Yeast systems biology and productio

Yeast systems biology and production of food and food ingredients
The use of systems biology tools in food-related production might be seen from two different angles, depending on the application: production of fermented food or production of food ingredients. Specifi cally, production of fermented food (i.e. bread, wine and beer) typically makes use of the so called ‘industrial’ yeast strains, which are known to be characterized by intrinsic genetic complexity, as they can be genetically diverse, prototrophic, homothallic and often aneuploid, polyploid or alloploid, as reviewed by de Winde (2003). These traits can hinder the possibility of carrying out proper functional genomics studies and easy application of metabolic engineering tools that aim to modify robustly such strains for the development of better processes or products. Brewing, distilling and baker’s yeasts are, with some exceptions, species of Saccharomyces genus: nevertheless, genomic exploration of non-Saccharomyces species of industrial interest is increasing the amount of available information ( Table 3.1) (Souciet et al., 2009).

Besides technical difficulties in applying molecular biology tools to industrial strains, the potential presence of genetically modified organisms (GMO) in food is subjected to very strict regulations, since in this case GMOs would be consumed by humans and then released into the environment. Engineered organisms that enter the food chain have to be approved, classified and labelled according to the principles assessed for GMO food-related safety (http://www.who.int/foodsafety/biotech/codex_taskforce/en/). Additionally, despite approval of such GMOs, the risk of failing commercialization is high, owing to no or very low acceptance by the consumers (Nevoigt, 2008; Pretorius and Bauer, 2002).

The definition of GMOs and the related legislation are no longer applicable if the genetic modification of a specific strain derives from the so- called ‘self-cloning’ (Nevoigt, 2008), meaning that the DNA of the specific organism derives exclusively from species that are phylogenetically related. Therefore, classical methods of development of yeast strains used in the production of food are typically employed (i.e. mutagenesis and hybridization), as reviewed by Pretorius and Bauer (2002) and de Winde (2003), both to overcome some technical difficulties in modifying industrial strains and to circumvent the use of microorganisms officially classified as GMOs.

However, in spite of no or very scarce commercialization of GM yeasts (i.e. those modified using recombinant DNA technologies), studies are ongoing and recombinant yeast strains with industrially interesting improved properties have been generated (a few examples are available: Husnik et al., 2006; Nevoigt et al., 2002; Cambon et al., 2006; Aldhous, 1990; Osinga et al., 1989) by targeting specific genetic modifications and may be commercialized when the public perception has turned more positive towards GMO-based food and food products.

Therefore, the current trend of applying systems biology tools to yeasts used for production of fermented food mostly relates to clarifying at which level environmental changes (i.e. fermentation conditions) or ‘classical genetic modifications’ influence yeast and process performances. Transcriptome and metabolome analyses are the most applied techniques in this field. In fact, gene expression profiles could help in identifying possible modifications of the process in order to minimize or maximize the transcription of genes responsible for specific activities that might infl uence the production process or the features of the final product. Metabolomics is especially important in food and food production, as the complex metabolite profile generated during fermentation is the main factor responsible for determining the final taste and aroma of the product. Metabolomics results might be integrated into transcriptome data to give important information on the complex connections of gene expression, metabolic activities and process setup. Hereby, in this context x-omics tools can be used as quality control tools throughout the fermentation process. Nonetheless, experimental data obtained through study and characterization of industrial yeasts might contribute to a certain extent to the improvement of existing genome-scale metabolic models. A schematic timeline of the development of systems biology as a tool in food production is reported in Fig. 3.1.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ชีววิทยาระบบยีสต์และการผลิตอาหารและส่วนผสมในอาหารการใช้เครื่องมือของระบบชีววิทยาในการผลิตอาหารที่เกี่ยวข้องอาจมองเห็นได้จากสองมุม ขึ้นอยู่กับโปรแกรมประยุกต์: การผลิตอาหารหมักหรือผลิตอาหารได้ เอื้อ cally ผลิตอาหารหมัก (เช่นขนมปัง ไวน์ และเบียร์) มักจะทำให้ใช้เรียกว่า 'อุตสาหกรรม' ยีสต์สายพันธุ์ ซึ่งเป็นที่รู้จักกันเป็นลักษณะความซับซ้อนทางพันธุกรรมที่แท้จริง อย่าง homothallic, prototrophic และ aneuploid มักจะมีความหลากหลายทางพันธุกรรม polyploid หรือ alloploid การเด Winde (2003) ลักษณะเหล่านี้สามารถขัดขวางความเป็นไปได้ดำเนินการศึกษา genomics ทำงานที่เหมาะสมและใช้งานง่ายของเครื่องมือทางวิศวกรรมเผาผลาญที่มุ่งปรับเปลี่ยนสายพันธุ์ดังกล่าวสำหรับการพัฒนาผลิตภัณฑ์หรือกระบวนการที่ดีอย่างทนทาน เบียร์ การกลั่นและเบเกอร์ยีสต์ของได้ ยกเว้นบาง สายพันธุ์ Saccharomyces สกุล: แต่ ออกสำรวจพันธุ์ Saccharomyces ไม่สนใจอุตสาหกรรมคือเพิ่มปริมาณของข้อมูลที่มีตาราง 3.1) (Souciet et al. 2009)นอกจากปัญหาทางเทคนิคในการใช้เครื่องมืออณูชีววิทยาสายพันธุ์อุตสาหกรรม ปัจจุบันศักยภาพของสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม (จีเอ็มโอ) ในอาหารจะต้องทำระเบียบเข้มงวดมาก เนื่องจากในกรณีนี้ ดัดแปลงพันธุกรรมจะมีบริโภค โดยมนุษย์ และจากนั้น ถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม สิ่งมีชีวิตที่ใส่ห่วงโซ่อาหารต้องสามารถอนุมัติ จำแนก และระบุตามหลักการประเมินความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องกับอาหารจีเอ็มโอ (http://www.who.int/foodsafety/biotech/codex_taskforce/en/) นอกจากนี้ แม้ มีการอนุมัติดังกล่าวดัดแปลงพันธุกรรม มีความเสี่ยงล้มเหลวค้าสูง เนื่อง จากไม่มี หรือมากต่ำยอมรับ โดยผู้บริโภค (Nevoigt, 2008 Pretorius และ Bauer, 2002)คำนิยามของการดัดแปลงพันธุกรรมและกฎหมายที่เกี่ยวข้องจะไม่มีการปรับเปลี่ยนทางพันธุกรรมของสายพันธุ์เฉพาะเจาะจงมาจากมาก-เรียกว่า 'ตัวเองโคลน' (Nevoigt, 2008) ซึ่งหมายความ ว่า ดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตเฉพาะเจาะจงมาโดยเฉพาะจากสายพันธุ์เกี่ยวข้อง phylogenetically ดังนั้น วิธีคลาสสิกของการพัฒนาของยีสต์สายพันธุ์ที่ใช้ในการผลิตอาหารโดยทั่วไปจะใช้ (เช่น mutagenesis และ hybridization), รีวิว Pretorius Bauer (2002) และเด Winde (2003), จะเอาชนะปัญหาทางเทคนิคในการปรับเปลี่ยนสายพันธุ์อุตสาหกรรม และ เพื่อหลีกเลี่ยงการใช้จุลินทรีย์ที่จัดเป็นดัดแปลงพันธุกรรมอย่างเป็นทางการอย่างไรก็ตาม แม้ไม่มี หรือมากค้าหายากของ GM yeasts (เช่นผู้แก้ไขโดยการใช้เทคโนโลยี recombinant DNA), ศึกษาอยู่อย่างต่อเนื่อง และสร้าง recombinant ยีสต์สายพันธุ์ที่ มีการปรับปรุงคุณสมบัติที่น่าสนใจทัด (มีตัวอย่าง: Husnik et al. 2006 Nevoigt et al. 2002 กัมบอน et al. 2006 Aldhous, 1990 Osinga et al. 1989) โดยกำหนดเป้าหมายเฉพาะการปรับเปลี่ยนทางพันธุกรรม และอาจใช้ในเชิงพาณิชย์เมื่อที่ประชาชนได้รู้การทำงานในเชิงบวกต่ออาหารจากจีเอ็มโอและผลิตภัณฑ์อาหารดังนั้น แนวโน้มปัจจุบันของการใช้เครื่องมือระบบชีววิทยากับยีสต์ที่ใช้สำหรับการผลิตอาหารหมักส่วนใหญ่เกี่ยวข้องอิ้งที่ระดับการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อม (เช่นหมักเงื่อนไข) หรือ 'ปรับเปลี่ยนพันธุคลาสสิก' อิทธิพลยีสต์และกระบวนการแสดงด้วย วิเคราะห์ Transcriptome และ metabolome ก็เป็นเทคนิคที่ใช้มากที่สุดในฟิลด์นี้ ในความเป็นจริง ยีนส่วนกำหนดค่าของนิพจน์สามารถช่วยในการระบุการปรับเปลี่ยนเป็นไปได้ของกระบวนการเพื่อลด หรือเพิ่มการถอดรหัสของยีนที่รับผิดชอบกิจกรรมที่เฉพาะเจาะจงที่อาจ infl uence คุณลักษณะของผลิตภัณฑ์หรือกระบวนการผลิต Metabolomics เป็นสิ่งสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในอาหารและการผลิตอาหาร metabolite ซับซ้อนโพรไฟล์ที่สร้างขึ้นในระหว่างการหมักเป็นปัจจัยหลักที่ผู้ตัดสินใจขั้นสุดท้ายรสชาติและกลิ่นของผลิตภัณฑ์ Metabolomics ผลลัพธ์อาจจะรวมอยู่ในข้อมูล transcriptome เพื่อให้ข้อมูลที่สำคัญในการเชื่อมต่อที่ซับซ้อนของยีน กิจกรรมเผาผลาญและการตั้งค่ากระบวนการ ข้าพเจ้า ในนี้บริบท x-เชิงคณนา เครื่องมือสามารถใช้เป็นเครื่องมือควบคุมคุณภาพตลอดกระบวนการหมัก กระนั้น ข้อมูลทดลองได้ทางการศึกษา และจำแนกลักษณะของรายีสต์อุตสาหกรรมอาจทำในระดับหนึ่งในการพัฒนาโมเดลการเผาผลาญของจีโนมที่ขนาดอยู่ เส้นเวลาแผนผังวงจรของการพัฒนาของระบบชีววิทยาเป็นเครื่องมือในการผลิตอาหารมีรายงานในรูป 3.1

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ระบบยีสต์ชีววิทยาและการผลิตอาหารและอาหารส่วนผสม
การใช้เครื่องมือระบบชีววิทยาในการผลิตอาหารที่เกี่ยวข้องอาจจะเห็นได้จากสองมุมที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับโปรแกรม: การผลิตอาหารหมักหรือการผลิตส่วนผสมอาหาร ถอนรากถอนโคน specifi, การผลิตอาหารหมัก (เช่นขนมปังไวน์และเบียร์) มักจะทำให้การใช้งานที่เรียกว่าสายพันธุ์ 'อุตสาหกรรม' ยีสต์ซึ่งเป็นที่รู้จักที่จะโดดเด่นด้วยความซับซ้อนทางพันธุกรรมที่แท้จริงที่พวกเขาสามารถมีความหลากหลายทางพันธุกรรม prototrophic, homothallic และ มักจะ aneuploid, โพลีพลอยหรือ alloploid เป็นไปตามที่ Winde (2003) ลักษณะเหล่านี้สามารถขัดขวางความเป็นไปได้ในการดำเนินการศึกษาฟังก์ชั่นการทำงานที่เหมาะสมและโปรแกรมที่ง่ายของเครื่องมือทางวิศวกรรมการเผาผลาญที่มีจุดมุ่งหมายในการปรับเปลี่ยนสายพันธุ์ที่แข็งแกร่งดังกล่าวสำหรับการพัฒนากระบวนการที่ดีกว่าหรือผลิตภัณฑ์ เบียร์กลั่นและยีสต์ขนมปังโดยมีข้อยกเว้นบางสายพันธุ์ของ Saccharomyces ประเภท: แต่การสำรวจจีโนมของการไม่ Saccharomyces สายพันธุ์ที่น่าสนใจอุตสาหกรรมการเพิ่มปริมาณของข้อมูลที่มีอยู่ (ตารางที่ 3.1) (ที่ Souciet et al, 2009)..

นอกจากนี้ ปัญหาทางเทคนิคในการใช้เครื่องมือทางอณูชีววิทยาสายพันธุ์อุตสาหกรรมการปรากฏศักยภาพของสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม (จีเอ็มโอ) ในอาหารอยู่ภายใต้กฎระเบียบที่เข้มงวดมากเนื่องจากในกรณีนี้จะได้รับการตัดแต่งพันธุกรรมบริโภคโดยมนุษย์และปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมแล้ว ชีวิตวิศวกรรมที่ใส่ห่วงโซ่อาหารจะต้องได้รับการอนุมัติจัดและติดป้ายตามหลักการประเมินความปลอดภัยของอาหารจีเอ็มโอที่เกี่ยวข้อง (http://www.who.int/foodsafety/biotech/codex_taskforce/en/) นอกจากนี้แม้จะมีการอนุมัติของ GMOs เช่นความเสี่ยงของความล้มเหลวในการค้าอยู่ในระดับสูงเนื่องจากการหรือไม่ได้รับการยอมรับในระดับต่ำมากโดยผู้บริโภค (Nevoigt 2008; Pretorius และ Bauer, 2002).

ความหมายของ GMOs และกฎหมายที่เกี่ยวข้องจะไม่บังคับ ถ้าการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมของสายพันธุ์เฉพาะที่มาจากที่เรียกว่า 'โคลนนิ่งตัวเอง' (Nevoigt 2008) ซึ่งหมายความว่าดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตที่เฉพาะเจาะจงเฉพาะมาจากสายพันธุ์ที่เกี่ยวข้อง phylogenetically ดังนั้นวิธีคลาสสิกของการพัฒนาสายพันธุ์ยีสต์ที่ใช้ในการผลิตอาหารโดยทั่วไปจะมีการจ้างงาน (เช่นฉับและ hybridization) เช่นการตรวจสอบโดย Pretorius และบาวเออร์ (2002) และ Winde (2003) ทั้งสองที่จะเอาชนะปัญหาทางเทคนิคบางอย่างในการปรับเปลี่ยนอุตสาหกรรม สายพันธุ์และที่จะหลีกเลี่ยงการใช้จุลินทรีย์ที่จัดอย่างเป็นทางการเป็นจีเอ็มโอ.

อย่างไรก็ตามแม้ไม่มีหรือหายากมากการค้าของยีสต์จีเอ็ม (คือผู้ที่มีการปรับเปลี่ยนการใช้เทคโนโลยีดีเอ็นเอ) การศึกษาอย่างต่อเนื่องและ recombinant สายพันธุ์ยีสต์ที่มีคุณสมบัติที่ดีขึ้นที่น่าสนใจในอุตสาหกรรมที่ได้รับ สร้าง (ตัวอย่างบางส่วนที่มีอยู่.... Husnik et al, 2006; Nevoigt et al, 2002; Cambon et al, 2006; Aldhous, 1990; Osinga, et al, 1989) โดยการกำหนดเป้าหมายการปรับเปลี่ยนพันธุกรรมที่เฉพาะเจาะจงและอาจจะในเชิงพาณิชย์เมื่อ รับรู้ของประชาชนได้กลายเป็นบวกมากขึ้นต่อผลิตภัณฑ์อาหารและอาหารจีเอ็มโอ-based.

ดังนั้นแนวโน้มในปัจจุบันของการใช้ระบบเครื่องมือชีววิทยายีสต์ที่ใช้สำหรับการผลิตอาหารหมักส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการทำความเข้าใจที่ระดับการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อม (เช่นเงื่อนไขการหมัก) หรือ ' อิทธิพลยีสต์และกระบวนการปรับเปลี่ยนพันธุกรรมคลาสสิก 'การแสดง ยีนและการวิเคราะห์ metabolome เป็นเทคนิคที่นำมาใช้มากที่สุดในเขตนี้ ในความเป็นจริงการแสดงออกของยีนที่สามารถช่วยในการระบุการปรับเปลี่ยนไปได้ของกระบวนการในการที่จะลดหรือเพิ่มการถอดรหัสของยีนที่รับผิดชอบในการทำกิจกรรมต่างๆที่อาจ infl อิทธิพลต่อกระบวนการผลิตหรือคุณลักษณะของผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่ metabolomics เป็นสิ่งสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในอาหารและการผลิตอาหารเป็นรายละเอียดที่ซับซ้อน metabolite สร้างขึ้นในระหว่างการหมักเป็นปัจจัยหลักที่รับผิดชอบในการกำหนดรสชาติสุดท้ายและกลิ่นหอมของผลิตภัณฑ์ ผลการ metabolomics อาจถูกรวมเข้ากับข้อมูลที่ยีนที่จะให้ข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับการเชื่อมต่อที่ซับซ้อนของการแสดงออกของยีนกิจกรรมการเผาผลาญอาหารและการติดตั้งกระบวนการ ขอในบริบทนี้เครื่องมือ X-omics สามารถใช้เป็นเครื่องมือในการควบคุมคุณภาพตลอดกระบวนการหมัก อย่างไรก็ตามข้อมูลการทดลองที่ได้รับผ่านการศึกษาและลักษณะของยีสต์อุตสาหกรรมอาจนำไปสู่ในระดับหนึ่งในการปรับปรุงที่มีอยู่ของจีโนมในระดับการเผาผลาญรุ่น ลำดับเวลาวงจรของการพัฒนาของระบบชีววิทยาเป็นเครื่องมือในการผลิตอาหารที่มีการรายงานในรูป 3.1