CC BY
220РОЛЬ SACCHAROMYCES CEREVISIAE В РАЗВИТИИ СОВРЕМЕННОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ Набиева Ф.С.1, Кудратова З.Э.2, Кувандиков Г.Б.3
1Набиева Фарангиз Садриддиновна - ассистент;
2Кудратова Зебо Эркиновна - ассистент; 3Кувандиков Голиб Бердирасулович - ассистент, кафедра клинической лабораторной диагностики, Самаркандский государственный медицинский институт, г. Самарканд, Республика Узбекистан
Аннотация: вклад дрожжей в развитие биологических наук огромен. Дрожжи -прекрасная модель для изучения многих процессов и явлений. На дрожжевых объектах выполнены первые исследования по радиобиологии, сделаны цитологические и генетические открытия (цитоплазматическая наследственность, генетическая самостоятельность митохондрий и др.), имеющие общебиологическое значение. Ключевые слова: дрожжи, биотехнология, Saccharomyces cerevisiae, фермент.
Среди биологических объектов, изучение которых послужило основанием для развития современной биотехнологии, лидируют дрожжи-сахаромицеты. Исключительный интерес к ним связан с особенностями их метаболизма. Наличие двух путей энергетического обмена у дрожжей - анаэробного (гликолиза) и оксидативного, -каждый из которых может быть реализован в отдельности, а также протекать одновременно, легло в основу получения продуктов брожения, в частности пива, и биомассы хлебопекарных дрожжей.
Для создания высокоэффективных пищевых технологий, основанных на культивировании дрожжей, необходимо знать особенности их метаболизма и физиологии. На основании этих знаний можно реализовать потенцию дрожжей в целях повышения эффективности процесса накопления биомассы в любой отрасли биотехнологии, где используются дрожжи сахаромицеты, в частности в производстве пекарских дрожжей, пивоварении, виноделии и биосинтезе этанола [5].
В последние годы в пищевой промышленности наибольшее значение имеет вид Saccharomyces cerevisiae, к которому относятся дрожжи, которые используют в хлебопечении, пивоварении, виноделии, в производстве кваса и спиртовом производстве. Исследования дрожжей по наследственным признакам позволяют заключить, что дрожжи, вызывающие процесс брожения, относясь к виду Saccharomyces cerevisiae, являются мутантами с частично утраченными признаками, селекционированными при определённых условиях или на определённых субстратах [3].
Дрожжи относятся к царству грибов Mycota, отделу истинных грибов Eumycota. В зависимости от того, способны ли дрожжи размножаться половым путем, их можно отнести к двум классам: классу аскомицетов и классу дейтеромицетов. Небольшая часть дрожжей относится к классу базидиомицетов. Так как дрожжи отличаются по своим культуральным свойствам от грибов, существуют их отдельные классификации. Так, существует отдельная классификация совершенных (спорогенных) дрожжей - классификация Кудрявцева. По этой классификации дрожжи относятся к классу аскомицетов, порядку одноклеточных грибов - дрожжей, который включает три семейства: сахаромицетов, шизосахаромицетов и сахаромикодов. Семейства различаются формой клеток, способом вегетативного размножения.
Представители этого семейства имеют овальную или яйцевидную форму, вегетативно размножаются почкованием. Особо важная роль принадлежит роду Saccharomyces. Главным биохимическим признаком этих дрожжей является то, что они сбраживают сахара с образованием этилового спирта и диоксида 47 углерода.
Дрожжи, используемые в промышленности, называются культурными дрожжами. Так, в хлебопекарном производстве и в производстве спирта используются верховые дрожжи рода Saccharomyces cerevisiae. Дрожжи вида Saccharomyces minor нашли применение в производстве ржаного хлеба и кваса. В пивоварении используются низовые дрожжи Saccharomyces carlsbergensis. Дрожжи-сахаромицеты имеют овальную форму, вегетативно размножаются почкованием, в неблагоприятных условиях размножаются половым путем аскоспорами [5].
Saccharomyces cerevisiae. Использованные в прошлом таксономические построения сахаромицетов возводили в ранг видов штаммы различных производств, тогда как дикие дрожжи-сорняки имели свои видовые названия (Наумов 1989а). В современной классификации вид S. cerevisiae объединяет как культурные, так и дикие штаммы. Большинство известных штаммов S. cerevisiae изолировано из различных бродильных процессов. Культурные штаммы S. cerevisiae очень полиморфны по ферментационным спектрам. До сих пор прикладные микробиологи используют старые таксономические названия, отражающие физиолого-биохимические особенности дрожжей. Принимая во внимание, что штаммы различных производств и их дикие родственники имеют существенные различия, Наумов (1989а) предложил систему групп культиваров для дифференциации генофондакультурных дрожжей Saccharomyces. В результате культурные штаммы S. cerevisiae были разделены на 6 групп.
Первая группа «Cerevisiae» включила пивные, хлебопекарские и спиртовые штаммы, ферментирующие сахарозу, мальтозу и галактозу. У штаммов этой группы показано накопление полимерных генов MAL.
Вторая группа «Ellipsoideus» - дрожжи первичного виноделия. Ферментационные спектры сходны с представителями первой группы. Третья группа «Cheresanus» объединяет дрожжи вторичного виноделия, образующие на поверхности вина хересную пленку за счет окисления этилового спирта. Хересные штаммы не сбраживают мальтозу и галактозу, а также чувствительны к LiCl и CuSO4. Для этих дрожжей характерно наличие делеции в 24 пары нуклеотидов, которая отсутствует у дрожжей первичного виноделия.
Четвертая группа «Oviformis» включает винные штаммы, не сбраживающие галактозу и устойчивые к повышенным концентрациям этилового спирта и сульфитов. Эти дрожжи накапливаются в конце выбраживания виноградного сусла. Имеют фенотип Mal+, Suc+, Gal-, Mel-, Sta-. Показано, что в процессе шампанского технологического процесса происходит вытеснение Gal+ штаммов не сбраживающими галактозу штаммами Oviformis.
Пятая группа «Diastaticus» включает штаммы фенотипа Sta+, способные сбраживать растворимый крахмал. Эти дрожжи также сбраживают галактозу мальтозу и сахарозу.
Шестая группа «Logos» характеризуется способностью ферментировать мелибиозу. У этих дрожжей отмечено накопление генов MEL [7].
Дрожжи Saccharomyces cerevisiae являются эукариотическими микроорганизмами, генетически более сложными, нежели бактерии. Клетка дрожжей, по сравнению с клеткой кишечной палочки Escherichia coli, содержит в 3,5 раза больше ДНК. Вместе с тем, в качестве экспериментального объекта дрожжи обладают многими из технических преимуществ, обеспечивших быстрый прогресс молекулярной генетики прокариот и их вирусов. В этой связи следует упомянуть их способность быстро размножаться, возможность манипулирования отдельными клетками дрожжей, легкость одновременного переноса множественных культур дрожжей на селективные среды и выделения мутантов, детальную изученность дрожжей как генетической системы и, что, может быть, важнее всего, возможность разностороннего использования системы генетической трансформации дрожжей [1].
В живых клетках протекает множество биохимических процессов и последовательных ферментативных реакций, в которых продукт одной реакции является субстратом для протекания последующей реакции. По приведённым данным, они включают 156 реакций восстановления, 21 - декарбоксилирования, 17 дезаминирования, 14 - окислении, 10 - этерификации, 9- конденсации, 5 - гидролиза, 1 - аминирования [2]. Клетки состоят из микроскопических (видимых в обычном микроскопе при увеличении в 600-900 раз) и субмикроскопических, видимых только в электронном микроскопе (увеличение от 15-20 тыс. раз), структур. Эти структуры можно подразделить на постоянно присутствующие и периодически обнаруживаемые в клетке. К первым относятся различные органеллы - клеточные структуры, выполняющие определенные функции. Это ядро с ядрышком, митохондрии, рибосомы, клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, эндоплазматический ретикулум (сеть), аппарат Гольджи, лизосомы, хитосомы, гликосомы и целый ряд других мембранных структур. Все клеточные органеллы окружены мембранами. В состав мембран входит большое количество фосфолипидов, причем их содержание как в количественном, так и в качественном составе определяется природой органеллы. Мембраны органелл имеют трехслойную структуру. Они состоят из липидов, белков и небольшого количества углеводов. Липиды представлены в основном моно-, ди- и триглицеридами, глицерофосфатидами и стеролами -эргостеролом и зимостеролом. Каждая молекула фосфолипида состоит из гидрофобной, т. е. отталкивающей воду, и гидрофильной, притягивающей воду, частей. Гидрофильные части молекулы находятся на внешней стороне мембраны, а гидрофобные - на внутренней. Молекулы белка размещаются на поверхности мембраны или проникают внутрь нее.
Непостоянные структуры - включения - в отличие от органелл то возникают, то исчезают в процессе жизнедеятельности клеток. Помимо органелл в цитоплазме находятся запасные вещества - включения. Это волютин, липиды, гликоген, белки.
Из ферментов, в состав которых входят гликопротеины, следует обратить внимание на инвертазу, кислую фосфатазу и трегалазу. Эти ферменты находятся как в КС, так и в периплазматическом пространстве (ППП) и могут секретироваться дрожжевыми клетками наружу в окружающую среду.
Инвертаза, или фосфофруктозидаза, гидролизует сахарозу - основной углевод мелассы - на глюкозу и фруктозу. Известны щелочная и кислая фосфатазы. Максимальная активность наблюдается именно у кислой фосфатазы, так как процессы жизнедеятельности дрожжей в бродильных производствах происходят при рН менее 5,5, в то время как оптимум рН для щелочной фосфатазы составляет 7,0. Кислая фосфатаза гидролизует различные эфирные связи фосфорной кислоты, в частности освобождая ортофосфат из молекул АТФ. Дрожжи имеют две основные формы кислой фосфатазы - репрессируемую, синтез которой ингибируется ортофосфатом среды, и конститутивную, ее уровень не зависит от концентрации РО4-3 в питательной среде.
Трегалаза - фермент, гидролизующий запасной дисахарид трегалозу с образованием двух гликозидных остатков [5,6].
Температура 30-33°С оптимальна для размножения дрожжей, но только в том случае, если ее поддерживать постоянно. Экспериментально показано, что повышение температуры до сверхоптимальной (37,5-40°С) стимулирует ускоренное размножение дрожжей, если до этого они жили при более низкой температуре (14-30°С). При длительном воздействии повышенной температуры дрожжи теряют терморезистентность, однако способны восстановить ее за всего за одно поколение при 20°С. По-видимому, это свойство является адаптацией к суточным колебаниям температуры в природе. Предполагается, что механизм, позволяющий дрожжам
проявлять терморезистентность, локализован в клеточной мембране и его функционирование зависит от энергетической и хемиосмотической систем клеток [4].
В отличие от многих микроорганизмов клетки дрожжей могут сохранять жизнеспособность при наличии в их генотипе множественных генетических маркеров. Дрожжи не патогенны, поэтому работа с ними не требует чрезвычайных мер предосторожности.
Список литературы
1. Буряченко С.В. Молекулярная генетика дрожжей сахаромицетов. LAP Lambert Academic Publishing, Германия, 2016. C. 16.
2. Борисова Екатерина Валерьевна. Биотехнологические основы получения чистой культуры дрожжей для предприятий малой мощности, выпускающих напитки брожения. Санкт-Петербург, 2015. C. 16.
3. Душанова Г.А., Саидова М., Нарзикулова Н.М. Классификация и систематика дрожжей. // «Студенческий вестник». № 8 (58), 2019. C. 46.
4. Калюжин В.А. Терморезистентность у дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Том 72, 2011. № 2. С. 140-149.
5. Машанов А.И., Величко Н.А., Плынская Ж.А. Микробиология с основами биотехнологии // Учебное пособие. Красноярск, 2015. С. 46-47.
6. Меледина Т.В., Давыденко С.Г. Дрожжи saccharomyces cerevisiae морфология, химический состав, метаболизм. Учебное пособие. Санкт-Петербург, 2015. C. 3.
7. Садыкова Айгуль Жомартовна. Генетические основы селекции ферментационных дрожжей saccharomyces и kluyveromyces. Москва, 2016. С. 17-18.
8. Душанова Г.А., Набиева Ф.С., Садинова М.Ж., Нурматова Д.М.Анализ взаимосвязей параметров иммунного гомеостаза с состоянием системы ПОЛ-АОС // Вестник науки и образования, 2021. № 2 (105). Часть 2.
9. Набиева Ф.С., Ибрагимова Н.С., Умарова С.С. Инструментальные и лабораторные методы исследования для ранней диагностики эхинококкоза // Вестник науки и образования. № 24 (78), часть 4, 2020.
10. Ибрагимова Н.С., Набиева Ф.С., Умарова С.С. Оценка значимости клинико-лабораторных и инструментальных методов исследования при диагностике эхинококкоза // International scientific review, Boston. USA. December, 2019. № 11 (65). С. 22-23.
11. Umarova S.S., Nabiyeva F.S., Ibragimova N.S. Early diagnostics of echinococcosis in children // European research: innovation in science, education and technology. London, United Kingdom. January 9-10, 2020. № 1 (59). С. 88-90.
ХАРАКТЕРИСТИКА ОСОБЕННОСТИ ЛАПАРОСКОПИЧЕСКОЙ АППЕНДЭКТОМИИ У ДЕТЕЙ Халилов С.1, Хазратов А.2, Мирмадиев М.3, Баратов У.4,
Имомалиев М.5
1Халилов Собиржон - резидент; 2Хазратов Аслом - резидент; Мирмадиев Мирфозил - резидент; 4Баратов Уткир - клинический ординатор; 5Имомалиев Мехрожиддин - клинический ординатор, кафедра детской хирургии, Самаркандский государственный медицинский институт, г. Самарканд, Республика Узбекистан
