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Main Title: Optimierung von Brauhefen am Beispiel der Bildung von Sulfit und geschmacksaktiven Estern
Translated Title: Improvement of brewing yeasts using the example of sulphite formation and production of flavour active esters
Author(s): Kristan, Georg
Advisor(s): Stahl, Ulf
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Hefen, die in der industriellen Produktion wie der Lebensmittelherstellung oder der Fermentationstechnologie Anwendung finden, weisen häufig art- oder stammspezifische Defizite auf. Dazu gehören die Verwertung nur bestimmter Rohstoffe oder eine zu geringe Bildung erwünschter Gärungsprodukte. Könnten diese durch genetische Modifikationen kompensiert werden, würden sie technologische sowie technische Vorteile bringen. Die Folgen wären zum Beispiel effizientere Prozesse, Rohstoff- oder Hilfsstoffeinsparungen oder umweltfreundlichere Verfahren. Neben diesen technisch/technologischen Faktoren würden sich auch ökonomische Vorteile ergeben. Ziel dieser Arbeit war es, eine Methode zu entwickeln, mit deren Hilfe Eigenschaften von Hefen der Art Saccharomyces cerevisiae, die in der industriellen Anwendung genutzt werden, schnell und effizient optimiert werden können. Dabei wurden untergärige Brauhefen als Zielorganismen sowohl für die Sulfitbildung als auch für die Esterbildung gewählt. Als Zielgene zur Optimierung der genannten Stoffwechselleistungen wurden die Gene SSU1, MET14 und FZF1 für die Sulfitbildung und die Gene ATF1, ATF2 sowie EHT1 für die Esterbildung verwendet. Zunächst wurde das System zur Optimierung von Saccharomyces cerevisiae Industriehefen etabliert. Dabei wird eine mit dem entsprechenden Gen und einem dominanten Marker beladene Integrationskassette in das Hefegenom durch homologe Rekombination integriert. Als Zielsequenz der homologen Rekombination wurden die -Sequenzen, flankierende Bereiche der Ty Elemente der Hefe, gewählt. Anschließend wird der dominante Marker, der aus lebensmittelrechtlichen Gründen nicht in der Zelle verbleiben darf, aber für ein schnelles und effizientes screening positiver Zellen nötig ist, wieder aus dem Genom der Hefe entfernt. Dies wird durch die Kw Rekombinase, eine Rekombinase aus Kluyveromyces waltii, die über ein episomales Plasmid in die Zelle eingebracht wird, katalysiert. Der Vorgang des Herausklonierens verläuft ebenfalls nach dem Mechanismus der homologen Rekombination. Die so optimierten Brauhefestämme wurden anschließend auf ihre modifizierten Stoffwechselleistungen hin untersucht. Dabei konnte festgestellt werden, dass sich mit dem entwickelten System in Abhängigkeit der eingesetzten Gene sowohl die Bildung und Freisetzung von Sulfit als auch geschmacksaktiver Ester erhöhen lässt und somit die Biere gegen Alterung weitgehend geschützt sind oder Biere mit verändertem Geschmacksprofil ergeben. Die Hefen behielten ihre physiologischen Eigenschaften bei. Dabei blieben die bisherigen, verfahrenstechnischen betrieblichen Abläufe bestehen.
Yeasts in industrial application like food production or fermentation technology often exhibit speciefic deficiencies. The limited abilities to ferment certain raw materials or the constricted production of favoured by-products are only two examples of these deficiencies. Genetic modification could lead to more efficiant processes by minimizing these deficts. The aim of this work was the development of a quick and efficient method to improve the capacities of Saccharomyces cerevisiae without getting in conflict with applicable law. In this case S. cerevisiae brewing yeasts were chosen as model organisms with sulphite and ester production as model metabolic performences. Target genes for improvement of the sulphite production were SSU1, MET14 and FZF1. Those for ester production were ATF1, ATF2 and EHT1. The according gene will be integrated into the yeast´s genome by homologous recombination in the delta-sequences. Afterwards positive clones are screened by the use of a dominant marker. The dominant marker has to be removed out of the genome and the cell respectively. This step is catalyzed by the Kw recombinase from Klyveromyces waltii, which is inserted into the cell on an episomal level. By capitalising the instability of plasmids the plasmid which carries the Kw recombinase can removed out of the cell. The result is that no non-yeast genes remain in the genome of S. cerevisiae. With the developed system the mentioned genes were integrated into the genome and the metabolic pathways of sulphite and ester production could positively directed into the aspired direction.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-22909
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2498
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2201
Exam Date: 24-Apr-2009
Issue Date: 17-Jul-2009
Date Available: 17-Jul-2009
DDC Class: 570 Biowissenschaften; Biologie
Subject(s): Brauhefe
Ester
Optimierung
Sulfit
Brewing yeast
Ester
Improvement
Sulphite
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/
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