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World J Microbiol Biotechnol (2015) 31: 1665–1673 DOI 10.1007 / s11274-015-1927

World J Microbiol Biotechnol (2015) 31: 1665–1673 DOI 10.1007 / s11274-015-1927-x LA REVUE Levures rouges et production de caroténoïdes: esquisser un avenir pour les levures non conventionnelles d'intérêt biotechnologique Ilaria Mannazzu 1 • Sara Landolfo 1 • Teresa Lopes da Silva 2 • Pietro Buzzini 3 Reçu: 15 juin 2015 / Accepté: 14 août 2015 / Publié en ligne: 3 septembre 2015 Springer Science + Business Media Dordrecht 2015 Abstrait Les caroténoïdes sont l'une des classes les plus courantes de pigments présents dans la nature. En raison de leurs propriétés biologiques, ils sont largement utilisés en phytomédecine et dans les industries chimique, pharmaceutique, cosmétique, alimentaire et animale. En conséquence, leur marché mondial est en croissance continue et il devrait atteindre environ 1,4 milliard de dollars EU en 2018. Les caroténoïdes peuvent être facilement produits par synthèse chimique, bien que leur production biotechnologique devienne rapidement une alternative attrayante à la voie chimique, en partie à cause des consommateurs. craint les pigments synthétiques. Parmi les levures, et en dehors des espèces pigmentées Phaf ﬁ a rhodozyma ( et son téléomorphe Xanthophyllomyces dendrorhous), une poignée d'espèces des genres Rhodosporidium, Rhodotorula, Sporobolomyces et Sporidiobolus sont des producteurs de caroténoïdes bien connus. Celles-ci sont connues sous le nom de «levures rouges» et leur capacité à synthétiser des mélanges de caroténoïdes à partir de sources de carbone à faible coût a été largement étudiée récemment. Ici, en accord avec le regain d'intérêt pour les caroténoïdes microbiens, la littérature récente est revue concernant la taxonomie des genres Rhodosporidium, Rhodotorula, Sporobolomyces et Sporidiobolus, les facteurs de stress qui in ﬂ uent sur leur caroténogenèse et les outils analytiques les plus avancés pour l'évaluation de la production de caroténoïdes. De plus, un synopsis des outils moléculaires et «-omiques» disponibles pour l'élucidation des voies métaboliques des caroténoïdes microbiens est présenté. Mots clés Levure basidiomycète Analyse des caroténoïdes Cytométrie en flux -Outils comiques Transformation introduction Les caroténoïdes sont des isoprénoïdes à 40 atomes de carbone qui sont généralement séparés en carotènes (par exemple, b- carotène) et xanthophylles (caroténoïdes oxygénés, comme l'astaxanthine), et sont généralement localisés dans les gouttelettes lipidiques intracellulaires (Buzzini et al. 2010 ). En raison de leur couleur vive et de la variété de leurs propriétés, les caroténoïdes représentent une classe de molécules précieuse pour les applications industrielles (Johnson et Echavarri-Erasun 2011 ). En particulier, ils sont largement exploités à l'échelle industrielle comme additifs dans les produits pharmaceutiques, chimiques, alimentaires et alimentaires, principalement en tant que précurseurs de la vitamine A (Johnson et Schroeder 1995 ; Vachali et coll. 2012 ). Par conséquent, leur marché industriel devrait atteindre environ 1,4 milliard de dollars américains en 2018 (BCC Research 2011 ). Pour satisfaire la demande croissante de caroténoïdes, ils peuvent être produits facilement par synthèse chimique. Cependant, en raison des préoccupations générales des consommateurs contre les pigments synthétiques, la production biotechnologique de caroténoïdes (via une synthèse microbienne de novo) devient une alternative intéressante à la voie chimique. Parmi les microorganismes capables de produire des caroténoïdes, il existe un certain nombre d'espèces de levures basidiomycètes qui poussent sous forme de colonies pigmentées et sont pour cette raison appelées «levures rouges». Phaf ﬁ a rhodozyma et son téléomorphe Xanthophyllomyces dendrorhous sont de loin les & Ilaria Mannazzu imannazzu@uniss.it 1 Dipartimento di Agraria, Università degli Studi di Sassari, Viale Italia 39, Sassari, Italie Unidade de Bioenergia, Laboratorio Nacional de Energia e Geologia, Estrada do Paço do Lumiar 22, Lisbonne, Portugal Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimentari e Ambientali, Collezione dei Lieviti Industriali (DBVPG), Università di Perugia, Borgo XX Giugno 74, Pérouse, Italie 2 3 123 1666 World J Microbiol Biotechnol (2015) 31: 1665–1673 les représentants les plus connus des levures rouges. Ils ont un potentiel biotechnologique important en raison de leurs pro ﬁ ls caroténoïdes particuliers, qui incluent l'astaxanthine comme pigment principal (Buzzini et al. 2010 ; Fell et Johnson 2011 ; Fell et coll. 2011 ). Cependant, d'autres basidiomycètes peuvent également produire différents caroténoïdes. En dehors de ceux attribués aux genres Bulleromyces, Cystobasidium, Cysto ﬁ lobasidium, Mixia et Occultifur ( Boekhout 2011 ; Nishida et coll. 2011 ; Sampaio 2011a ; Sampaio et Oberwinkler 2011a , b ), qui sont apparemment caractérisées par des traces de caroténoïdes intracellulaires, d'autres espèces appartenant aux genres Rhodotorula et Sporobolomyces, avec leurs téléomorphes Rhodosporidium et Sporidiobolus, sont connus pour produire des quantités plus élevées d'un mélange de caroténoïdes (Buzzini et al. 2007 , 2010 ; Hamamoto et coll. 2011 ; Johnson et Echavarri-Erasun 2011 ; Sampaio 2011b , c , ré ). En effet, la voie de biosynthèse qui conduit à la production de caroténoïdes a été dé ﬁ nie pour les levures rouges. De plus, de grands progrès ont été réalisés dans l'étude de la régulation de la voie caroténogène chez X. dendrorhous ( Marcoleta et coll. 2011 ; Martinez-Moya et coll. 2015 ). Par conséquent, la production d'astaxhantine par X. dendrorhous a été étendue au niveau industriel, et pour cette raison, cette levure ne sera pas prise en compte dans cette revue. D'autre part, les espèces de levure rouge moins caractérisées attribuées aux genres Rhodotorula, Spor- obolomyces, Rhodosporidium et Sporidiobolus encore méritent l'attention (Mata-Gomez et al. 2014 ). Ces levures ont un bon potentiel en tant que biocatalyseurs, en raison de leur biotransformation d'une pléthore de sources de carbone en une variété de métabolites primaires et secondaires (Johnson et Echavarri-Erasun 2011 ; Johnson 2013 ; Mata-Gomez et coll. 2014 ), et à leur tolérance marquée aux composés inhibiteurs pouvant apparaître comme sous-produits de l'industrie agro-alimentaire utilisés pour leur croissance (Hu et al. 2009 ). Ici, en accord avec le regain d'intérêt pour les levures rouges attribuées aux genres Rhodotorula, Sporobolomyces, Rhodosporidium et Sporidiobolus, ce La revue fournit une mise à jour de la littérature la plus récente concernant leur taxonomie, les facteurs de stress qui affectent leur caroténogenèse, les outils analytiques les plus avancés pour l'évaluation de leur production de pigments et les outils moléculaires et `` -omiques '' récemment proposés pour l'élucidation de leurs voies métaboliques. généralement isolés de l'air, du phylloplan et des débris végétaux en décomposition, et ont une distribution mondiale (Fell et Johnson 2011 ; Fell et coll. 2011 ; Hamamoto et coll. 2011 ; Johnson et Echavarri-Erasun 2011 ; Sampaio 2011b , c , ré ). Bien que les genres Rhodotorula, Rhodosporidium et Sporidiobolus comprennent un grand nombre d'espèces reconnues (Sampaio 2011b , c , ré ), seuls quelques-uns d'entre eux peuvent accumuler des quantités importantes de caroténoïdes; leur placement phylogénique est rapporté sur la Fig. 1 . Rhodosporidium diobovatum, Rhodosporidium toruloides, Rhodotorula glutinis, Rhodotorula graminis, Rhodotorula mucilaginosa, Sporidiobolus johnsonii, Sporidiobolus metaroseus, Sporidiobolus pararoseus et Sporidiobolus salmonicolor sont inclus dans la classe des microbotryomycètes, tandis que Rhodotorula minuta et Rhodotorula aurantiaca sont inclus dans la classe des cystobasidiomycètes (sous-embranchement Pucciniomycotina) (Fig. 1 ). Finalement, Rhodotorula bacarum est inclus dans la classe Exobasidiomycetes, Order Microstromatales (subphylum Ustilaginomycotina) (Sampaio 2011b , c , ré ). En revanche, dans son concept actuel, Sporobolomyces est un genre polyphylétique. Les espèces connues pour leur caroténogenèse (c.-à-d. Sporobolomyces patagonicus, Sporobolomyces roseus) appartiennent au sous-embranchement Pucciniomycotina (Hamamoto et al. 2011 ) (Figure. 1 ). Ces espèces produisent un mélange de caroténoïdes, à savoir, b- carotène, c- carotène, torulène et torularhodine (Buzzini et al. 2007 , 2010 ; Hamamoto et coll. 2011 ; Johnson et Echavarri-Erasun 2011 ; Sampaio 2011b , c , ré ), dont les principales propriétés sont rapportées dans le tableau 1 . c- Le carotène représente un précurseur clé et un point de ramification essentiel dans la synthèse de l'un ou l'autre b- carotène ou torulène (après désaturation au 3 0, 4 0 position), puis de torularhodin (Johnson et Schroeder 1995 ). Facteurs de stress et caroténogenèse chez les levures rouges Au sein des espèces indiquées ci-dessus, le rendement et la composition de leurs caroténoïdes varient considérablement selon la souche, les composants du milieu et les conditions environnementales (Marova et al. 2011 ). Par conséquent, l'optimisation des conditions de culture a été largement étudiée, dans le but d'améliorer les performances de la levure et de réduire le coût de production des caroténoïdes (Bhosale et Gadre 2001a , b ; Cutzu et coll. 2013a , b ; Davoli et coll. 2004 ; Hernandez-Almanza et coll. 2014 ; Maldonade et coll. 2008 ; Marova et coll. 2004 , 2012 ; Wang et coll. 2008 ; Yen et Zhang 2011 ). Les caroténoïdes étant apparemment impliqués dans les réponses au stress des microorganismes, leur production est influencée par plusieurs facteurs de stress exogènes. Les caroténoïdes sont des pigments antioxydants protecteurs de la membrane qui peuvent éliminer ef ﬁ cacement 1 O 2 et les radicaux peroxyle. Leur effet protecteur dépend de leurs structures chimiques, et en particulier de la longueur Taxonomie des levures rouges Levures rouges des quatre genres Rhodotorula, Sporobolomyces, Rhodosporidium et Sporidiobolus constituent un groupe hétérogène de levures basidiomycètes qui sont 123 World J Microbiol Biotechnol (2015) 31: 1665–1673 1667 79 Sporidiobolus metaroseus EU003461 CBS 7683 T Sporobolomyces roseus AF070441 CBS 486 T Sporobolomyces patagonicus AY158655 CBS 9657 T Sporidiobolus pararoseus AF189977 CBS 491 T uploads/Industriel/ mannazzu2015-article.pdf