Exploration de la gestion du statut redox chez les espèces de levure de vin : impact sur la production de composés aromatiques

Exploring redox status management in wine yeast species : impact on production of flavor compounds

• Auteur / Autrice : Viwe Tyibilika
• Direction : Carole Camarasa, Benoit Divol
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biotechnologie et Microbiologie
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 04/10/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....) en cotutelle avec Université de Stellenbosch
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : SPO - Sciences Pour l'Oenologie
• Jury : Président / Présidente : Jean-Roch Mouret
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carole Camarasa, Vivien Measday, Patricia Taillandier, Benoit Divol, Trudy Jansen, Audrey Bloem, Evodia Setati
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Vivien Measday, Patricia Taillandier

Mots clés

Mots clés libres

Levures non-Saccharomysces

Homéostasie redox

La plasticité du réseau métabolique

Fermentation alcoolique

Les mécanismes d'adaptation

Non-Saccharomysces yeasts

Redox homeostasis

Metabolic network plasticity

Alcoholic fermentation

Adaptation mechanisms

Résumé

Cette étude explore l'équilibre redox dans les cellules de levure pendant la fermentation, en se concentrant sur les différentes espèces de levure de vin et leur impact sur la performance de la fermentation et la production de métabolites. Elle souligne que les espèces de levure gèrent leur état d'oxydoréduction de manière unique, ce qui affecte l'efficacité de la fermentation et les profils des métabolites. La recherche a révélé que pendant la fermentation anaérobie, les niveaux de NAD(H) diminuent de manière significative tandis que les niveaux de NADP(H) restent stables, ce qui remet en question la notion d'un pool constant de cofacteurs d'oxydoréduction. Cet équilibre influence l'efficacité de la fermentation et la production de composés aromatiques dans le vin. L'étude suggère que la sélection de souches de levure ayant une gestion efficace de l'oxydoréduction peut optimiser la fermentation et améliorer la qualité du vin. En outre, l'étude a examiné la réponse métabolique de la levure à des niveaux variables de substrats de cofacteurs redox tels que le tryptophane, l'acide nicotinique et la thiamine. Ces facteurs, ainsi que la disponibilité de l'oxygène, ont un impact sur la formation des métabolites. Une expérience multifactorielle a révélé que des niveaux plus faibles d'acide nicotinique réduisaient généralement les concentrations intracellulaires de NAD(H), affectant les performances de fermentation différemment d'une espèce à l'autre. Les résultats mettent en évidence les interactions complexes entre les facteurs environnementaux, l'état redox intracellulaire et les résultats métaboliques, ce qui permet d'optimiser les processus de fermentation industrielle. Enfin, l'étude a porté sur la transformation d'une souche de Lachancea thermotolerans produisant beaucoup d'acide lactique, précieuse pour la vinification. La méthode de l'acétate de lithium, excluant l'ADN porteur simple brin, a permis d'obtenir une efficacité de transformation de 2,6 × 104 transformants/μg d'ADN. Cette recherche souligne la nécessité d'optimiser les protocoles de transformation de la levure en fonction de l'espèce et de la souche, jetant ainsi les bases de futures études sur le métabolisme de la levure.

This study explores the redox balance in yeast cells during fermentation, focusing on different wine yeast species and their impact on fermentation performance and metabolite production. It highlights that yeast species manage their redox state in unique ways, affecting fermentation efficiency and metabolite profiles. The research found that during anaerobic fermentation, NAD(H) levels decrease significantly while NADP(H) levels remain stable, challenging the notion of a constant redox cofactor pool. This balance influences the efficiency of fermentation and the production of flavor compounds in wine. The study suggests that selecting yeast strains with effective redox management can optimize fermentation and enhance wine quality. Additionally, the study examined the metabolic response of yeast to varying levels of redox cofactor substrates like tryptophan, nicotinic acid, and thiamine. These factors, along with oxygen availability, impact metabolite formation. A multifactorial experiment revealed that lower nicotinic acid levels generally reduced intracellular NAD(H) concentrations, affecting fermentation performance differently across species. The findings highlight the complex interactions between environmental factors, intracellular redox state, and metabolic outcomes, providing insights for optimizing industrial fermentation processes. Finally, the study investigated the transformation of a high-lactic acid producing Lachancea thermotolerans strain, valuable for winemaking. The lithium acetate method, excluding single-stranded carrier DNA, achieved a transformation efficiency of 2.6 × 104 transformants/μg of DNA. This research underscores the need for species- and strain-specific optimization of yeast transformation protocols, laying the groundwork for future studies in yeast metabolism.