Штаммы термофильных молочнокислых бактерий. Расы дрожжей, которые используют в приготовлении жидких дрожжей

Клеточные мембраны могут  иметь различное строение у разных групп микроорганизмов. Так, например, известно, что у грамотрицатель-ных бактерий мезосомы менее развиты, чем у грамположительных. Возможно, поэтому основные виды облигатных термофильных бактерий грамположительны.

Мембраны в клетке служат не только границей раздела фаз, но и местом локализации ряда важнейших  биологических систем. В настоящее  время имеются данные, указывающие, что некоторые ферменты термофилов приобретают термостабильность, когда они связаны с клеточной мембраной. Если их отделить от мембраны с помощью ультразвука, то эти ферменты становятся относительно термолабильными.

Мембраны термофильных бактерий отличаются высокой механической прочностью.

Было показано, что многие облигатно-термо-фильные бактерии (Вас. stearothermophilus, Вас. coagulans, Вас. denitrificans) способны образовывать шаровидные протопласты при развитии сначала в интенсивно аэрируемой среде, а затем (в фазе экспоненциального роста) без аэрации.

Одним из главных факторов, вызывающих процесс образования  протопластов, является резкий дефицит  кислорода в среде. Образовавшиеся в этих условиях протопласты могут  длительное время не лизироваться в обычных условиях, что свидетельствует об их значительной осмотической устойчивости.

Рибосомы, выделенные из клеток облигатно-термофильных бактерий, обладают значительно большей термостабильностью, чем рибосомы, выделенные из клеток мезофильных форм. Высказывается предположение, что наибольшая стабильность рибосом у термофилов может быть благодаря различиям в составе и структуре рибосомальных протеинов.

Интересно привести данные, полученные при изучении термостабильности рибосом у Thermus aquaticus, оптимальная температура роста которой равна 70 °С.

Рибосомы грамотрицательной  палочки Thermus aquaticus были устойчивы при нагревании до 79 °С, а рибосомы Bacterium coli разрушались при увеличении температуры до 59 °С. Температура денатурации рибосом Т. aquaticus коррелирует с максимальной температурой роста этой бактерии, также равной 79 °С. Рибосомы грамцоложительной термофильной бациллы Вас. stearothermophilus денатурировались при температуре 72 °С.

Химический состав рибосом  Т. aquaticus следующий: 59% белка и 41% РНК. По процентному содержанию этих компонентов рибосомы Т. aquaticus заметно отличались от рибосом грамотрицательной бактерии В. coli, которая состояла из 41% белка и 59% РНК. Увеличение содержания белка, по-видимому, обеспечивает повышенную термостабильность рибосом культуры Т. aquaticus.

При изучении нуклеотидного  состава рибо-сомальной РНК, выделенной из клеток Т. aquaticus, Вас. stearothermophilus и В. coli, было выявлено повышенное содержание гуанина и цитозина в молекуле РНК Т. aquaticus и Вас. stearothermophilus по сравнению с РНК, выделенной из В. coli.

Рибосомальная РНК, выделенная из клеток термофильных бактерий, более устойчива к действию рибосомальной рибонуклеазы, чем РНК, выделенная из мезофильных форм микроорганизмов.

Интересно было сравнить термоустойчивость рибосом Т. aquaticus и В. coli с терморезистентностью выделенных из этих рибосом рибосомальных РНК. Отмечено, что, хотя рибосо-мальная РНК Т. aquaticus более термоустойчива, чем р-РНК В. coli, обе изолированные из рибосом р-РНК были значительно менее термостабильными, чем интактные рибосомы этих же микроорганизмов.

Те клеточные элементы, которые у термофилов термолабильны (транспортная РНК), способны быстро восстанавливаться после их разрушения или инактивации. В. Бабелаи И. Холдстворт установили, что оборачиваемость т-РНК в клетках термофилов гораздо выше, чем у мезофильных форм; этим обеспечивается более высокая скорость синтеза протеинов термофилами. По данным С. М. Фридман и И. Б. Вайнштейн, фермент аминоацил-т-РНК-синтетаза, выделенный из термофильной бактерии Вас. stearothermophilus, обладает высокой термостабильностыо, сама же т-РНК термолабильна.

Таким образом, клетки термофилов способны к быстрому ресинтезу разрушенных и инак-тивированных клеточных компонентов. С другой стороны, т-РНК экстремально-термофильной бактерии Т. aquaticus была более термо-стабилъной и не подвергалась денатурации при 68 °С, в то время как т-РНК В. coli была стабильной только до 55 °С.

Вероятно, высокая термостабильность т-РНК Т. aquaticus, так же как и р-РНК, связана с повышенным содержанием в ее молекуле гуанина и цитозина в сравнении с более низкими концентрациями этих оснований в т-РНК В. coli и Вас. stearothermophilus.

Различные ферментные системы, а также отдельные ферменты термофилов неодинаково устойчивы к действию высокой температуры. Наиболее устойчивы  гидролитические ферменты. По степени  термостабильности Л. Л. К э м п -белл и Б. Пейс разделяют ферменты на три группы. Среди них наиболее стабильными являются а-амилаза, протеаза, ферменты, активирующие аминокислоты.

Высокой терморезистентностью отличаются аминоацилирующие ферменты, принимающие участие в синтезе белка экстремально-термофильной бактерии Т. aquaticus. Эти ферменты были более термостабильными и биологически активными при оптимальной температуре их действия, равной 70°С, чем те же ферменты В. coli при 45 °С. На высокую степень биологической активности аминоацилсинтетаз Т. aquaticus указывает тот факт, что процесс аминоацилирования у Т. aquaticus заканчивается в первые 3 мин, а у В. coli полное ами-ноацилирование наступало через 6 мин.

Эти данные согласуются с  результатами исследователей, изучавших  свойства аминоацилт-РНК-синтетаз облигатно-термофильной бактерии Вас. stearothermophilus. Этот фермент был биологически активен при более высокой температуре (55 °С), чем взятый для сравнения фермент из В. coli (37 °С). Однако некоторые экспериментальные данные свидетельствуют о том, что высокий температурный оптимум для ами-ноацилирования у Вас. stearothermophilus не является необходимым. Б. Бабела и И. Холд-сворт сообщили о потере 50% активности аминоацилсинтетазы Вас. stearothermophilus после инкубирования этого фермента при температуре 60 °С в течение 10 мин. Термостабильность аминоацилсинтетазы Вас. stearothermophilus оказалась низкой при температуре, близкой к оптимальной температуре роста указанного микроорганизма. В противоположность этому у Т. aquations обнаружена хорошая корреляция между температурным оптимумом ами-ноацилирования и оптимальной температурой роста, равной 70 °С.

Из экстремально-термофильной бактерии (штамм АТ-62) был выделен  фермент аспарто-киназа. Этот фермент катализирует образование таких аминокислот, как лизин, треонин и изолейцин. Аспартокиназа очень термостабильна. Максимально активен этот фермент при 70 °С, что коррелирует с оптимальной температурой роста указанного штамма бактерии.

Расы дрожжей, различные штаммы одного и того же вида дрожжей, используемые в производстве различных типов вин. Выбор той или иной расы дрожжей обусловлен также условиями брожения. Основные расы дрожжей приведены в таблице.

Для шампанизации в бутылках отбирают расы дрожжей, образующие зернистый  осадок, легко отстающий от внутренних стенок и переходящий на пробку при  ремюаже без образования масок, способные полностью сбраживать сахара в вине при высоких концентрациях углекислоты и этилового спирта, при величине рН среды 2,8—3,2; при шампанизации резервуарным периодическим способом желательно, чтобы дрожжи обладали способностью давать крупнозернистый осадок, способствующий быстрому осветлению вина и улучшению фильтрации. Для шампанизации вина в непрерывном потоке рекомендуются дрожжи, образующие пылевидные осадки. Расы дрожжей, используемые для хересования вин пленочным методом, должны быть спиртовыносливыми и способными к быстрому размножению и образованию пленки на поверхности вина, содержащего 16,5% об. спирта.