Дрожжи-убийцы: почему важно знать киллер-фенотип дрожжей

В своем новом материале Алексей Титов, представитель компании Lallemand в Прибалтике и России, обсудит жизненно важный аспект для многих микроорганизмов, в том числе и дрожжей, позволяющий поддерживать баланс среди популяций различных микробов.

Киллер-фактор

В целом, существует несколько методов взаимодействия между дрожжами и другими микроорганизмами: борьба за питательные вещества, флокуляция, размножение (половое), хищничество, а также феномен киллер-фактора. Мы остановимся именно на последнем из-за важности его физиологического и биотехнологического воздействия в нескольких отраслях пищевой промышленности, включая пивоварение.

Начнем с того, что киллер-фактор — это токсин белковой природы, выделяемый некоторыми видами и штаммами микроорганизмов для ограничения конкуренции с видами и штаммами антагонистами. Токсин выделяется благодаря наличию вирусной ДНК, которая подверглась фагоцитозу дрожжевой клеткой и вступила с ней в симбиотические отношения. Основной интерес для нас, конечно же, представляют дрожжи Saccharomyces cerevisiae, но нужно помнить о том, что существует несколько видов дрожжей и бактерий, способных выделять эти токсины.

Очевидно, что штаммы убийцы ((K) – от англ. killers) невосприимчивы к токсину, которого они сами и выделяют, в то время как чувствительные штаммы ((S) – от англ. sensitive) будут мишенями для этих токсичных белков. Существует еще одна категория, в которую входят все штаммы, не способные выделять токсины и в то же время не чувствительные к ним, — нейтральные ((N) — от англ. neutral). Помимо генетической корреляции, устойчивость к специфическим токсинам зависит от фазы роста, в которой находятся дрожжи. Связано это со своеобразным действием токсинов, выделяемых дрожжами Saccharomyces cerevisiae, и происходит оно по двум основным направлениям.

В первом случае токсины К1 и К2 способны связываться сначала с рецепторами клеточной стенки, а затем с клеточной мембраной, образуя в ней неселективные каналы, нарушая основную функцию клеточной мембраны, а именно, избирательную проницаемость. В результате чего клетка теряет протоны и ряд микроэлементов, в ней падает рН, и через 2–3 часа после атаки дрожжевая клетка будет мертва. Действие токсина К28 вначале идет по тому же пути, но как только он связывается с клеточной стенкой и мембраной, токсин довольно быстро ингибирует синтез ДНК в клетках чувствительных дрожжей, вместо нарушения функции мембраны, но все с тем же летальным исходом.

Вот почему клетки наиболее чувствительны к действию токсинов во время экспоненциальной фазы и более устойчивы во время лаг-фазы. Экспоненциальная фаза (фаза логарифмического роста) представляет собой стадию, в которой клетка синтезирует новые мембраны и реплицирует ДНК, а значит, более чувствительна и требовательна к действию ферментов, и, следовательно, к токсинам.

Что это значит для пивовара?

Как было сказано в начале, знание особенностей штаммов убийц важно с точки зрения биотехнологии, ведь их можно использовать в своих интересах.

Выбирая штамм для дображивания в бутылках, можно остановиться на дрожжах-убийцах, способных подавлять другие штаммы и обеспечивающих более быстрое и стабильное вторичное брожение.

С другой стороны, следует проявить осторожность при выборе нескольких штаммов для сбраживания специальных стилей, как, например, итальянский виноградный эль, в котором винные (обычно убийцы) и пивные дрожжи (обычно чувствительные) засеваются одновременно. К тому же нужно учитывать, что многие винные дрожжи не способны сбраживать некоторые сложные углеводы, присутствующие в пивном сусле. Это означает, что в пиве останется большое количество несброженных сахаров.

Помимо этого, в случае попадания дрожжей-убийц (кросс-контаминация) в другую партию пива, это может привести к медленному брожению или даже его остановке. Поэтому при использовании таких штаммов следует с особой щепетильностью отнестись к мойке оборудования. Впрочем, как и всегда.

Как обычно, есть множество аспектов, которые следует учитывать, но, если знать, как их оценивать и управлять ими, они не всегда будут негативными.