Saccharomyces cerevisiae: Usos, e Variantes dessa Levedura

POR Pedro Coelho

Publicado: quinta-feira, 19 de setembro de 2013

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A levedura Saccharomyces cerevisiae é um microrganismo aeróbio facultativo, isto é, que tem a habilidade de se ajustar metabolicamente, tanto em condições de aerobiose como de anaerobiose.

Nesse processo aeróbio facultativo, os produtos finais do metabolismo do açúcar irão depender das condições ambientais em que a levedura se encontra. Assim, em aerobiose, o açúcar é transformado em biomassa, CO₂ e água, e, em anaerobiose, a maior parte é convertida em etanol e CO₂, processo denominado de fermentação alcoólica.

As leveduras S. cerevisiae são elípticas, medindo cerca de 6 a 8 mm de comprimento por 5 µm de largura. Reproduzem-se assexuadamente por brotamento (ou gemulação). Sendo a temperatura ótima de seu crescimento entre 20 e 30°C, com o pH entre 4,5 e 5,5.

Imagem da Saccharomyces cerevisiae obtida através de microscópio

Identificação e Usos da Saccharomyces Cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae, popularmente conhecida como levedura de padeiro ou levedura de cerveja, é um fungo unicelular eukariótico que revolucionou a produção de alimentos e biocombustíveis há milênios. Como organismo modelo em biologia e biotecnologia, ela exemplifica como microrganismos simples podem ser manipulados em escala industrial. 

Saccharomyces cerevisiae vendida comercialmente

A Saccharomyces cerevisiae é uma levedura ascomiceta, pertencente ao filo Ascomycota, com células ovais ou elípticas de 5-10 μm de diâmetro. Ela se reproduz por brotamento (budding) assexuado ou por esporulação em condições adversas, formando tétrades de ascosporos. 

Seu genoma haploide possui cerca de 12 Mb e aproximadamente 6.000 genes, totalmente sequenciado em 1996, o que facilitou estudos genéticos.

Essa levedura se destaca como a espécie mais explorada comercialmente entre as leveduras e apresenta grande emprego na indústria, para fabricação de vários produtos. 

Pois em relação a outras leveduras, a S. cerevisiae apresenta fácil isolamento e manutenção, pouca exigência nutricional, bom crescimento em meios constituídos por resíduos industriais e, amplo uso em processos industriais (podendo ser usada na produção de bebidas alcoólicas, vitaminas, fermento de pão, Cosméticos, enzimas, macromoléculas e etc.).

Seu nome popular reflete usos ancestrais: "levedura de padeiro" para panificação e "levedura de cerveja" para fermentados alcoólicos. 

Industrialmente, serve para produzir pão (via fermentação láctica e alcoólica), cerveja, vodka, e vinho (fermentação alcoólica), bioetanol (como em usinas brasileiras de cana-de-açúcar) e até insumos farmacêuticos, como vacinas recombinantes. 

No Brasil, strains industriais contribuem para 30% da produção global de etanol, destacando sua relevância em engenharia de processos.

Funções e Processos Bioquímicos

 

Na massa de pão, S. cerevisiae inicia a fermentação anaeróbica: consome glicose via glicólise, gerando piruvato que é descarboxilado em acetaldeído e convertido em etanol pela álcool desidrogenase (ADH).

O subproduto chave é CO₂, liberado pela descarboxilação do piruvato pela piruvato descarboxilase (PDC), inflando a massa. A equação simplificada é:

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂

Isso ocorre optimalmente a 25-30°C e pH 4-6, com oxigênio inicial para crescimento aeróbico (produzindo biomassa) seguido de anaerobiose. Engenheiros otimizam reatores para maximizar CO₂ e minimizar etanol (evaporado no forno).

Em bebidas, o processo é similar, mas anaeróbico puro: açúcares de malte (cerveja) ou uvas (vinho) viram etanol (até 15% v/v) e CO₂ (carbonatação). Strains específicas, como top-fermenting (ale) ou bottom-fermenting (lager), diferem em floculação e tolerância etanólica.

Ela se alimenta de hexoses (glicose, frutose, manose) via transportadores como HXT, e amidos hidrolisados por enzimas externas (amilases). Em bioetanol, consome sacarose de melaço, com yields de 0,45-0,50 g etanol/g glicose.

Variantes da Saccharomyces cerevisiae

Segundo a literatura, a S. Cerevisiae pode ser classificada usando características morfológicas, com características fisiológicas e bioquímicas específicas para diferenciar tipos isolados com características morfológicas semelhantes.

Sendo que através desses critérios, há algo em torno de 18 espécies que constam na literatura. Porem, em estudos mais atuais, classificando a S. Cerevisiae através do estudo da homologia de seu DNA dividiu-se essas espécies em quatro tipos distintos: S. Cerevisiae, S. Bayanus (também conhecida como S. Uvarum), S. Pasteurianus (também conhecida como S. Carlsbergensis) e S. Paradoxus.

Possível Patogenicidade da Saccharomyces cerevisiae

Geralmente reconhecida como segura (GRAS pela FDA), S. cerevisiae raramente causa doenças. Em imunocomprometidos (ex.: pacientes com HIV ou quimioterapia), pode levar a fungemia ou infecções disseminadas, com taxa <0,1% em uso alimentar. Prevenção envolve strains puras e higiene industrial.

A S. Cerevisiae não é considerada um microrganismo patogênico, mas raramente tem sido relatada como causa de infecções oportunistas. Nas quais todos os pacientes nos casos tinham doença subjacente.

Diferente de Saccharomyces boulardii (subespécie ou strain probiótico de S. cerevisiae), que resiste a bile e ácidos gástricos, inibindo patógenos como Clostridium difficile via produção de ácidos orgânicos e competições por adesão. S. boulardii é liofilizada para suplementos gastrointestinais.

Como organismo modelo, sua simplicidade genética (ciclo celular de 90 min, haploidia fácil de manipular) permite estudar eucariogênese, reparo de DNA e metabolismo. 

Em engenharia genética, vetores como YEp e CRISPR-Cas9 editam seu genoma para superprodutores de etanol ou proteínas recombinantes (ex.: insulina). Comparada a E. coli (procarioto), modela processos eucarióticos complexos.

No entanto, a primeira descrição da S.cerevisae como agente patogênico ocorreu em 1958 por Reihersol e Hoel em isolados repetidos de escarro em paciente com broncopneumonia. A patogenicidade da S.cerevisae ainda não é totalmente conhecida, acredita-se que sua entrada no organismo seja predominantemente por via gastrointestinal, apesar de relatos de contaminação de cateteres através das mãos contaminadas.

Os fatores de riscos dessa patogenia são muito similares aos da candidemia (infecção da corrente sanguínea causada por leveduras do gênero Cândida), que tem fatores de risco como, uso de cateteres, nutrição parenteral, hemodiálise, uso de antibiótico de largo espectro, imunossupressão (HIV ou doenças neoplásicas) e transplantados.

Referências

• http://hypescience.com/levedura-manipulada-pode-aumentar-producao-de-bioetanol/ (Acessado em 29/08/2013 as 23:54)
• http://www.epa.gov/biotech_rule/pubs/fra/fra002.htm (Acessado em 29/08/2013 as 23:37)
• http://www.infoescola.com/reino-fungi/levedura/ (Acessado em 29/08/2013 as 23:45)
• Fermentação Saccharomyces cerevisiae em fermentador estático, Rosetânia Neves Da Conceição, UFT (Universidade Federal do Tocantins), GURUPI, 2012.
• Infecção por Saccharomyces cerevisae – uma infecção atípica em UTI, Felipe Henriques Alves da Silva, Hospital Espanhol – Rio de Janeiro (RJ), Brasil, Fevereiro, 2011.
• Leveduras de cerveja e cana-de açúcar (saccharomyces cerevisiae), autolisada e íntegra, na dieta de cães, Mariana dos Santos Martins, Jaboticabal, São Paulo, Brasil, 2009.
• Fisiopatogenia, epidemiologia e diagnóstico laboratorial da candidemia, Muriel Padovani Giolo; Terezinha Inez Estivalet Svidzinski , Junho, 2010.
• Genome Sequence: Goffeau, A. et al. (1996). Life with 6000 genes. Science, 274(5287), 546-567. (Sequenciamento inicial do genoma.)
• Fermentação: Walker, G. M. (2020). Yeast Physiology and Biotechnology. Wiley. (Detalhes bioquímicos e industriais.)
• Aplicações Industriais: Basso, L. C. et al. (2011). A review on Saccharomyces sensu stricto yeasts as bioethanol producers. Brazilian Journal of Microbiology, 42(4), 1163-1174. (Foco em bioetanol brasileiro.)
• Saúde e S. boulardii: McFarland, L. V. (2010). Systematic review and meta-analysis of Saccharomyces boulardii in adult patients. World Journal of Gastroenterology, 16(18), 2206-2215.
• Organismo Modelo: Botstein, D. & Fink, G. R. (2011). Saccharomyces cerevisiae in the post-genomic era. Nature Reviews Genetics, 12(10), 663-673.

Sobre o autor

Olá meu nome é Pedro Coelho, eu sou engenheiro químico com Pós Graduação em Engenharia de Segurança do Trabalho e também sou Green Belt em Lean Six Sigma. Além disso, eu conclui recentemente o curso de Engenharia Civil, e em parte de minhas horas vagas me dedico a escrever artigos aqui no ENGQUIMICASANTOSSP, para ajudar estudantes de Engenharia Química e de áreas correlatas. Se você está curtindo essa postagem, siga-nos através de nossas paginas nas redes sociais e compartilhe com seus amigos para eles curtirem também :)