Οι ζύμες είναι μια ομάδα μικροοργανισμών με μεγάλα πλεονεκτήματα και οφέλη στην τεχνολογία των προϊόντων και προσδίδουν μοναδικά χαρακτηριστικά σε αυτά.
Χρησιμοποιούνται σε ένα πλήθος ζωικών προϊόντων, όπως γαλακτοκομικά, προϊόντα κρέατος και προϊόντα ψαριών. Ιδιαίτερα σημαντική όμως είναι η συμβολή τους και σε μια μεγάλη ομάδα φυτικών προϊόντων, όπως τα αρτοσκευάσματα, ο οίνος, η μπύρα, οι ελιές, τα τουρσί, το κακάο και ο καφές.
Οι ιδιότητες και οι δυνατότητες βελτίωσης των διαφόρων ζυμών που χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία των τροφίμων, έχει γίνει πολλές φορές αντικείμενο ερευνών. Παρόλο που έχουν γίνει πρόοδοι πάνω στο κομμάτι αυτό, υπάρχουν ακόμα σημεία που χρήζουν διερεύνησης και βελτίωσης. Με αυτή την αφορμή, ένα νέο ερευνητικό πρόγραμμα, το YEASTMEMORY, δίνοντας βάση στις διαστάσεις του χρόνου και της ενέργειας στην κυτταρική σηματοδότηση, αποδεικνύει πώς τα κύτταρα ζύμης μπορούν να συμπεριφέρονται… στρατηγικά!
Ανταποκρινόμενα σε περιβαλλοντικά ερεθίσματα, τα μοριακά δίκτυα έχουν αναπτύξει λειτουργίες που ενεργοποιούνται αυτόματα. Η ταχύτητα και η ομοιομορφία με την οποία αυτά τα απλά δίκτυα των κυττάρων των ζυμών μεταδίδουν σήματα μπορεί επίσης να βελτιστοποιηθεί, υποδηλώνοντας μια μορφή ευφυούς προσαρμοστικότητας. Επειδή αυτή η λεγόμενη στοχαστική ή θορυβώδης συμπεριφορά είναι λιγότερο προβλέψιμη, μπορεί να φαίνεται ασυντόνιστη και τυχαία.
“Αυτό θα μπορούσε να οφειλεται στο γεγονός ότι κάποιοι οργανισμοί προσαρμόζονται σε καταστάσεις όπου γεγονότα, όπως η διαθεσιμότητα τροφίμων, υπάρχουν ή όχι”, εξηγεί ο Kevin Verstrepen, συντονιστής έργου YEASTMEMORY από το Κέντρο Μικροβιολογίας του VIB-KU Leuven, που είναι ο οικοδεσπότης του έργου.
Η YEASTMEMORY που υποστηρίζεται από την ΕΕ ήθελε να μάθει περισσότερα για το χρονοδιάγραμμα της αντίδρασης ενός οργανισμού στα ερεθίσματα και ποιες συμπεριφορές αποδείχθηκαν επωφελείς. Μελετώντας τον τρόπο με τον οποίο τα κύτταρα ζύμης ανταποκρίθηκαν στη διαθεσιμότητα γλυκόζης, η YEASTMEMORY διαπίστωσε ότι οι αντιδράσεις διέφεραν μεταξύ γενετικά πανομοιότυπων κυττάρων στον ίδιο πληθυσμό και επηρεάστηκαν από προηγούμενες εμπειρίες. Αναγνώρισαν το γενετικό συστατικό που πιθανώς ευθύνεται, χρησιμοποιώντας το νέο τους πρωτόκολλο για την αλληλουχία των μονοκύτταρων στη ζύμη.
Η γενετική βάση των διαφορετικών συμπεριφορών ανταπόκρισης
“Αυτό το έργο προέκυψε από μια συζήτηση πριν από 15 χρόνια με έναν ζυθοποιό. όχι τόσο για μια μπύρα, αλλά για την μπύρα», λέει ο Verstrepen.
Η μπύρα παρασκευάζεται εκθέτοντας τη μαλτόζη, ένα σάκχαρο του κριθαριού, σε κύτταρα ζύμης για τη ζύμωση. Εκ των προτέρων, οι ζυθοποιοί μερικές φορές καλλιεργούν τη μαγιά τους σε ένα εργαστήριο χρησιμοποιώντας γλυκόζη. Αυτός ο ζυθοποιός ήθελε να μάθει γιατί τα κύτταρα ζύμης του δεν ζυμώνουν μαλτόζη πιο αποτελεσματικά, μετά από αρκετές ημέρες καλλιέργειας γλυκόζης.
“Λαμβάνοντας υπόψη την ταχύτητα με την οποία διαιρούνται τα κύτταρα ζύμης, είδα ότι τα νεογέννητα κύτταρα συμπεριφέρθηκαν διαφορετικά, ανάλογα με τη διατροφή των προηγούμενων γενεών, και ότι αυτή η συμπεριφορά ήταν πολύ διαφορετική μεταξύ τους. Φαινόταν πιθανώς υπεύθυνο ένα επιγενετικό φαινόμενο», σημειώνει ο Verstrepen.
Η ομάδα διαπίστωσε ότι μετά την καλλιέργεια γλυκόζης για τουλάχιστον 10 ώρες, τα περισσότερα κύτταρα ζύμης χρειάστηκαν στη συνέχεια τουλάχιστον 6 ώρες για να στραφούν στη σίτιση με μαλτόζη, με μερικά γενετικά πανομοιότυπα κύτταρα να χρειάζονται πάνω από 20 ώρες και μερικά να μην μεταβαίνουν ποτέ.
Διαπιστώθηκαν διαφορές μεταξύ των στελεχών ζύμης
Ο βασικός παράγοντας, που ενδεχομένως δημιουργεί συμφόρηση, βρέθηκε να είναι η μετάβαση από τη ζύμωση, στον αναπνευστικό μεταβολισμό.
Αυτή η σημαντική αλλαγή βασίζεται στη σύνθεση πολλών νέων πρωτεϊνών και συμπλεγμάτων και είναι μια αργή και ενεργοβόρα διαδικασία για τα κύτταρα. «Είναι λογικό ότι τα κύτταρα αποφεύγουν να ανταποκρίνονται πολύ γρήγορα και όλα μαζί, διακινδυνεύοντας να επενδύσουν χρόνο και ενέργεια στην αλλαγή της διατροφής από γλυκόζη σε μαλτόζη, μόνο για να βρουν ξανά διαθέσιμη γλυκόζη», προσθέτει ο Verstrepen.
Για να το ερευνήσει αυτό, η ομάδα αναζήτησε τα συγκεκριμένα μέρη του DNA ζύμης, το λεγόμενο QTL, που καθορίζουν αυτή τη διαφορά συμπεριφοράς.
Το πρόσφατα αναπτυγμένο μονοκυτταρικό πρωτόκολλο RNAseq επέτρεψε στην ομάδα να ανακαλύψει ότι οι αλλαγές σε ένα συγκεκριμένο μη σχεδιασμένο γονίδιο, το YLR108C, θα μπορούσαν να εξηγήσουν μεγάλο μέρος της διαφοράς. Τα κύτταρα με πιο ενεργή μορφή YLR108C είναι πιο αργά στη μετάβαση, αλλά φαίνονται καλύτερα στην ανάπτυξη σε πιο σταθερές συνθήκες.
“Αυτό είναι ένα από τα πρώτα σαφή παραδείγματα για το πώς μια σχετικά απλή, φυσική μετάλλαξη σε ένα γονίδιο υπαγορεύει τη συμπεριφορά ενός ρυθμιστικού συστήματος” παρατηρεί ο Verstrepen.
Έχει ήδη εξασφαλιστεί ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη χρήση παραλλαγών YLR108C για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης της ζύμης σε βιομηχανικές ζυμώσεις.
Πηγή: CORDIS
Ακολουθήστε το Cibum 
