1.7. Життєвий цикл

Клітини Saccharomyces cerevisiae можуть жити і рости у двох формах, гаплоїдній і диплоїдній. Гаплоїдні клітини здатні тільки до вегетативного розмноження, при якому клітини дріжджів діляться в результаті мітозу на дві клітини різного розміру (брунькування), а за умовами стресу ці клітини зазвичай просто вмирають.

Диплоїдні клітини (звичайніша форма) також здатні до мітозу і брунькування, але за умовами стресу вони проходять процес споруляції, мейозу, і утворюють гаплоїдні спори, що проростають у гаплоїдні клітини [3].

Гаплоїдні клітини можуть мати один з двох типів спаровування, а і α. Клітини двох різних типів здатні доспаровування з утворенням диплоїдної клітини, що є примітивною формою статевого розмноження. Тип спаровування визназається єдиним генетичним локусом, MAT, який у свою чергу управляє статевою поведінкою як гаплоїдних, так і диплоїдних клітин. За допомогою генетичної рекомбінації, гаплоїдні клітини можуть перемикати тип спаровування на кожному клітинному циклі [1].

Рис.1.8. Життєвий цикл дріжджів

1.8. Особливості живлення та ріст на рідких поживних середовищах

Відомо, що дріжджі Saccharomyces cerevisiae мають здатність зброджувати цукри при нестачі кисню в середовищі і окисляти ті ж цукри в циклі дихання при достатній кількості кисню. Вони зброджують і засвоюють глюкозу, галактозу, сахарозу, мальтозу, частково рафінозу і прості декстрини солодового сусла, що не зброджують і не засвоюють лактозу, пентози (ксилозу і арабинозу), крохмаль, клітковину. Джерелом азотного живлення для них служать амінокислоти і амонійні солі.

Ріст у рідкому поживному середовищі більш одноманітний і супроводжується помутнінням середовища, утворенням плівки або осаду. При цьому відмічають ступінь помутніння (слабка, помірна або сильна), особливості плівки (тонка, щільна або рихла, гладенька або складчаста), а при утворенні осаду вказують – бідний він чи суцільний, щільний, рихлий, слизистий або пластівцевий [1].

Розділ 2. Екологія Saccharomyces cerevisiae

2.1. Поширення дріжджових грибів у природі

Особливості поширення дріжджів у природі стали цікавити мікробіологів починаючи з перших досліджень процесів традиційного виноробства. Спочатку вивчення дріжджів обмежувалося тими краєвидами та штамами, які викликали бродіння при приготуванні пива і вину. Проте вже кінці ХІХ ст. М.Бейеринк висловлював думка, що це культурні види є селекціонованими форми «диких» дріжджів, найпоширеніших у природі. Природно, постало питання про джерела їхнього попадання субстрати, які потім зброджують. Перші дослідження, виконані засновниками зимології Еге. Хансеном й О.Клекером, були присвячені цієї темі: пошуку природних джерел винних дріжджів Saccharomyces cerevisiae.

Природні штами дріжджів були знайдені на поверхні рослин, шлунково-кишковому тракті і поверхонь тіла комах і теплокровних тварин, грунтів з усіх регіонів світу, і навіть у водних середовищах [10]. Найчастіше це зустрічається в районах, де можуть виникнути бродіння, таких як на поверхні фруктів, підвали для зберігання і на обладнанні, що використовується в процесі ферментації [11].

S.cerevisiae, хвацько відомий своєю роллю у виробництві продуктів харчування. Це важливий компонент в процесі ферментації, який перетворює цукор в спирт, інгредієнт поділився в пиві, вині і міцних напоїв. Він також використовується в процесі випічки в якості розпушувача; дріжджі випускати газ у своїх результатах навколишнього середовища в губчастої, як текстури хліба і тортів. Через свою роль в бродінні, люди знали про дріжджі і використовували Saccharomyces сerevisiae протягом тривалого часу. Археологи знайшли докази ферментованого напою в каструлі в Китаї на початку 7000 тисячоліття до н.е. [9], і молекулярно доказали використання дріжджів в процесі бродіння в винній банці, що було знайдено віком починаючи з 3150 року до н.е. [11].

Рис.1.9. Колонія дріжджів на поверхні винограду

У нашій країні цього питання також приділяли увагу найбільші мікробіологи, наприклад Г.А. Надсон. Сахароміцети були знайдені на ягодах винограду, однак, як виявилося, переважають тут зовсім інші види дріжджів, які беруть у подальшому сбраживании виноградного соку. Ще рідше зустрічалися сахароміцети в оточуючих субстратах, зокрема, в грунті під виноградниками. Вже в ранніх роботах висловлювалося припущення, що грунт не є середовищем, в якому можливо активний розвиток дріжджових грибів, а служить для останніх лише своєрідною «пасткою», де дріжджі можуть зберігатися певний час у життєздатному стані і служити джерелом спор для інфікування винограду нового врожаю. Таким чином виникло поняття «круговороту дріжджів» в природі. Під «дріжджами» в той час малися на увазі одноклітинні аскоміцетовие гриби, родинні Сахароміцети і здатні до активного бродінню. Розширюються мікологічні дослідження і приводять до виявлення все нових видів дріжджових грибів, у тому числі і таких, які суттєво відрізнялися від типових сахароміцетів [10].

Виявилося, що багато з одноклітинних грибів, що виділяються з природних джерел, не утворювали аскоспор і взагалі не були здатні до зброджування цукрів. Для таких дріжджів була створена серія формальних пологів (Torulopsis, Candida, Rhodotorula, Cryptococcus), види яких часто виявляються в найрізноманітніших природних субстратах, включаючи грунт, рослини, різноманітні рослинні залишки і природні води. Стало зрозумілим, що дріжджі поширені досить широко, і їх розвиток далеко не обмежується субстратами традиційних бродильних процесів. Однак, при цьому істотно змінилося і зміст самого поняття «дріжджі». Дріжджами стали називати будь одноклітинні гриби, не обов'язково викликають спиртове бродіння.

У той же час, незважаючи на суттєві відмінності між сахароміцети і незброджуючими дріжджовими грибами, досить довго зберігалося уявлення про дріжджів, як самостійної філогенетичної лінії грибів. Лише після виявлення у недосконалих дріжджів роду Rhodotorula повного життєвого циклу, типового для теліоспорових гетеробазідіоміцетов, термін «дріжджі» остаточно втратив таксономическое зміст.

Тим не менш, аж до теперішнього часу дріжджі продовжують розглядатися в якості єдиної групи, що представляє собою особливу життєву форму, або екоморфу грибів. Справа в тому, що всі дріжджі мають дуже подібним виглядом за рахунок зростання переважно у вигляді поодиноких клітин. Крім того, з одноклітинної організацією дріжджів пов'язані багато їх фізіологічні особливості, зокрема вузький спектр засвоюваних сполук, відсутність здатності до гідролізу важкодоступних полімерів, особливо таких, як целюлоза і лігнін, швидке зростання за рахунок споживання простих вуглеводів [10]. Особливо характерний цей набір ознак для аскоміцетових дріжджів.Все це робить їх більш пристосованими до проживання в рідких і дрібнодисперсних середовищах, багатих легкодоступними джерелами вуглецю, в той час як міцеліальні гриби отримують перевагу при зростанні на щільних поверхнях. Одноклітинність у грибів – вторинне явище в їх еволюції, яке виникало незалежно в різних групах аско- і базидиомицетов як реакція на існування в рідких і напіврідких середовищах з відносно високою концентрацією легкодоступних джерел живлення. Незабаром після відкриття Пастером дріжджовий природи спиртового бродіння було показано, що дріжджі постійно мешкають на поверхні ягід винограду та інших солодких плодів, у квітковому нектарі, в кишечнику багатьох ксилофагов, прокладених ними галереях і личинкових камерах, в подрібненої деревині, в кишечниках найрізноманітнших безхребетних, та на наземних частинах рослин, в грунті і т.д [12].