Το ουράνιο (U) αποτελεί σοβαρό περιβαλλοντικό ρύπο που προέρχεται από διάφορες ανθρωπογενείς δραστηριότητες όπως ορυχεία, πυρηνικές βιομηχανίες, και φωσφορικά λιπάσματα. Είναι ένα εξαιρετικά τοξικό στοιχείο, επομένως η απομάκρυνσή του από υγρά απόβλητα έχει μεγάλη σημασία. Για το σκοπό αυτό έχουν χρησιμοποιηθεί φυσικοχημικές μέθοδοι (αντίστροφη όσμωση, ιονανταλλαγή, κ.α.) αλλά το υψηλό κόστος τους πιέζει προς την κατεύθυνση βιοτεχνολογικών προσεγγίσεων, όπως η βιορρόφηση με τη χρήση μικροοργανισμών. Επιπλέον, μικροβιακές μάζες που παράγονται ως παραπροϊόντα αγροτο-βιομηχανικών διεργασιών αποτελούν χαμηλού κόστους βιορροφητικά υλικά. Οι μικροοργανισμοί επηρεάζουν την κινητικότητα διαλυμένων μετάλλων με διάφορες διεργασίες, όπως ενεργός βιοσυσσώρευση, οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις, και παθητική δέσμευση στις κυτταρικές μεμβράνες. Στις περισσότερες μελέτες βιορρόφησης οι παράμετροι που μελετώνται είναι η συγκέντρωση του μετάλλου, η θερμοκρασία και το pH του διαλύματος. Εξίσου σημαντική είναι η μεταβολική κατάσταση και το στάδιο ανάπτυξης του μικροοργανισμού. Ο ζυμομύκητας Saccharomyces cerevisiae είναι γνωστός για την ικανότητα δέσμευσης βαρέων μετάλλων. Μελέτες έχουν δείξει ότι το U(VI) συσσωρεύεται στην επιφάνειά του αντιδρώντας με φωσφορικές ομάδες προς φωσφορικά άλατα. Το U επίσης επιβραδύνει την κυτταρική ανάπτυξη και όσο μεγαλύτερη είναι η μεταβολική δραστηριότητα του μικροοργανισμού τόσο μικρότερη η βιοσυσσώρευση U. Συγκεκριμένα το U επηρεάζει τον S. cerevisiae σε μοριακό επίπεδο ρυθμίζοντας την έκφραση πρωτεϊνών. Άρα συγκεκριμένες πρωτεΐνες είναι απαραίτητες για τη βιοσυσσώρευση και την αντοχή στο U, και αν τα αντίστοιχα γονίδια απαλείφονται, η αντοχή και η ικανότητα συσσώρευσης U μειώνονται. Επομένως η χρήση στελεχών με απαλοιφή ενός γονιδίου είναι πολύ χρήσιμη για τη μελέτη των αντίστοιχων πρωτεϊνών.
Στην εργασία αυτή, τρία στελέχη S. cerevisiae συγκρίθηκαν ως προς την πρόσληψη U: (α) το άγριο στέλεχος BY4741, (β) το pmc1Δ με απαλοιφή γονιδίου Ca2+ ATPάσης, που συμμετέχει στην απομάκρυνση ιόντων Ca2+ από το κυτταρόπλασμα και προλαμβάνει την αναστολή ανάπτυξης, ενεργοποιώντας το ένζυμο καλσινευρίνη (ασβεστιοεξαρτώμενη σερίνη-θρεονίνη φωσαφατάση) παρουσία αυξημένων συγκεντρώσεων Ca2+, και (γ) το nhx1Δ με απαλοιφή του γονιδίου ανταλλάκτη Na+/H+& K+/H+, που απαιτείται για ενδοκυτταρική μεταφορά Na+& K+, αντοχή σε οξύ υπερτονικό σοκ, και για σύντηξη των κενοτοπίων.
Τα τρία στελέχη μελετήθηκαν επίσης ως προς τη ζυμωτική τους ικανότητα χρησιμοποιώντας ως υποστρώματα εκχυλίσματα Κορινθιακής σταφίδας σε συνθήκες οινοποίησης.
Uranium (U) is a serious environmental pollutant resulting from various anthropogenic activities, such as mining, nuclear industries, and phosphate fertilizers. It is a highly toxic element, hence its removal from waste waters is of great importance. For this purpose, common physicochemical methods (reverse osmosis, ion exchange, etc.) have been employed, but their high cost of application pressed for biotechnological approaches. The ability of microorganisms to remove metal ions from a solution is such an encouraging alternative. Moreover, microbial masses derived as by-products of various agro-industrial processes can be used as low cost biosorbents. Microorganisms can influence the mobility of dissolved metal ions by various processes such as active accumulation, redox reactions and passive sequestration on the cell surface. In most biosorption studies, the parameters usually investigated are the initial metal concentration, temperature and pH. The cell metabolic and growth states are also critical. The yeast Saccharomyces cerevisiae is well known to accumulate heavy metals. Studies have shown that U(VI) accumulates on the cell surface, associating with phosphorous to form uranyl-phosphate minerals, and that it retards cell growth. Also, it was found that U specifically affects S. cerevisiae at the molecular level, regulating protein expression and that the higher the metabolic activity, the lower is the accumulation of U. Therefore, specific proteins are necessary for U tolerance and accumulation. Single-gene-deletion strains are very useful tools in screening such proteins. If the specific gene is deleted, the U tolerance and accumulation is expected to be reduced in the strain.
In this study, three S. cerevisiae strains were studied and compared for U uptake: (a) the wild type BY4741, (b) the pmc1Δ (lacking vacuolar Ca2+ ATPase involved in depleting cytosol of Ca2+ ions and preventing growth inhibition by activation of calcineurin in the presence of elevated concentrations of Ca2+), and (c) the nhx1Δ (lacking Na+/H+& K+/H+ exchanger required for intracellular Na+& K+ sequestration, osmotolerance to acute hypertonic shock, and for vacuolar fusion).
The three strains were also studied for their fermentation activity using extracts of Corinthian currants (raisins) as substrates under vinification conditions.
