VIEW ARTICLE    http://dx.doi.org/10.1094/ASBCJ-2014-0324-02

A Novel Method of Inducing and Retaining Cell Cycle Synchronization in Cultures of Saccharomyces cerevisiae. J. Blake Layfield, Lucas R. Vann, and John D. Sheppard (1), Department of Food, Bioprocessing and Nutrition Sciences, North Carolina State University, Raleigh, NC. (1) Corresponding author. E-mail: <jdsheppa@ncsu.edu>. J. Am. Soc. Brew. Chem. 72(2):102-109, 2014.

In conventional fermentation, at any one time, individual yeast cells are randomly distributed with respect to the stage of their growth and division cycle. The observed metabolic performance is, therefore, the result of an average of the entire population. In contrast, a synchronous population is characterized by cells that are aligned with respect to their metabolic processes, traversing the cell cycle and dividing mostly in unison. In this study, a novel method for inducing and retaining cell cycle synchronization in yeast cultures (diploid and polyploid-type) was developed using a simple and natural phased expansion method, in which the volume of the culture was increased step-wise at time periods equal to the cell doubling time. Results indicate that this method was effective in producing yeast cultures with a high degree of synchrony, verified by cell counts and fluorescent cytometry. When stored in relatively small volumes at –80°C in glycerol, the cultures maintained their synchrony upon thawing. Experiments were also conducted at the lab-scale to assess the potential use of synchronous cultures in brewing applications. The incorporation of phased seed expansion and periodic feeding of the yeast culture provided increased metabolic uniformity within the population and reduced variability in fermentation performance. Keywords: Beer, Cell cycle, Glycerol stocks, Saccharomyces cerevisiae, Seed expansion, Synchronization

En la fermentación convencional, las células individuales de levadura se encuentran distribuidas aleatoriamente con respecto a su etapa de crecimiento y ciclo de división. El desempeño metabólico observado en un momento dado es el resultado de un promedio de la población entera. Esto contrasta con una población síncrono, caracterizado por células que están aliñados con respecto a sus procesos metabólicos, atravesando el ciclo de la célula y dividiendo en gran parte en unísono. Se ha desarrollado un método nuevo para inducir y retener una sincronización del ciclo de las células en cultivos de levaduras (tipo diploide y poliploide) utilizando un método de expansión de fase sencillo y natural, en donde el volumen de la cultura es aumentado paso a paso en intervalos de tiempo igual al tiempo requerido para doblar la población. Los resultados de este estudio indican que este método resultó ser efectivo en la producción de cultivos de levadura con un alto grado de sincronización, verificado por conteos de células y por citometrìa fluorescente. Las culturas mantuvieron su sincronización al descongelarse después de ser guardadas en volúmenes relativamente pequeños a –80°C en glicerol. También se condujeron experimentos a nivel de laboratorio para evaluar el uso potencial de culturas sincronizadas en aplicaciones cerveceras. La incorporación de la expansión de semillas por fases y la alimentación periódica del cultivo de levadura resultó en una mayor uniformidad metabólica dentro de la población, y una variabilidad reducida en el desempeño fermentativo. Palabras claves: Cerveza, Ciclo celular, Expansión de la semilla, Provisión de glicerol, Saccharomyces cerevisiae, Sincronización