Protective effect of acetic acid against ethanol-induced cell death in "Saccharomyces cerevisiae"

Abstract

O etanol é um produto final bem conhecido da fermentação alcoólica realizada por Saccharomyces cerevisiae. Em altas concentrações, é responsável pela redução de viabilidade celular e inibição da fermentação. Além disso, durante a fermentação alguns ácidos fracos, como os ácidos acético, butírico e pirúvico, produzidos pelo metabolismo da levedura, podem acumular-se no meio de crescimento e aumentar a toxicidade do etanol, o que resulta numa maior inibição de crescimento e fermentação (Gibson, et al., 2007). No entanto, dados obtidos anteriormente mostraram que culturas celulares de S. cerevisiae tratadas simultaneamente com concentrações tóxicas de etanol e baixas concentrações de ácido acético exibiam maiores taxas de sobrevivência (medido pela contagem de UFC e por ensaios citométricos) quando comparado com células tratadas apenas com etanol. Estes resultados indicam que o ácido acético induz uma resposta celular que confere proteção contra os efeitos citotóxicos do etanol (Vieira et al., resultados não publicados). Posteriormente, foi demonstrado que a MAP cinase Hog1p e a aquogliceroporina Fps1p, envolvidas na resistência em ácido acético, não mediam este efeito protetor do ácido (Trindade, 2009). O objetivo do presente trabalho foi estudar o papel de outras vias de sinalização e os mecanismos envolvidos na proteção do ácido acético contra a morte induzida pelo etanol (13% v / v, pH 3,5). Demonstramos que esse efeito depende da dose de ácido adicionado, sendo a concentração ótima 0,1% (v / v). Ácido propiónico, à semelhança do ácido acético e contrariamente ao ácido lático e fórmico, também confere proteção. O mutante na cinase Slt2/Mpk1, conhecida por ser ativada na presença de ácido acético (Mollapour e Piper, 2006), reverte parcialmente o efeito de proteção do ácido, especialmente em relação à preservação da integridade da membrana plasmática. A presença de trealose no meio de cultura promove o efeito protetor do ácido acético. O transporte e acumulação de trealose parecem ser necessários para a proteção por ácido acético contra a perda da integridade da membrana plasmática, mas não de viabilidade celular induzida por etanol. Culturas celulares com a cadeia respiratória afectada (ρ0) não apresentam maiores taxas de viabilidade célular na presença de ácido acético, quando comparado com as mesmas culturas tratadas apenas com etanol, sugerindo que a mitocôndria pode estar envolvida no efeito protetor.

Ethanol is a well-known end product of alcoholic fermentation carried out by Saccharomyces cerevisiae. At high concentrations it reduces cell viability and inhibits fermentation. During fermentation, some weak acids such as acetic, butyric and pyruvic acids, produced by yeast metabolism, may accumulate in the growth medium and enhance ethanol toxicity, which results in a higher inhibition of yeast growth and of fermentation (Gibson, et al., 2007) However, previous data obtained in our lab showed that S. cerevisiae cells exposed simultaneously to toxic concentrations of ethanol and low concentrations of acetic acid displayed higher survival (measured either by CFU or by propidium iodide staining) than cells treated only with ethanol. These results indicated that acetic acid induces a cellular response that provides protection against the cytotoxic effect of ethanol (Vieira et al., unpublished results). Subsequently, it was shown that the Mitogen-Activated Protein Kinase (MAPK) Hog1p and the aquoglyceroporin Fps1p, involved in acetic acid resistance, did not mediate this protective effect of the acid (Trindade, 2009). The aim of the present work was to study the role of other signaling pathways and the mechanisms by which acetic acid confers protection against death induced by ethanol (13% v/v, pH 3.5). We found that this effect is dose-dependent and optimal for 0.1% (v/v) of acetic acid. Propionic, but not lactic or formic acids, also confer protection from ethanol-induced cell death. Deficiency in the MAPK Slt2/Mpk1, which is activated in the presence of acetic acid (Mollapour and Piper, 2006), partially reverts the acetic acid protective effect, especially in the preservation of plasma membrane integrity. We also found that the presence of trehalose in the culture medium promoted the protective effect of acetic acid. Trehalose transport and accumulation seem to be necessary for acetic acid to protect cells from loss of the plasma membrane integrity induced by ethanol, but not of cell viability. Finally, we show that the protective effect of acetic acid was not observed in a respiratory deficient mutant (ρ0), suggesting that mitochondria may be involved in this process.