Прионы могут вызывать "застревание" винного брожения

Хроническая проблема виноделия — "застрявшее брожение", когда дрожжи, которые должны активно превращать виноградный сахар в спирт и углекислый газ, преждевременно останавливаются. Оставшийся сахар потребляется бактериями, что может испортить вино.

Команда исследователей, включая генетика дрожжей из UC Davis Линду Биссон, обнаружила биохимическую систему коммуникации, лежащую в основе этой проблемы. Действуя через прион — аномально сформированный белок, способный к самовоспроизведению, — эта система позволяет бактериям в бродящем вине переключать дрожжи с сахара на другие источники пищи, не изменяя ДНК дрожжей.

"Это открытие действительно дает нам ключ к пониманию того, как можно избежать застрявших брожений", — сказала Биссон. — "Наша цель сейчас — найти штаммы дрожжей, которые, по сути, игнорируют сигнал, инициированный бактериями, не образуют прион и продолжают брожение".

Она предполагает, что открытие этого биохимического механизма, о котором сообщалось 28 августа в журнале Cell, также может иметь значение для лучшего понимания метаболических заболеваний, таких как диабет 2 типа, у людей.

Бактерии, дрожжи и брожение

Биологам уже много лет известно, что древняя биологическая цепь, расположенная в мембранах дрожжевых клеток, блокирует использование дрожжами других источников углерода при наличии сахара глюкозы.

Эта цепь, известная как "глюкозная репрессия", особенно сильна у вида дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Это позволяет использовать эти дрожжи для практических процессов брожения в виноделии, пивоварении и хлебопечении, поскольку они очень эффективно перерабатывают сахар.

Ключевая роль прионов

В этом исследовании ученые обнаружили, что цепь глюкозной репрессии иногда прерывается, когда бактерии запускают репликацию прионов в мембранах дрожжевых клеток. Вмешательство прионов заставляет дрожжи перерабатывать источники углерода, отличные от глюкозы, и становиться менее эффективными в метаболизме сахара, что резко замедляет брожение, пока оно, по сути, не "застревает".

"Такой тип наследования на основе прионов полезен организмам, когда им нужно адаптироваться к условиям окружающей среды, но не обязательно навсегда", — пояснила Биссон. — "В этом случае наследуемые изменения, вызванные прионами, позволяют дрожжам также вернуться к первоначальному режиму работы, если условия окружающей среды снова изменятся".

Исследователи продемонстрировали, что процесс, ведущий к застрявшему брожению, выгоден как бактериям, так и дрожжам. По мере замедления метаболизма сахара условия в бродящем вине становятся более благоприятными для роста бактерий, а дрожжи получают выгоду, приобретая способность метаболизировать не только глюкозу, но и другие источники углерода, поддерживая и продлевая свою жизнь.

Решения для виноделов

Теперь, когда этот механизм коммуникации между бактериями и дрожжами стал более понятен, виноделы смогут лучше избегать застрявших брожений.

"Виноделы могут захотеть изменить уровень диоксида серы, используемого при прессовании или дроблении винограда, чтобы уничтожить бактерии, которые могут запустить процессы, приводящие к застрявшему брожению", — сказала Биссон. — "Они также могут быть осторожны при смешивании винограда с виноградников, известных наличием определенных бактериальных штаммов, или могут добавлять штаммы дрожжей, способные подавлять эти виноградные бактерии".