Pärmseened

Pärmseened ehk pärmid on päristuumsed mikroorganismid, mis kuuluvad seeneriiki. Sõnaga "pärm" seostatakse tavaliselt pagaripärmi ehk leiva-pärmkottseent ehk Saccharomyces cerevisiae't. Tegelikult on olemas väga erinevaid pärmseeni ning neid on tänapäevaks avastatud umbes 1500 liiki. Nende raku diameeter võib olla 3–40 µm, paljunemisviisiks võib olla pooldumine või pungumine ning esineb nii haploidseid kui ka diploidseid paardumistüüpe. Tavaliselt on pärmid ainurakseid, kuid teatud tüved võivad muututa hulkrakseteks. Pärmseente liike leidub kahes seenteriigi hõimkonnas. Nendeks on kottseened (Ascomycota) ja kandseened (Basidiomycota). Järgnevalt on välja toodud tuntuimate pärmiliikide asukohad fülogeneesipuul. 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 Egiptusest on leitud 4000 aasta vanuseid küpsetuskambreid, mis olid mõeldud pärmitaina küpsetamiseks, ja ka pilte samast ajast päris pagaritöökodadest ja õllepruulimistest. 1680. aastal nägi Antoni van Leeuwenhoek esimest korda pärmi läbi mikroskoobi. Tollal aga ei tunnustatud nähtut elusorganismiks, vaid hoopis kerajaks struktuuriks. 1857. aastal tõestas Louis Pasteur, et käärimisel tekkivat alkoholi põhjustavad elusad pärmid, mitte keemilised reaktsioonid. Ta näitas, et hapniku lisamisel õlu virdesse pärmide kasvamise osakaal suurenes, aga käärimine oli pärsitud. Seda nähtust hakati nimetama Pasteuri efektiks. 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. 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 saadusteks etanool ja süsihappegaas. Etanoolkäärimises moodustub kõrvalsaadusena alati ka glütserooli. 1 moolist glükoosist või fruktoosist (180 g) moodustub maksimaalselt 2 mooli etanooli (2 x 46 = 92 g). Glükoos = atsetaat + etanool + glütserool + süsihappegaas Söötmeks nimetatakse toitainete rikast ainest, kuhu pannakse teaduslikel eesmärkidel kasvama huvi pakkuvad mikroorganismid. 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. Pärmide söötmeid on kolme tüüpi. On rikas sööde, mis põhineb pärmiekstraktil, miinimumsööde ja spetsiifiline sööde. 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. Nimetatakse 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. 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, ammooniumkloriid, glükoos, soolad, mineraalid ja vitamiinid. Hädavajalikud aminohapped ja nukleotiidid lisatakse vastavalt tüve genotüübile (genotüüp). Spetsiifiliste söötmete alla liigitatakse näiteks sporulatsioonisööde ja 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. Pärmide temperatuuritaluvus on varieeruv, vahemikus −2 kuni +45 °C. Kõige soodsam temperatuur pagaripärmi jaoks on umbes 30 °C. Pärmid taluvad teatud tingimustel ka külmumist. 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. Mõni pärm, sealhulgas Schizosaccharomyces pombe paljuneb pungumise asemel pooldumise teel. Pärme kasutatakse alkohoolsete jookide, pärmitaina, ja B-vitamiini-rikaste toidulisandite valmistamisel, ning isegi alternatiivse kütuse ja TNT tootmisel (pärm Yarrowia lipolytica). Teaduses kasutatakse pärme mudelorganismidena, et uurida geneetilisi ja ka pärmseentest põhjustatud haigusi. 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. 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. Virde keetmine, filtreerimine ja jahutamine. Keetmisel lisatakse humalaid. Humala parkained annavad maitset, sadestavad valke ja on bakteritsiidsed. Enne pärmi lisamist virret aereeritakse ehk õhustatakse, et lisatav pärm saaks hakata paljunema (toimub 3–4-kordne massi juurdekasv). Hapnik on vajalik ka membraansete steroolide sünteesiks. Inokuleerimine pärmiga ja kääritamine (hapnikku enam ei anta!), mille käigus moodustub etanool ja süsihappegaas. Käärimistemperatuur on ligikaudu 12 kraadi. Käärimisel kasutatakse esmalt ära glükoos, sahharoos (lisatakse virdele suhkrusisalduse suurendamiseks) ja maltoos. Seejärel maltotrioos ja dekstriinid. Osa dekstriine jääb kääritamata ja need on olulised õllevahu moodustumisel. Tänapäeval toimub kääritamine silinderkoonilistes tankides umbes 7 päeva, siis lastakse põhja kogunenud pärm välja ja samas tankis õlu laagerdub veel 3–4 päeva. Õlle filtreerimine läbi räniliivafiltrite ja pastöriseerimine umbes 60 kraadi juures. 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. Äädikhappebakterid (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 väikese alkoholisisaldusega õlu. Tavaliselt kasutatakse pärmitaina 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 ja tekitab tainasse õhutaskuid.Viitamistõrge: Vigane <ref>-silt. Nimeparameeter ei tohi olla numbriline. Kasuta kirjeldavat nime. 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 ligikaudu 1000 tonni kuus. Tänapäeval ei tasu glütserooli enam pärmidega toota. Glütserooli eraldamiseks kasutatakse halotolerantseid vetikaid, näiteks Dunalliellat, kellel on glütserool osmoprotektoriks. Kuna pärmid on päristuumsed (nagu inimesed), geneetiliselt manipuleeritavad ning suhteliselt kiire pooldumisega (umbes 90 minutit), on nad väga heaks mudelorganismiks rakubioloogias ja geenitehnoloogias. S. cerevisiae näitel saab uurida selliseid biomeditsiinilise tähtsusega protsesse nagu mitokondriaalset hingamist, rakkude vananemist ja jagunemist ning metaboolseid signaalradasid. Näiteks on S. cerevsiae peal uuritud Parkinsoni tõve tekke põhjuseid. 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. 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 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. 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. Tiina Tamm: S. cerevisiae paardumistüübid Tartu Ülikool "eElurikkus". Originaali arhiivikoopia seisuga 18. september 2014. Vaadatud 10. oktoobril 2014. "What are yeasts?". Yeast Virtual Library. 13. september 2009 (vaadatud 28. novembril 2009) "Appendix I: Indo-European Roots". The American Heritage Dictionary of the English Language (4th ed.). 2000. Retrieved 16 November 2008. Huxley A (1871). "Discourses: Biological & Geological (volume VIII) : Yeast". Collected Essays. Retrieved 28 November 2009. "üksteist" Barnett JA. (2003). "Beginnings of microbiology and biochemistry: the contribution of yeast research". Microbiology (Reading, Engl.) 149 (3): 557–567. Brock Biology of Microorganisms by Michael T. Madigan, John M. Martinko, David A. Stahl, David P. Clark (2011, 13. trükk) http://www.thefreedictionary.com/culture+medium http://www.ebc.ee/loengud/parmigeneetika/paermigeneetika_genotyyp/ 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 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. a b "Brewer's yeast". University of Maryland Medical Center. Retrieved 15 January 2012. 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. webdoc.nyumc.org/nyumc/files/sun-lab/.../CPMB.Ch.13.Yeast.pdf) http://www.yeastgenome.org/ Yeast holds clues to Parkinson's disease http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC271932/) 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 "Vein ja õlu lõhnavad kärbeste pärast" ERR teadus, 10. oktoober 2014