Cinética de crescimento e longevidade de culturas de Kluyveromyces lactis sob estresse por nitrogênio

Abstract

Para investigar o estresse imposto por condições limitantes de nitrogênio na cinética de crescimento e na longevidade de culturas de Kluyveromyces lactis, determinaram-se as constantes cinéticas do crescimento de culturas de K. lactis em função da concentração de sulfato de amônio, avaliou-se o efeito da idade das culturas na velocidade específica inicial de crescimento e averiguaram-se os sinais de envelhecimento celular em função de diferentes velocidades de crescimento de culturas conduzidas em regime contínuo sob limitação por nitrogênio. Culturas de K. lactis foram cultivadas em meio YCB tamponado acrescido de sulfato de amônio, nas concentrações 0,02 a 38,0 mmol.L-1. A cinética de crescimento de K. lactis em função da concentração de sulfato de amônio, obedeceu o modelo cinético proposto por Monod. A velocidade específica máxima de crescimento (μmáx.) e a constante de saturação (Ks) foram de 0,44 h-1 e 0,15 mmol.L-1, respectivamente. A velocidade específica inicial de crescimento reduziu com a idade da cultura. Concentrações de quitina na parede celular aumentaram com a idade da cultura e com a concentração de sulfato de amônio. Dimensões celulares aumentaram com a idade independente da concentração de sulfato de amônio. A presença de características morfológicas de apoptose foi verificada a partir do quinto dia de transferência da cultura para meio novo nas concentrações de 0,57 mmol.L-1, 3,80 mmol.L-1, 7,60 mmol.L-1 e a partir do oitavo dia de repicagem na concentração de 38,0 mmol.L-1 de [NH4]2SO4. Culturas contínuas sob estresse por nitrogênio foram conduzidas nas velocidades de crescimento de 0,01, 0,06; 0,18 e 0,35 h-1. Culturas com velocidades de crescimento de 0,18 e 0,35 h-1 produziram maior rendimento em etanol e menor rendimento em glicerol. A concentração de quitina na parede celular de culturas de K. lactis conduzidas nas velocidades de crescimento de 0,01 h-1 e 0,06 h-1 foi maior (27 mg.mL-1 e 20 mg.mL-1 de N-acetilglicosamina) comparada com as culturas conduzidas nas velocidades de crescimento de 0,18 h-1 e 0,35 h-1, que apresentaram 6 μg.mL-1 e 5 μg.mL-1 de N-acetilglicosamina, respectivamente. As dimensões das células de K. lactis foram maiores na cultura conduzida com velocidade de crescimento de 0,01 h-1, se comparada com as demais velocidades de crescimento avaliadas: 0,06; 0,18 e 0,35 h-1. Apesar desses sinais de envelhecimento terem sido detectados, características morfológicas de apoptose só foram identificadas nas culturas de K. lactis conduzidas na velocidade de crescimento de 0,01 h-1. Os resultados mostraram que o estresse por nitrogênio e a idade afetam a cinética de crescimento de culturas de K. lactis e sugerem que culturas contínuas de Kluyveromyces lactis sob condições nitrogênio limitantes conduzidas com velocidade de crescimento correspondente a 0,01 h-1 podem ser úteis em estudos sobre sinais de envelhecimento celular.

In order to investigate the stress condition imposed by nitrogen limitation on kinetic of growth and aging of Kluyveromyces lactis, the kinetics constants of K. lactis culture as function of ammonium sulfate concentration were determined. The effect of aging of the culture on its specific initial growth rate was evaluated. Signals of aging such as cell wall chitin concentration and apoptosis markers were analyzed as function of growth rate on continuous culture. K. lactis was cultured in buffered YCB medium supplemented with ammonium sulfate at concentrations of 0.02 to 38.0 mmol.L-1. The growth kinetic followed the model proposed by Monod. The maximum specific growth rate (µmax) and saturation constant (Ks) were 0.44 h-1 and 0.15 mmol.L-1, respectively. The initial specific growth rates decrease as the aging of the culture increases. The cell wall chitin concentration increased with the ammonium concentrate and the aging of the cultures. The cell dimensions raised with aging in all the ammonium sulfate concentration analyzed. Apoptosis markers were only observed in the older cultures, after five days of recycling of the culture on the concentrations of 0.57 mmol.L-1, 3.80 mmol.L-1 and 7.60 mmol.L-1 and after eight days on the concentrations 38.0 mmol.L-1 of ammonium sulfate. Aging signals were investigated at K. lactis cells growing in nitrogen limiting continuous culture at growth rate 0.01, 0.06, 0.18 and 0.35 h-1. Chitin concentration of cell wall of cells growing at 0.01 h-1 and 0.06 h-1 was higher (27µg.mL-1 N-acetylglucosamine and 20µg.mL-1 N-acetylglucosamine) than of cells growing at 0.18 h-1 and 0.35 h-1 (6µg.mL-1 and 5µg.mL-1, respectively). The dimensions of K. lactis cells were largest on the growth rate of 0.01 h-1. It was detected apoptosis markers on the continuous culture under the nitrogen limiting growth rate of 0.01 h-1. The results demonstrate that nitrogen limitation and aging affect growth kinetic and suggest that nitrogen limiteted continuous culture conducted at growth rate 0.01 h-1 can still proven useful to investigate aging response of Kluyveromyces lactis.