrial-scale fermentation. Amino acid permeases with narrow specificity for amino acids had the lowest transcription values at the beginning of fermentation (when amino acids were replete), suggesting nitrogen catabolite repression, whereas relatively high transcription at the beginning of fermentation was confined to genes encoding permeases with broad substrate specificity. Nine genes involved in amino acid catabolism demonstrated significant changes in transcription, with most having the highest activity at 60 hr. Exceptions were PUT1, encoding proline oxidase, and CHA1, encoding L-serine deaminase, both with peak transcription at the beginning of fermentation. The only gene demonstrating increased activity in the final stages of fermentation was the threonine aldolase-encoding gene GLY1—a result that could explain the atypical low uptake of threonine. The majority of genes involved in amino acid biosynthesis had maximal expression at low amino acid concentrations, with notable exceptions being genes involved in central nitrogen metabolism and synthesis of glutamine (GLN1 and LYS9) and glutamate (GDH1)—a result that was consistent with the early depletion of glutamine from the wort and supported by the fact that these genes are regulated by nitrogen catabolite response-related transcription factors.

RESUMEN

Utilización de aminoácidos por la levadura cervecero durante la fermentación del mosto influye tanto el rendimiento de la fermentación y el perfil de sabor del producto terminado. Para comprender mejor la relación entre la célula de levadura y mosto composición de aminoácidos, los micromatrices de oligonucleótidos fueron empleados para medir los cambios en la transcripción de los genes asociados con la absorción de aminoácidos y la utilización a escala industrial durante la fermentación. Aminoácido permeasas con la especificidad estricto de los aminoácidos tiene los valores más bajos de la transcripción al comienzo de la fermentación (cuando se llena aminoácidos), lo que sugiere represión de catabolismo de nitrógeno, mientras que la transcripción relativamente alta al comienzo de la fermentación se limitó a genes que codifican permeasas con un amplio sustrato especificidad. Nueve genes implicados en el catabolismo de aminoácidos demostrado cambios significativos en la transcripción, la mayoría de ellos con la mayor actividad a 60 horas. Excepciones fueron PUT1, codificación prolina oxidasa, y CHA1, codificación L-serina deaminasa, con pico de transcripción en el inicio de la fermentación. El único gen que demuestra una mayor actividad en las etapas finales de la fermentación es la treonina aldolasa GLY1 codificación genética—un resultado que podría explicar la escasa utilización de atípicos treonina. La mayoría de los genes implicados en la biosíntesis de aminoácidos tuvo máxima expresión a bajas concentraciones de aminoácidos, con notables excepciones de genes implicados en el centro de metabolismo de nitrógeno y síntesis de la glutamina (GLN1 y LYS9) y glutamato (GDH1)—un resultado que es congruente con la principios de agotamiento de la glutamina en el mosto y por el hecho de que estos genes están regulados por nitrógeno catabolismo respuesta relacionada con factores de transcripción.

• Amino acid
• Brewing
• Fermentation
• Transcription
• Yeast

Palabras clave:

• Aminoácidos
• Fábrica de cerveza
• Fermentación
• Levadura
• Transcripción