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.

Klassifikatsioon

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

Ajalugu

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.

Toitumine 

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.

Etanoolkäärimine

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

Söötmed

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

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.

Miinimumsööde

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).

Spetsiifilised söötmed

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.

Kasv

Pärmide temperatuuritaluvus on varieeruv, vahemikus −2 kuni +45 °C. Kõige soodsam temperatuur pagaripärmi jaoks on umbes 30 °C. Pärmid taluvad teatud tingimustel ka külmumist.

Paardumistüübid

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.

Kasutusalad

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.

Õlle pruulimine 

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.

Pärmitaina valmistamine

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.

Glütserooli tootmine

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.

Teadus 

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.

Haigustekitajad pärmid

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.

Viited

Välislingid 

 "Vein ja õlu lõhnavad kärbeste pärast" ERR teadus, 10. oktoober 2014

Seened