À medida que cresce a necessidade por biocombustíveis, devido a sua essência sustentável e aos altos preços do petróleo, também aumenta a importância da produção brasileira de etanol combustível no contexto global. No Brasil, etanol combustível é produzido via fermentação de substratos derivados da cana-de-açúcar por linhagens robustas de Saccharomyces cerevisiae. Entender a fisiologia dessas linhagens de levedura se tornou um passo necessário para aumentar o rendimento alcoólico, visto que outros processos da cadeia de produção de etanol já foram otimizados significativamente. O objetivo desta tese foi avaliar sistematicamente a fisiologia das linhagens brasileiras PE-2, CAT-1, BG-1 e JP-1, em resposta a condições de estresse relacionadas ao processo de produção de etanol. As linhagens de laboratório S288c e CEN.PK113-7D e a linhagem de panificação Fleischmann foram incluídas neste estudo como referência. Ensaios de diluição em placas contendo diversos fatores de estresse mostraram que as linhagens industriais toleram melhor altas concentrações de etanol e de ácido acético e substratos industriais (caldo de cana e melaço). Só foi observada diferença entre as linhagens de etanol e de panificação sob condições de estresse térmico e de pH baixo. Estas condições foram consideradas fatores-chave de pressão seletiva no ambiente industrial de produção de etanol. O estresse térmico foi estudado em cultivos em frasco agitado a 37 °C utilizando meio sintético. Nessa condição somente linhagens de laboratório apresentaram rendimentos em biomassa e etanol significativamente menores em relação a cultivos a 30 °C. Balanços de carbono mostraram que, naquela condição, essas linhagens direcionam mais carbono para a formação de outros metabólitos que não o etanol (como glicerol e ácidos orgânicos), provavelmente devido a uma maior ativação de mecanismos de resposta ao estresse. A resposta das linhagens PE-2 e CEN.PK113-7D a condições de estresse ácido foi estudada em anaerobiose em quimiostatos a pH 3.0 (em meio sintético ou complexo), em quimiostatos em meio sintético contendo ácido acético 105 mM e em cultivos contínuos dinâmicos com pH variável. Em todas essas condições as duas linhagens apresentaram fisiologia semelhante, com exceção do metabolismo de acetato da linhagem PE-2. No entanto, em bateladas em meio complexo e pH 2.7, a linhagem PE-2 apresentou uma velocidade específica de crescimento 33 % maior e um rendimento em biomassa 86 % maior do que a linhagem CEN.PK113-7D. Essa distinção não foi observada em bateladas em meio complexo a pH 5.0 ou em bateladas em meio sintético a pH 5.0 ou 2.8. A resposta ao estresse ácido também foi analisada em ambiente não-proliferativo, através da determinação da viabilidade celular após tratamento com H2SO4 em pH 1.5. A linhagem PE-2 apresentou a maior viabilidade (64.7 %), seguida das linhagens Fleischmann (50.4 %) e CEN.PK113-7D (34.9 %). Em conjunto, os dados apresentados nesta tese sustentam a hipótese de que a linhagem PE-2 foi selecionada por sobreviver nas condições ácidas encontradas na etapa industrial de reciclo celular e por se propagar rapidamente neste ambiente estressante, utilizando as células mortas da linhagem de panificação como substrato. Essas características permitem que a linhagem PE-2 prospere e domine os fermentadores na produção industrial de etanol.

As the need for biofuels rise, given their sustainable nature and the high prices of oil, so does the importance of the Brazilian fuel ethanol production in a global context. In Brazil, fuel ethanol is produced via fermentation of sugarcane feedstocks using robust strains of Saccharomyces cerevisiae. Understanding the physiology of these yeast strains has become the next necessary step to increase ethanol yields, since other major industrial processes in the ethanol production chain have already been significantly optimized. The aim of this thesis was to systematically evaluate the physiological responses of Brazilian fuel ethanol strains PE-2, CAT-1, BG-1, and JP-1, towards stress conditions associated to the process in which they are employed. Laboratory strains S288c and CEN.PK113-7D and bakers strain Fleischmann were also studied and considered as reference strains. Spot dilution assays in plates with a range of stressors in varying concentrations showed that industrial strains perform better under ethanol and acetic acid stresses and on industrial media (sugarcane juice and molasses). A distinction between fuel ethanol and bakers strains was observed only during growth under heat and low pH stresses, conditions that may be considered major factors of selective pressure in the fuel ethanol production environment, hindering the replication of the starter bakers strain. Heat stress was further studied in synthetic medium shake-flask cultivations at 37 °C, in which only laboratory strains exhibited a significant decrease on biomass and ethanol yields in relation to 30 °C. Carbon balance analysis showed that these strains channel more carbon to metabolites other than ethanol (like glycerol and organic acids), probably due to a higher triggering of stress response mechanisms under heat stress. Response of strains PE-2 and CEN.PK113-7D towards acidrelated stress conditions was analyzed in anaerobiosis in chemostats at pH 3.0 (on synthetic and rich media), in chemostats on synthetic medium added with 105 mM acetic acid and in dynamic continuous cultivations on synthetic medium with time-varying pH. In all these conditions both strains displayed similar physiology, with the exception of PE-2s particular acetate metabolism. In batch cultivations in rich medium at pH 2.7, however, remarkable differences could be noticedPE-2 strain exhibited a 33 % higher growth rate and an 86 % higher biomass yield. No differences between the strains were observed in batch cultivations in rich medium at pH 5.0 or in batch cultivations in synthetic medium at pH 5.0 or 2.8. Response to acid stress was also assessed in a non-proliferative environment, through measurements of cell viability after a 4-h H2SO4 treatment at pH 1.5. Strain PE-2 exhibited the highest viability (64.7 %), followed by strains Fleischmann (50.4 %) and CEN.PK113-7D (34.9 %). Analyzed together, the data presented in this thesis support the hypothesis that strain PE-2 was selected by surviving at low pH conditions found in the industrial cell recycle step, and by replicating fast in this stressful environment, most likely using dead bakers strain cells as a substrate. These features allow strain PE-2 to thrive in and dominate the fermentors in the fuel ethanol production process.