Mikroorganismen wie Hefen müssen sich ständig an dynamische Umweltbedingungen anpassen, um fit zu bleiben und zu überleben1. Diese Anpassungen beinhalten oft komplexe genregulatorische Schaltkreise, die mehrere extrazelluläre Signale integrieren, um präzise metabolische Reaktionen zu orchestrieren 2,3. In industriellen Umgebungen ist die Effizienz dieser Stoffwechselübergänge von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei Fermentationsprozessen, bei denen Störungen zu suboptimalen Ausbeuten oder unvollständigen Fermentationen führen können3. Eine zentrale metabolische Herausforderung, die es zu bewältigen gilt, besteht darin, dass Zellen von einer bevorzugten zu einer sekundären Kohlenstoffquelle übergehen, wie z. B. die Verschiebung von Glukose zu Maltose. Dieser Prozess leitet eine Verzögerungsphase ein, in der Gene, die für den Stoffwechsel der sekundären Kohlenstoffquellen benötigt werden, unterdrückt werden, was eine Wiederaufnahme des Wachstums ermöglicht 4,5.
Beim Brauen müssen Saccharomyces-Hefen effizient vom Glukose- in den Maltosestoffwechsel übergehen. Insbesondere S. eubayanus, die kältetolerante Elternart der Lagerhefen, weist eine erhebliche phänotypische Variabilität in ihrer Fähigkeit auf, sich an solche Übergänge anzupassen6. Wildisolate, wie z. B. aus Patagonien, weisen im Vergleich zu domestizierten Stämmen, die aufgrund ihrer optimierten Fermentationskapazitäten ausgewählt wurden, häufig verlängerte Verzögerungsphasen und einen langsameren Maltoseverbrauch auf 7,8. Während domestizierte Stämme sich an die effiziente Fermentation von Mischzuckerumgebungen angepasst haben, weisen wilde Stämme oft einen langsameren metabolischen Übergang auf, was möglicherweise auf eine stärkere Glukoseunterdrückung und eine variable Regulation des MAL-Locuszurückzuführen ist 6,9.
Diese Studie nutzt die natürliche Variabilität von S. eubayanus als Modell, um metabolische Anpassungen unter Glukose-zu-Maltose-Bedingungen zu untersuchen, indem ein episomaler destabilisierter Luciferase-Reporter genutzt wird, um die Genexpression in vivo zu überwachen, indem Lumineszenzverfolgt wird 1. Der ausgewählte Reporter MAL32 kodiert für ein Maltase-Protein, ein zentrales Enzym für den Maltose-Katabolismus während des Übergangs von Glukose zu Maltose10,11. Bemerkenswert ist, dass der MAL32-Promotor einen erfolgreichen Marker für die Beurteilung der Induktion des Maltosestoffwechsels nach Glukosemangel darstellt12. Durch die Einbeziehung dieses Reportersystems wollten wir stammspezifische adaptive Mechanismen aufklären und potenzielle Ziele für die Optimierung der Fermentationsleistung identifizieren. Darüber hinaus kann dieses Protokoll über das Brauen hinaus erweitert werden und bietet Anwendungen in der Biotechnologie und in Umweltstudien, bei denen komplexe Zuckerumgebungen eine wichtige Rolle spielen. Das Verständnis der genetischen und regulatorischen Determinanten fluktuanter Umweltreaktionen in S. eubayanus erweitert unser Wissen über die Hefephysiologie und unterstützt die Entwicklung robuster Stämme für verschiedene Industrie- und Forschungsanwendungen.