Pärmseened

Allikas: Vikipeedia

Pärmseened ehk pärmid on päristuumsed mikroorganismid, mis kuuluvad seeneriiki.[1] Sõnaga “pärm” seostatakse tavaliselt pagaripärmi ehk leiva-pärmkottseent ehk Saccharomyces cerevisiae´t. Tegelikult on olemas palju erinevaid pärmseeni ning neid on tänapäevaks avastatud umbes 1500 liiki.[2]

Nende raku diameeter võib olla 3–40 µm.[3], paljunemisviisiks võib olla pooldumine või pungumine ning esineb nii haploidseid kui ka diploidseid paardumistüüpe.[4] Tavaliselt on pärmid ainurakseid, kuid teatud tüved võivad muututa hulkrakseteks. Sellist nähtus esineb enamikel hallitusseentel. [5]

Klassifikatsioon[muuda | redigeeri lähteteksti]

Saccharomyces cerevisiae mikroskoobist vaadatuna.

Pärmseente liike leidub kahes seenteriigi hõimkonnas. Nendeks on kottseened (Ascomycota) ja kandseened (Basidiomycota). Järgnevalt on välja toodud tuntuimate pärmiliikide asukohad fülogeneesipuul. [6] [7]

Riik: seened (Fungi)
hõimkond Ascomycota; Kottseened
alamhõimk. Saccharomycotina
klass Saccharomycetes; Pärmkottseened
alamklass Saccharomycetidae
selts Saccharomycetales; Pärmkottseenelaadsed
suguk. Debaryomycetaceae
suguk. Dipodascaceae; Hiidkotilised
suguk. Endomycetaceae
suguk. Eremotheciaceae
suguk. Lipomycetaceae
suguk. Metschnikowiaceae; Pärmikulised
suguk. Pichiaceae
suguk. Saccharomycetaceae; Pärmkottseenelised
liik Saccharomyces cerevisiae; Pagaripärm
perek. Candida
liik Candida krusei
liik Candida lambica
liik Candida tropicalis
liik Candida utilis
suguk. Saccharomycodaceae
suguk. Saccharomycopsidaceae
suguk. Trichomonascaceae
hõimkond Basidiomycota; Kandseened
alamhõimk. Agaricomycotina
klass Tremellomycetes; Kõhrikseened
määratlemata paigutusega alamklass
selts Tremellales; Kõhrikulaadsed
suguk. Tremellaceae; Kõhrikulised
perek. Filobasidiella
alamhõimkond Pucciniomycotina
alamhõimkond Ustilaginomycotina

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Sai ja sirp, mis praegu asuvad Boscoreale muuseumis (Itaalias). Mõlemad esemed olid mattunud Vesuuvi purske tagajärjel tuha ja pimsskivi alla.

Egiptusest on leitud 4000 aasta vanuseid küpsetuskambreid, mis on mõeldud pärmitaigna küpsetamiseks, ja ka sama aegseid pilte pagaritöökodadest ning õlle pruulimistest. [8]

1680. aastal nägi Antoni van Leeuwenhoek esimest korda pärmi läbi mikroskoobi. Tollal aga ei tunnustatud nähtut elusorganismiks, vaid hoopis kerajaks struktuuriks. [9]

1857. aastal tõestas Louis Pasteur, et käärimisel tekkivat alkoholi põhjustavad elusad pärmid, mitte keemilised reaktsioonid.[10][11] Ta näitas, et hapniku lisamisel õlu virdesse pärmide kasvamise osakaal suurenes, aga käärimine oli pärsitud. Sellist nähtust hakati kutsuma “Pasteuri efektiks”.

Toitumine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Pärmid on kemoorganotroofid. See tähendab, et nende põhiline energiaallikas on keemiline (kemo-) ja oksüdeeritava aine ehk elektroni doonori loomus on orgaaniline (-organo). Süsinikuallikaks on enamjaolt glükoos ja fruktoos või sahharoos ja maltoos. Pärmid on fakultatiivsed anaeroobid st on võimelised tootma energiat nii hapnikuga kui ka ilma. [12]

Etanoolkäärimine[muuda | redigeeri lähteteksti]

1 moolist (molaarsus) glükoosist moodustub 2 mooli püruvaati, mis dekarboksüülitakse püruvaadi dekarboksülaasiga 2 mooliks atseetaldehüüdiks ja 2 mooliks süsihappegaasiks. Atseetaldehüüd redutseeritakse NADH reoksüdatsiooniga etanooliks. Seega on pärmide etanoolkäärimise produktideks etanool ja süsihappegaas. Etanoolkäärimises moodustub kõrvalproduktina alati ka glütserooli.

1 moolist glükoosist või fruktoosist (180g) moodustub maksimaalselt 2 mooli etanooli (2 x 46=92g). [12]

Glükoos = atsetaat + etanool + glütserool + süsihappegaas[12]

Söötmed[muuda | redigeeri lähteteksti]

Pärmseened vedelsöötmes

Söötmeks nimetatakse toitainete rikast ainest, kuhu pannakse teaduslikel eesmärkidel kasvama huvi pakkuvad mikroorganismid. [13]

Erinevate pärmide kasvatamiseks mõeldud söötmete koostised on veidi erinevad. Erinevused tulenevad eelkõige pärmide erinevatest looduslikest kasvutingimustest ning organismi eripärasustest. Näiteks saab poolduva pärmi tüvesid kasvatada pagaripärmi kasvatamiseks mõeldud söötmetel, kuid siis on rakkude jagunemine aeglasem.[14]

Pärmide söötmeid on kolme tüüpi. On rikas sööde, mis põhineb pärmiekstraktil, miinimumsööde ja spetsiifiline sööde. [14]

Pärmseente kolooniad tardsöötmel

Rikas sööde[muuda | redigeeri lähteteksti]

Rikas sööde võimaldab pärmidel kasvada maksimaalse kasvukiirusega. Selle söötme põhikomponendiks on pärmiekstrakt ning süsiniku allikana kasutatakse fermenteeritavat glükoosi. Pärmiekstrakt sisaldab kasvuks vajaminevaid vitamiine, mikroelemente, valke ja süsivesikuid. Reeglina rikast söödet selektsioonil ei kasutata (v.a. mitokondriaalsete mutantide ja dominantsete selektsioonimarkerite korral).

YPD (yeast extract peptone dextrose) – pagaripärmi kasvatamiseks kasutatav rikas sööde. Nimetetakse ka Pärmiekstrakt-peptoon söötmeks. See sööde sisaldab lisaks pärmiekstraktile ja glükoosile ka peptooni. Peptoon on ensümaatiliselt töödeldud loomne valk, mis koosneb erinevatest aminohapetest. Pärmid kasutavad seda kui orgaanilist lämmastikuallikat.

YES (yeast extract with supplements) – poolduva pärmi kasvatamiseks kasutatav rikas sööde. See sööde sisaldab pärmiekstrakti, glükoosi ning hädavajalikke aminohappeid ja nukleotiide (adeniin, histidiin, leutsiin, uratsiil, lüsiin).

Rikkas söötmes võib kasutada ka teisi süsinikuallikaid. Näiteks sööde, kuhu on süsiniku allikana lisatud mittefermenteeritavat glütserooli (YPG), võimaldab eristada rho ja pet mutante metsiktüüpi tüvedest. [14]

Miinimumsööde[muuda | redigeeri lähteteksti]

Pagaripärmi kasvatamisel kasutatavad miinimumsöötmed jagatakse sünteetiliseks miinimumsöötmeks (SD, synthetic minimal medium) ja sünteetiliseks täissöötmeks (SC, synthetic complete medium). Selektsioonil kasutatavale söötmele ei lisata neid nukleotiide ja/või aminohappeid, mille sünteesiks vajalike markergeenide olemasolu soovitakse uurida.

SD sisaldab süsiniku allikana tavaliselt glükoosi ja lämmastiku allikana ammooniumsulfaati. Veel lisatakse vitamiine, mikroelemente ja soolasid. SC-sööde on samasuguse koostisega kui SD, kuid sinna on lisatud ka kõik aminohapped (v.a. tsüsteiin) ning nukleotiididest adeniinsulfaati ja uratsiili.

Poolduva pärmi kasvatamisel kasutatavat miinimumsöödet nimetatakse EMM (Edinburgh minimal medium). Selle koostises on kaalium-hüdrogen-ftalaat, dinaatrum-vesinik-fosfaat, ammoniumkloriid, glükoos, soolad, mineraalid ja vitamiinid. Hädavajalikud aminohapped ja nukleotiidid lisatakse vastavalt tüve genotüübile (genotüüp).[14]

Spetsiifilised söötmed[muuda | redigeeri lähteteksti]

Spetsiifiliste söötmete alla liigitatakse näiteks sporulatsioonisööde ning indikaatorsöötmed.

Sporulatsioonisööde kujutab nälja tingimusi rakkudele. Toitainete puuduses läbivad diploidsed pärmirakud meioosi ning sporuleeruvad (spoor moodustades neli askospooriga eoskoti (eoskott). Diploidsed pagaripärmi rakud sporuleeruvad, kui nad satuvad lämmastiku- ja fermenteeritava süsiniku nälga. Pagaripärmi sporulatsioonisööde sisaldab 10 korda vähem pärmiekstrakti ja 40 korda vähem glükoosi kui rikas sööde.

Indikaatorsöötmed võimaldavad kindlaks teha, kas antud tüvi on võimeline kasvama söötmesse lisatud suhkrul.

Maltoosi indikaatorsööde võimaldab vahet teha tüvedel, mis fermenteerivad või ei fermenteeri maltoosi. Selleks kasutatakse rikkas söötmes süsiniku allikana maltoosi ning lisatakse värvainet bromo-kresool-punakaslilla (bromocresol purple). Maltoosi fermenteerivad rakud muudavad söötme pH-d ning koloonia ümber tekib kollane rõngas. Sööde ise aga on punakasvioletse värvusega.

Galaktoosi indikaatorsööde võimaldab vahet teha tüvedel, mis on võimelised fermenteerima või ei ole võimelised fermenteerima galaktoosi. Et seda näha, lisatakse rikkasse söötmesse süsinikuallikana galaktoosi ning värvainet bromo-tümool-sinine (bromothymol blue). Galaktoosi fermenteeritavate kolooniate ümber tekib kollane rõngas. Sööde ise on sinise värvusega. [14]

Kasv[muuda | redigeeri lähteteksti]

Pärmide temperatuuritaluvus on varieeruv, -2°C kuni +45°C-ni. Kõige soodsam temperatuur pagaripärmi jaoks on umbes 30°C. Pärmid taluvad teatud tingimustel ka külmumist. [15]

Paardumistüübid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Pärmi elutsükkel

Pagaripärmi (Saccharomyces cerevisiae) haploidsed rakud võivad omada erinevaid paardumistüüpe: haploidsed paardumistüübid on paardumistüüp a ja paardumistüüp alfa, diploidne on paardumistüüp a/alfa.

Haploidsed rakud jagunevad mitootiliselt pungumise teel. Kui erineva paardumistüübiga rakke koos kasvatada, siis nad paarduvad ning moodustavad diploidse raku (a/alfa). Tekkinud diploidne pärmirakk jaguneb samuti mitootiliselt pungumise teel. Erinevus haploidsetest rakkudest on, et see ei ole enam võimeline paarduma.

Kui diploidsed pärmirakud satuvad ebasoodsatesse kasvutingimustesse siis nad läbivad meioosi ning sporuleeruvad. Sporulatsiooni käigus moodustub eoskott ehk askus, milles paikneb 4 haploidset kotteost ehk askospoori. Haploidsed rakud ei ole võimelised jagunema meioosi teel ning sporuleeruma.[4]

Mõni pärm, sealhulgas Schizosaccharomyces pombe paljuneb pungumise asemel pooldumise teel. [16]

Kasutusalad[muuda | redigeeri lähteteksti]

Pärme kasutatakse alkohoolsete jookide, pärmitaigna, ja B-vitamiini-rikaste toidulisandite valmistamisel, [17] ning isegi alternatiivse kütuse ja TNT tootmisel (pärm Yarrowia lipolytica). [18] Teaduses kasutatakse pärme mudelorganismidena, et uurida geneetilisi ja ka pärmseente poolt põhjustatud haigusi.

Õlle pruulimine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Õlu

Pinnapärmid (ale) ja põhjapärmid erinevad kääritamise kiiruse poolest.

Õlletegemisel kasutatakse toorainena teravilja (otra, maisi, nisu, riisi), kvaliteetset vett, humalaid ja õllepärmi (Saccharomycese tüved).

Õlletegemise etapid:

Terade idandamine (odra linnastamine), mille käigus niisutatud terades aktiveerunud amolüütilised ensüümid muudavad teratärklise kääritatavateks suhkruteks (maltoosiks, maltotrioosiks, dekstriinideks, glükoosiks). NB! Õllepärmid ise ei suuda tärklist hüdrolüüsida. Ka proteaasid aktiveeruvad ja valgud hüdrolüüsitakse aminohapeteks.

  1. Virde valmistamine. Virde temperatuuri tõstetakse järk-järgult. Kuna alfa- ja glükoamülaasil on erinevad Tmax väärtused, siis sellest kui kaua ja millisel temperatuuril virret hoitakse, sõltub see, kui palju moodustub virdesse maltoosi, maltotrioosi, pikemaid dekstriine ja glükoosi. Nende hulgast sõltub omakorda valminud õlle maitsebukett.
  2. Virde keetmine, filtreerimine ja jahutamine. Keetmisel lisatakse humalaid. Humala parkained annavad maitset, sadestavad valke ja on baktseritsiidsed.
  3. Enne pärmi lisamist virret aereeritakse ehk õhutatakse, et lisatav pärm saaks hakata paljunema (toimub ca 3–4 kordne massi juurdekasv). Hapnik on vajalik ka membraansete steroolide sünteesiks.
  4. Inokuleerimine pärmiga ja kääritamine (hapnikku enam ei anta!), mille käigus moodustub etanool ja süsihappegaas. Käärimistemperatuur on ca 12 kraadi. Käärimisel kasutatakse esmalt ära glükoos, sahharoos (lisatakse virdele suhkrusisalduse tõstmiseks) ja maltoos. Seejärel maltotrioos ja dekstriinid. Osa dekstriine jääb kääritamata ja need on olulised õllevahu moodustumisel. Tänapäeval toimub kääritamine silinderkoonilistes tankides ca 7 päeva, siis lastakse põhja kogunenud pärm välja ja samas tankis õlu laagerdub veel 3–4 päeva.
  5. Õlle filtreerimine läbi räniliivafiltrite ning pastöriseerimine ca 60 kraadi juures.
  6. Õlle villimine ehk pudelisse panek.

NB! Vaadiõlut ei pastöriseerita!

Õlu võib tegemise käigus saastuda piimhappebakteritega (Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis, Pediococcus cerevisiae), mis muudavad õlle limaseks ja hapuks (piimhape). Taluvad nii humalaid kui ka etanooli. Äadikhapebakterid (Acetobacter) saastavad hapnikuga kokkupuutumisel õlut ja rikuvad selle maitse (oksüdeerivad etanooli äädikhappeks).

Õhukindlalt villitud õlut saastavad anaeroobsed bakterid Megaspaera cerevisiae ja Pectinatus cerevisiiphilus, mis toodavad võihapet, äädikhapet, propioonhapet ja väävelvesinikku, rikkudes õlle maitse. Kergemini saastub madala alkoholisisaldusega õlu. [12]

Pärmitaigna valmistamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Värskelt valminud sai

Tavaliselt kasutatakse pärmitaigna valmistamisel S. cerevisiae´d, kuid harva kasutatakse veel lisaks Saccharomyces exiguous´i ja S. minor´it, mille metsiktüüpi esineb taimedel, puuviljadel ja teraviljadel. Käärimiseks vajaliku energia saamiseks kasutatakse suhkruid ning käärimisel tekkiv süsihappegaas kergitab tainast. Küpsetamisel pärm sureb ning tekitab taignasse õhutaskuid. [19]

Glütserooli tootmine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Glütserooli tootmiseks kasutatakse osmotolerantseid pärme nagu Saccharomyces rouxii, Torulopsis magnolia ja Pichia farinose. Glütserooli toodeti Saksamaal pärmide abil esimese maailmasõja ajal, et saada toorainet (nitroglütseriini) lõhkeainetetööstusele. Seda toodeti õlletehastes ca 1000 tonni kuus. Tänapäeval ei tasu glütserooli enam pärmidega toota. Glütserooli eraldamiseks kasutatakse halotolerantseid vetikaid, näiteks Dunalliellat, kellel on glütserool osmoprotektoriks.[12]

Teadus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kuna pärmid on päristuumsed (nagu inimesed), geneetiliselt manipuleeritavad ning suhteliselt kiire pooldumisega (umbes 90 minutit), on nad väga heaks mudelorganismiks rakubioloogias ja geenitehnoloogias.[20] S. cerevisiae näitel saab uurida biomeditsiinilise tähtsusega protsesse nagu mitokondriaalset hingamist, rakkude vananemist ja jagunemist ning erinevaid metaboolseid signaalradasid.[21][4] Näiteks on S. cerevsiae peal uuritud Parkinsoni tõve tekke põhjuseid[22].

Haigustekitajad pärmid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Candida albicans, Cryptococcus neoformans, C. tropicalis, C. stellatoidea, C. glabrata, C. krusei, C. parapsilosis, C. guilliermondii, C. viswanathii, C. lusitaniae, Rhodotorula mucilaginosa, Candida glabrata, Torulopsis glabrata, C. pseudotropicalis. [23][24]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Kurtzman CP, Fell JW. (2006). "Yeast Systematics and Phylogeny—Implications of Molecular Identification Methods for Studies in Ecology". Biodiversity and Ecophysiology of Yeasts, The Yeast Handbook,. Springer
  2. Kurtzman CP, Piškur J. (2006). Taxonomy and phylogenetic diversity among the yeasts (in Comparative Genomics: Using Fungi as Models. Sunnerhagen P, Piskur J, eds.). Berlin: Springer. pp. 29–46. ISBN 978-3-540-31480-6.
  3. Walker K, Skelton H, Smith K. (2002). "Cutaneous lesions showing giant yeast forms of Blastomyces dermatitidis". Journal of Cutaneous Pathology 29 (10): 616–618. doi:10.1034/j.1600-0560.2002.291009.x. PMID 12453301.
  4. 4,0 4,1 4,2 Tiina Tamm: S. cerevisiae paardumistüübid Tartu Ülikool
  5. Kurtzman CP, Fell JW (2005). Biodiversity and Ecophysiology of Yeasts (in: The Yeast Handbook, Gábor P, de la Rosa CL, eds.). Berlin: Springer. pp. 11–30. ISBN 3-540-26100-1.
  6. eElurikkus
  7. "What are yeasts?". Yeast Virtual Library. 13. september 2009 (vaadatud 28. novembril 2009)
  8. "Appendix I: Indo-European Roots". The American Heritage Dictionary of the English Language (4th ed.). 2000. Retrieved 16 November 2008.
  9. Huxley A (1871). "Discourses: Biological & Geological (volume VIII) : Yeast". Collected Essays. Retrieved 28 November 2009.
  10. "üksteist"
  11. Barnett JA. (2003). "Beginnings of microbiology and biochemistry: the contribution of yeast research". Microbiology (Reading, Engl.) 149 (3): 557–567.
  12. 12,0 12,1 12,2 12,3 12,4 Brock Biology of Microorganisms by Michael T. Madigan, John M. Martinko, David A. Stahl, David P. Clark (2011, 13. trükk)
  13. http://www.thefreedictionary.com/culture+medium
  14. 14,0 14,1 14,2 14,3 14,4 http://www.ebc.ee/loengud/parmigeneetika/paermigeneetika_genotyyp/
  15. Arthur H, Watson K. (1976). "Thermal adaptation in yeast: growth temperatures, membrane lipid, and cytochrome composition of psychrophilic, mesophilic, and thermophilic yeasts". Journal of Bacteriology 128 (1): 56–68. PMC 232826. PMID 988016
  16. Bai FY, Zhao JH, Takashima M, Jia JH, Boekhout T, Nakase T. (2002). "Reclassification of the Sporobolomyces roseus and Sporidiobolus pararoseus complexes, with the description of Sporobolomyces phaffii sp. nov". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 52 (6): 2309–2314. doi:10.1099/ijs.0.02297-0. PMID 12508902.
  17. a b "Brewer's yeast". University of Maryland Medical Center. Retrieved 15 January 2012.
  18. ain MR, Zinjarde SS, Deobagkar DD, Deobagkar DN. (2004). "2,4,6-trinitrotoluene transformation by a tropical marine yeast, Yarrowia lipolytica NCIM 3589". Marine Pollution Bulletin 49 (9–10): 783–788. doi:10.1016/j.marpolbul.2004.06.007. PMID 15530522.
  19. Moore-Landecker, pp. 533–534.
  20. webdoc.nyumc.org/nyumc/files/sun-lab/.../CPMB.Ch.13.Yeast.pdf)
  21. http://www.yeastgenome.org/
  22. Yeast holds clues to Parkinson's disease
  23. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC271932/)
  24. Stoyan T, Carbon J. (2004). "Inner Kinetochore of the pathogenic yeast Candida glabrata". Eukaryotic Cell 3 (5): 1154–1163. doi:10.1128/EC.3.5.1154-1163.2004. PMC 522592. PMID 15470243

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]