Efecto de la restricción dietética en la longevidad de cepas de Saccharomyces cerevisiae con diferente contenido génico bajo condiciones estresantes.

Abstract

[ES] Saccharomyces cerevisiae es uno de los organismos modelo más utilizados en Biotecnología y Biomedicina, debido al conocimiento que tenemos del mismo. Esta especie fue, además, una de las primeras utilizadas por el hombre con fines biotecnológicos, producción de pan y otros alimentos fermentados. Actualmente se sabe que es un híbrido de otras dos especies de hongos unicelulares, que sufrió una duplicación de todo el genoma (Whole Genome Duplication, WGD) para recuperar su fertilidad seguida de reducción génica y pequeñas duplicaciones (Small Scale Duplication, SSD) hace unos 100 MA, que han dado forma a su genoma actual (con un tercio de los genes procedentes de esa duplicación ancestral). El contenido génico de cualquier organismo determina su capacidad de respuesta ante los distintos estreses. En estudios previos, en el grupo de Biología integrativa y de sistemas, se ha determinado como en Saccharomyces cerevisiae Y06240 los genes duplicados ancestrales están implicados en la respuesta a utilización de distintas fuentes de carbono no fermentativas (lactato, glicerol y etanol), y en la respuesta al estrés oxidativo. Sin embargo, presentan una respuesta que depende del tipo de estrés, presentando plasticidad transcripcional y fenotípica. De hecho, demostramos que la duplicación constituye un sistema de robustez mutacional del sistema, que le permite adaptarse e innovar funcionalmente. En este TFG, mediante una aproximación de biología integrativa, vamos a estudiar cómo la restricción dietética (reducción de la ingesta de nutrientes y calorías sin llegar a malnutrición) puede también modular la respuesta del genoma ante distintos estreses, incluyendo el estrés oxidativo. Para ello someteremos a la levadura S. cerevisiae BY4741, y a unas líneas derivadas, en las que se han duplicado un gen y deleccionado el gen msh2, a una primera diversificación y evolución experimental adaptativa bajo condiciones de deriva génica durante 10 pases (66,4 generaciones), en tres condiciones ambientales diferentes (temperatura subóptima (25C), óptima (28) y extrema (37C)), en medio normal (YPD), medio restrictivo (1/8 YPD) y medio de estrés oxidativo (YPOxD). Determinaremos cómo esta evolución adaptativa afecta a la longevidad (o edad cronológica), midiendo supervivientes tras un paso de envejecimiento a 0, 7, 14, 25, y 35 días, comparando entre dos métodos: (i) supervivientes relativos como unidades formadoras de colonia o UFCs; (ii) o biomasa producida, medida como OD600 máxima a las 24h; en punto inicial y final de la evolución adaptativa (t0 y t10) de las 11 líneas en estudio.

[EN] Saccharomyces cerevisiae is one of the most widely used model organisms in Biotechnology and Biomedicine, due to the knowledge we have about it. This species was also one of the first used by man for biotechnological purposes, bread production and other fermented foods. It is currently known to be a hybrid of two other species of unicellular fungi, which underwent a Whole Genome Duplication (WGD) to regain fertility followed by gene reduction and Small Scale Duplication (SSD) 100 MYA, which have shaped its current genome (with a third of the genes coming from that ancestral duplication).

The gene content of any organism determines its ability to respond to different stresses. In previous studies, in the Integrative and Systems Biology group, it has been determined how in Saccharomyces cerevisiae Y06240 the ancestral duplicated genes are involved in the response to the use of different non-fermentative carbon sources (lactate, glycerol and ethanol), and in the response to oxidative stress. However, they present a response that depends on the type of stress, presenting transcriptional and phenotypic plasticity. In fact, we show that duplication constitutes a system of mutational robustness of the system, which allows it to adapt and innovate functionally.

In this TFG, through an integrative biology approach, we are going to study how dietary restriction (reducing the intake of nutrients and calories without reaching malnutrition) can also modulate the response of the genome to different stresses, including oxidative stress. To do this, we will subject the yeast S. cerevisiae BY4741, and some derived lines, in which a gene has been duplicated and the msh2 gene deleted, to a first diversification and adaptive experimental evolution under conditions of genetic drift for 10 passages (66.4 generations), in three different environmental conditions (suboptimal (25C), optimal (28) and extreme (37C) temperatures), in normal medium (YPD), restrictive medium (1/8 YPD) and oxidative stress medium (YPOxD). We will determine how this adaptive evolution affects longevity (or chronological age), measuring survivors after an aging step at 0, 7, 14, 35, and 49 days, comparing between two methods: (i) relative survivors as colony-forming units or CFUs; (ii) or biomass produced, measured as maximum OD600 at 24h; at the initial and final point of the adaptive evolution (E0 and E10) of the 11 lines under study.