Melatonin metabolism in yeast cells during alcoholic fermentation

Abstract

La melatonina és una indolamina que és produïda pel llevat a partir de l'aminoàcid triptòfan durant la fermentació alcohòlica. En aquesta tesi, estudiem la producció de melatonina en most sintètic en diferents condicions ambientals i nutricionals pels llevats, així com l'efecte d'aquesta molècula bioactiva en la dinàmica de poblacions d'una fermentació. Com a resultats, observem que la detecció estava desfasada entre la producció intracel·lular, la qual va ocórrer durant la fase d'adaptació al medi i la secreció al medi extracel·lular durant la fase exponencial o estacionària. Així mateix, la presència de melatonina millorava el desenvolupament de la fermentació i augmentava la presència de llevats no-Saccharomyces a final de fermentació. A més, vam analitzar la interacció d'aquesta molècula amb proteïnes durant la fermentació. Els resultats van mostrar que la melatonina s'unia a enzims glicolítics en llevats que tenien una alta capacitat fermentativa, reforçant la idea que la melatonina podria actuar com una molècula senyal durant la fermentació alcohòlica. Finalment, es va optimitzar un nou mètode de detecció per fluorescència utilitzant una línia cel·lular que presenta el receptor humà de melatonina per a mostres procedents de begudes fermentades. Els resultats van mostrar que aquest nou mètode disminueix el límit de detecció i és una bona alternativa en comparació amb el mètode de detecció de melatonina basat en cromatografia. No obstant, es necessita una extracció de la mostra per a realitzar l'anàlisi de melatonina.

La melatonina es una indolamina que es producida por la levadura a partir del aminoácido triptófano durante la fermentación alcohólica. En esta tesis, estudiamos la producción de melatonina en mosto sintético en diferentes condiciones ambientales y nutricionales por las levaduras, así como el efecto de esta molécula bioactiva en la dinámica de poblaciones de una fermentación. Como resultados, observamos que la detección estaba desfasada entre la producción intracelular durante la fase de adaptación al medio y la secreción al medio extracelular durante la fase exponencial o estacionaria. Así mismo, la presencia de melatonina mejoraba el desarrollo de la fermentación y aumentaba la presencia de levaduras no-Saccharomyces a final de fermentación. Además, analizamos la interacción de esta molécula con proteínas durante la fermentación. Los resultados mostraron que la melatonina se unía a enzimas glucolíticas en levaduras que tenían una alta capacidad fermentativa, reforzando la idea de que la melatonina actuaría como una molécula señal durante la fermentación alcohólica. Finalmente, se optimizó un nuevo método de detección por fluorescencia utilizando una línea celular que presenta el receptor humano de melatonina en muestras procedentes de bebidas fermentadas. Los resultados mostraron que este nuevo método disminuye el límite de detección y es una buena alternativa en comparación con el método de detección de melatonina basado en cromatografía. Sin embargo, se necesita una extracción de la muestra para realizar el análisis de melatonina.

Melatonin is an indolamine, which is produced by yeast from the aromatic amino acid, tryptophan, during alcoholic fermentation. Here, we study the production of melatonin in synthetic must in different environmental and nutrition conditions by wine yeast species as well as the effect of this bioactive molecule on the fermentation performance. The results showed that the melatonin detection was delayed between intracellular production, which occurred during lag phase, and extracellular secretion, at the exponential or stationary phase. Additionally, melatonin presence improved fermentation performance and survival of non-Saccharomyces yeasts. We also studied melatonin interactions with proteins during fermentation. Consequently, we found that melatonin was bound to glycolytic enzymes and this interaction is related to yeasts with high fermentative capacity. This reinforces the idea of melatonin acting as a signal molecule during alcoholic fermentation. Finally, we optimized a novel fluorescence method, based on a cell line that presents the human melatonin receptor, in fermented samples. We observed that this new method decreased the limit of detection and was a good alternative in comparison with a chromatographic method, although, an extraction was needed for melatonin analysis.