Drożdże należą do najlepiej zbadanych mikroorganizmów zasiedlających środowiska naturalne. Z opisanych ponad 1500 gatunków, tylko niektóre znalazły zastosowanie w różnych procesach biotechnologicznych. Monitoring dynamiki aktywnej mikroflory w spontanicznych procesach fermentacyjnych ujawnił ogromną różnorodność drożdży, jednak gatunkiem najszerzej wykorzystywanym pozostaje nadal Saccharomyces cerevisiae. Zdolność drożdży S. cerevisiae do życia zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych oraz produkcja etanolu spowodowały, że gatunek ten jest stosowany od wielu lat w postaci kultur starterowych do produkcji pieczywa oraz napojów fermentowanych. Warto także dodać, że ten gatunek drożdży stał się również organizmem modelowym w licznych badaniach naukowych, dzięki którym otrzymane wyniki stały się punktem wyjścia do badań bardziej zaawansowanych, z innymi komórkami eukariotycznymi, np. komórkami ludzkimi.

Antagonizm u drożdży

Ostatnio zainteresowanie mikrobiologów budzi możliwość wykorzystania zjawiska antagonizmu u drożdży do hamowania wzrostu niepożądanych drobnoustrojów zanieczyszczających środowiska fermentacyjne. Nie podlega dyskusji fakt, że obecność obcej mikroflory może spowodować znaczne obniżenie efektywności procesów biotechnologicznych. Drożdże wykazują zdolność do szybkiego zasiedlania środowisk fermentacyjnych, a drożdże-antagoniści namnażając się, nie tylko zubażają pulę łatwo dostępnych składników pokarmowych, ale także zmniejszają potencjalną przestrzeń życiową dla innych mikroorganizmów.

Aktywność killerowa

Jednym z najlepiej poznanych mechanizmów współzawodnictwa między szczepami drożdży jest aktywność killerowa. Zjawisko to zaobserwowano po raz pierwszy już w latach 60. ubiegłego wieku u drożdży z gatunku S. cerevisiae. Białka toksyn killerowych charakteryzują się wysoko specyficznym spektrum działania, zależnym również od parametrów środowiska (pH, temperatura, natlenienie). Oddziaływanie drożdży killerowych na drobnoustroje obejmuje wiązanie białka killerowego ze ścianą komórkową wrażliwych komórek. Następstwem tego procesu jest szereg fizjologicznych zmian w zaatakowanych wrażliwych komórkach, których końcowym efektem jest ich śmierć. Zbadano, że poszczególne toksyny killerowe różnią się między sobą odpornością na działanie enzymów, substancji chemicznych czy też optymalnymi parametrami środowiskowymi oraz, co ważne, mogą być względem siebie antagonistyczne. Występowanie aktywności killerowej zostało potwierdzone u rodzajów: Saccharomyces, Debaryomyces (Schwanniomyces), Kluyveromyces, Zygosaccharomyces, Pichia, Williopsis oraz Saccharomycodes.

Drożdże Metschnikowia pulcherrima

Przykładem nieco innych oddziaływań antagonistycznych jest aktywność drożdży Metschnikowia pulcherrima. Kilka doniesień literaturowych, dotyczących wytwarzania toksyn killerowych przez te drożdże, zostało ostatnio zweryfikowanych. Wskazano, że w wielu przypadkach działanie antybakteryjne M. pulcherrima wywołane jest zmianą pH środowiska wskutek produkcji kwasów organicznych, natomiast antagonizm w stosunku do drożdży oraz pleśni związany jest głównie z produkcją kwasu pulcherriminowego wiążącego deficytowe jony żelaza w barwny kompleks chelatowy – pulcheriminę.

Na unikatowe zdolności M. pulcherrima do wygrywania konkurencji z innymi drobnoustrojami o miejsce w środowisku i związaną z nimi produkcję zabarwionych na czerwono związków wskazał już w 1959 roku MacWilliam. Cook zidentyfikował później czerwony barwnik jako sól kwasu pulcherriminowego. Kwas ten jest wydzielany przez komórki do środowiska zewnętrznego, a tam z jonami żelaza (III) tworzy kompleks o czerwonym zabarwieniu.

Cały artykuł został opublikowany w nr 2/2017 kwartalnika "Kierunek Spożywczy''.