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.
Vana-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.
NB! Vaadiõlut ei pastöörita!
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 "Dunalliella"t, 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".