На главную

Пекарские дрожжи

Пе́карские дро́жжи (Saccharomyces cerevisiae), вид одноклеточных микроскопических грибов, принадлежащих классу сахаромицеты (Saccharomyces). Являются вторично одноклеточными дрожжевыми грибами. Широко используются в пищевой промышленности. Благодаря высокому содержанию митохондриального генетического материала, достигающего 15–23 % всей ДНК клетки, и наличию двух типов спаривания представляют собой один из самых популярных модельных организмов в генетических и эпигенетических исследованиях.

Физиология дрожжевых клеток

Клетки пекарских дрожжей – типичных эукариотов – неподвижны, не образуют капсул. В диплоидной стадии представляют собой типичные овоидные клетки размером 5 × 6 мкм, в гаплоидной – сферические клетки диаметром 4 мкм. Их маннано-глюкановая клеточная стенка включает в себя 3–5 % хитина, 6–13 % белков и 2–9 % липидов. Плазмалемма дрожжей способна к фагоцитозу и пиноцитозу, содержит от 5,4 до 6,4 % фосфолипидов и 26 % эргостерола от общего количества липидов (Меледина. 2015[1]).

Сахаромицеты являются гетеротрофными аэробными организмами, растущими при наличии глюкозы, азота, серы или фосфора. Они накапливают гликоген и трегалозу, что является общей реакцией на различные типы ограничения питательных веществ.

Генетические особенности

Геном пекарских дрожжей в целом сложен и организуется в 16 мелких хромосом, особенностью которых является низкое содержание повторов – их основная доля приходится на копирование генов рРНК (Буряченко. 2016[2]).

Пекарские дрожжи имеют два типа спаривания. Гаплоидный тип клеток а и гаплоидный тип клеток α могут спариваться и давать диплоидные формы а/α, которые, в свою очередь, могут подвергаться мейозу и споруляции, давая начало двум аскоспорам а-типа и двум аскоспорам α-типа (Степченкова. 2009[3]).

Дрожжевые грибы этого вида способны существовать как стабильные гаплоиды, что значительно упрощает идентификацию и характеристику рецессивных мутаций, а также использование их для получения новых белков. В этом случае дрожжевые клетки размножаются почкованием. Более предпочтительны для пекарских дрожжей их диплоидные стадии, переход к которым осуществляется путём слияния клеток или спаривания, после чего начинается мейотическое деление ядер, которое запускается ключевым геном IME2 (inducer of meiosis 2). Гаплоидные клетки сигнализируют о готовности к спариванию либо секретируя альфа-фактор, либо активируя каскад митоген-активируемых протеинкиназ (МАПК). Это, в свою очередь, вызывает ряд клеточных ответов, которые подготавливают клетку к спариванию, включая остановку клеточного цикла и индукцию генов, важных для слияния. Один из индуцированных генов кодирует дрожжевой белок группы RGS – Sst2 (Dolman. 2009[4]), который является для клеток феромоном и способствует активации МАПК. Сигнальный регулятор G-белок связывается с феромоном Sst2, что запускает важные реакции для спаривания, снижение уровня транскрипции новых генов и остановку роста, таким образом, замыкая петлю отрицательной обратной связи.

Применение

Пекарские дрожжи использовались человеком с древних времён. В 1876 г. Л. Пастер продемонстрировал их способность вызывать спиртовое брожение, а Э. К. Хансен в 1883 г. выделил чистую культуру пекарских дрожжей и показал их значение для пивоварения. В настоящее время пекарские дрожжи широко применяются для хлебопечения, пивоварения, получения витаминов группы В, трегалозы, различных ферментов. В пивоварении сахаромицеты производят верховое брожение.

Особое место пекарские дрожжи занимают в крупномасштабном промышленном производстве этилового спирта, для которого используются специальные спиртовые расы дрожжей, обладающие высокой бродильной активностью, способные быстро и полностью сбраживать сахара и устойчивые к этанолу.

Дрожжевые грибы этого вида часто образуют симбиомы с бактериями и используются для производства кефира, имбирного пива и других продуктов.

Пекарские дрожжи способны обуславливать порчу пищевых продуктов, в основном за счёт сбраживания углеводов (Леонова. 2007[5]). Они могут входить в состав нормальной микробиоты человека (Pfaller. 2010[6]), обычно не проявляют патогенных свойств, но в редких случаях способны вызвать аллергические реакции (Самбук. 2019[7]) или неспецифические поражения слизистых оболочек у иммунодефицитных пациентов.

Пекарские дрожжи как модельные организмы

Пекарские дрожжи очень популярны в качестве модельной системы в генетических исследованиях и генно-инженерных экспериментах (Набиева. 2021[8]; Розанов. 2017[9]). Наличие гомологичных генов и высокая способность к гомологичной рекомбинации позволяет заменять гены дрожжей чужими – принадлежащими другим организмам, и исследовать их в различных целях, в том числе для разработки новых лекарств для лечения онкологических и нейродегенеративных заболеваний.

Примечания

  1. ↑ Меледина Т. В. Дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Морфология, химический состав, метаболизм : учебное пособие / Т. В. Меледина, С. Г. Давыденко. – Санкт-Петербург : Университет ИТМО, 2015.
  2. ↑ Буряченко С. В. Молекулярная генетика дрожжей сахаромицетов / Семен Буряченко. – Дюссельдорф : LAMBERT Academic Publishing, 2016.
  3. ↑ Степченкова Е. И. «Незаконная» гибридизация и «незаконная» цитодукция у гетероталличных дрожжей Saccharomyces cerevisiae как система для анализа генетической активности экзогенных и эндогенных факторов в «альфа-тесте» / Е. И. Степченкова, О. В. Коченова, С. Г. Инге-Вечтомов // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 3. Биология. – 2009. – № 4. – С. 129–139.
  4. ↑ Dohlman H. G. RGS proteins: the early days / H. G. Dohlman // Progress in molecular biology and translational science. – 2009. – № 86. – P. 1–15.
  5. ↑ Леонова И. Б. Дрожжи – возбудители порчи кондитерских изделий / И. Б. Леонова // Успехи современного естествознания. – 2007. – № 12. – С. 368–369.
  6. ↑ Pfaller M. A. Epidemiology of invasive mycoses in North America / M. A. Pfaller, D. J. Diekema // Critical reviews in microbiology. – 2010. – Vol. 36, № 1. – P. З1–53.
  7. ↑ Киллер-токсины дрожжей Saccharomyces cerevisiae: синтез, механизмы действия и практическое использование / Е. В. Самбук, Д. М. Музаев, А. М. Румянцев, М. В. Падкина // Экологическая генетика. – 2019. – Т. 17, № 3. – С. 59–73.
  8. ↑ Набиева Ф. С. Роль Saccharomyces cerevisiae в развитии современной биотехнологии / Ф. С. Набиева, З. Э. Кудратова, Г. Б. Кувандиков // Достижения науки и образования. – 2021. – № 5 (77). – С. 57–60.
  9. ↑ Методы геномного редактирования дрожжей: история и современное состояние / А. С. Розанов, В. Н. Шляхтун, Л. А. Текутьева [и др.] // Вавиловский журнал генетики и селекции. – : Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, 2017. – Т. 21, № 8. – С. 969–978.

Литература

  • Леонова И. Б. Дрожжи – возбудители порчи кондитерских изделий // Успехи современного естествознания. – 2007. – № 12. – С. 368–369.
  • Степченкова Е. И. «Незаконная» гибридизация и «незаконная» цитодукция у гетероталличных дрожжей Saccharomyces cerevisiae как система для анализа генетической активности экзогенных и эндогенных факторов в «альфа-тесте» / Е. И. Степченкова, О. В. Коченова, С. Г. Инге-Вечтомов // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 3. Биология. – 2009. – № 4. – С. 129–139.
  • Dohlman H. G. RGS proteins: the early days // Progress in molecular biology and translational science. – 2009. – № 86. – P. 1–15.
  • Pfaller M. A. Epidemiology of invasive mycoses in North America / M. A. Pfaller, D. J. Diekema // Critical reviews in Microbiology. – 2010. – Vol. 36, № 1. – P. З1–53.
  • Меледина Т. В. Дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Морфология, химический состав, метаболизм : учебное пособие / Т. В. Меледина, С. Г. Давыденко. – Санкт-Петербург : Университет ИТМО, 2015.
  • Буряченко С. В. Молекулярная генетика дрожжей сахаромицетов. – Дюссельдорф : LAMBERT Academic Publishing, 2016.
  • Методы геномного редактирования дрожжей: история и современное состояние / А. С. Розанов, В. Н. Шляхтун, Л. А. Текутьева [и др.] // Вавиловский журнал генетики и селекции. – 2017. – Т. 21, № 8. – С. 969–978.
  • Киллер-токсины дрожжей Saccharomyces cerevisiae: синтез, механизмы действия и практическое использование / Е. В. Самбук, Д. М. Музаев, А. М. Румянцев, М. В. Падкина // Экологическая генетика. – 2019. – Т. 17, № 3. – С. 59–73.
  • Набиева Ф. С. Роль Saccharomyces cerevisiae в развитии современной биотехнологии / Ф. С. Набиева, З. Э. Кудратова, Г. Б. Кувандиков // Достижения науки и образования. – 2021. – № 5 (77). – С. 57–60.
Материалы портала bigenc.ru переданы в ведение АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ» на основе лицензионного соглашения. Возможны неточности в отображении материалов. Если у вас возникли вопросы или вы увидели ошибку, пожалуйста, сообщите нам на info@ruwiki.ru