Neurospora – pleśń do zadań specjalnych

dr inż. Anna Starzyńska-Janiszewska

Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

Pod nazwą Neurospora (gromada workowce, Ascomycota) kryje się rodzaj grzybów strzępkowych wyróżniających się nie tylko czerwono-pomarańczowym kolorem grzybni, ale także dużym znaczeniem na polu genetyki i biotechnologii. Niewiele osób wie o tym, że pleśnie te są również od dawna wykorzystywane do produkcji azjatyckiej żywności tradycyjnej.

Gatunki z rodzaju Neurospora to saprofity występujące naturalnie głównie w wilgotnych rejonach tropikalnych i subtropikalnych. Badania ostatnich lat wykazały ponadto, że pleśnie takie jak N. discreta, N. intermedia i N. tetrasperma zaadaptowały się jako organizmy pionierskie do kolonizacji pozostałości po pożarach drzew i krzewów w Północnej Ameryce (aż po Alaskę), a także Europie (od Portugali i Hiszpanii po Szwajcarię). Ciepło aktywuje askospory (zarodniki płciowe) tych grzybów, a szybki wzrost strzępek (3- 5 mm na godzinę) i obfite zarodnikowanie konidialne umożliwiają łatwe opanowanie terenu. Konidia (zarodniki wegetatywne) tworzą się poprzez „odcinanie” zewnętrznych komórek strzępek powietrznych i bardzo łatwo roznoszone są przez wiatr.

slide8
Zdjęcie 1 – Neurospora na spalonej tkance

Warto podkreślić, że naukowcy nie do końca wiedzą, w jaki sposób Neurospora jest w stanie tak szybko (w ciągu kilku dni po pożarze) skolonizować spalone tkanki roślin, także tam, gdzie w trakcie normalnej wegetacji nie obserwowano jej obecności przez dziesięciolecia a nawet dłużej. Gdzie ukrywają się przez ten czas zasoby zarodników i/lub grzybni? Jak są mobilizowane? Jedno tylko jest pewne – środowisko bogate w związki mineralne i sterylne wskutek braku innych organizmów żywych, doskonale służy tej pleśni. Neurospora porastająca pogorzeliska odznacza się spektakularnym, intensywnym zabarwieniem grzybni powietrznej.  Aż chciałoby się zawołać: „Pali się!!!” A to, przeciwnie,  „biorenowacja” w pełni.

Żywe zabarwienie grzybnia zawdzięcza zdolności do syntezy barwników karotenoidowych. Karoteny to pochodne izoprenu, zawierające sprzężone wiązania podwójne w konfiguracji trans (rysunek – 1), które tworzą układ chromoforowy. Organizm człowieka nie wytwarza tych barwników, ale potrafi przekształcić je w witaminę A – retinol, stad barwniki te nazywamy prowitaminą A. Oprócz tego, nienasycony łańcuch węglowy warunkuje zdolności karotenów do reagowania z wolnymi rodnikami, czyli funkcję antyoksydacyjną. A ponieważ karoteny są hydrofobowe, stanowią element ochrony błon komórkowych przed procesem utleniania budujących je cząsteczek wielonienasyconych kwasów tłuszczowych – tak zwaną peroksydacją lipidów. Karoteny produkowane są przez wiele roślin. Najbardziej znanym źródłem β-karotenu jest z pewnością marchewka.

Cząsteczka β-karotenu
Rysunek 1. Cząsteczka β-karotenu

Ale wróćmy do naszej bohaterki. Właśnie zdolność do produkcji karotenoidów (beta i gamma) jest przyczyną, dla której gatunki należące do Neurospora bierze się pod uwagę jako potencjalne źródło barwników spożywczych i kosmetycznych. Synteza karotenoidów metodami fermentacyjnymi jest ciekawą alternatywą dla ich pozyskiwania ze źródeł naturalnych (ekstrakcja z roślin) lub syntezy chemicznej.

Grzyby należące do rodzaju Neurospora to mikroorganizmy ważne przede wszystkim dla nauk przyrodniczych, znane już od połowy XIX wieku. Badania Beadle i Tatum, dotyczące indukowanych promieniowaniem mutacji zarodników N. crassa, umożliwiły wykazanie powiązania miedzy genem a syntetyzowanym białkiem, sformułowanym w postaci hipotezy „jeden gen, jeden enzym”. Niewielka objętościowo praca naukowa na ten temat, opublikowana w 1941 roku, „na zawsze zmieniła genetyczny pejzaż” nauki, jak elegancko napisano w publikacji honorującej 50-lecie tego wydarzenia. Genom N. crassa został zsekwencjonowany w 2003 roku, jako pierwszy spośród gatunków grzybów strzępkowych. Pleśń ta do dzisiaj stanowi gatunek modelowy w genetyce i biologii eksperymentalnej, wykorzystywany między innymi do badania reakcji komórek eukariotycznych na światło.

Zastosowanie Neurospora w żywieniu ludzi również ma swoją historię. Dziewiętnastowieczne doniesienia naukowe mówią o występowaniu tych pleśni w serze typu roquefort, otrzymywanym lokalnie w południowej Francji. Neurospora, obok Aspergillus niger i Pecylomyces sp., jest obecna w beiju – naturalnie fermentowanej kassawie (mące z bulw manioku), na bazie której otrzymywano tiquira, tradycyjny napój alkoholowy Indian Maranhão z północnej Brazylii. Przede wszystkim jednak, przy pomocy gatunku N. intermedia otrzymywany jest w Indonezji tak zwany „czerwony oncom”. Jest to produkt spożywczy uzyskany z wytłoków po produkcji oleju z orzeszków ziemnych lub kokosowego, a także z sojowej okary (odpad po produkcji tofu). Fermentacja umożliwia wzbogacenie tych substratów w białko i błonnik pokarmowy, a także karotenoidy i inne związki o potencjale bioaktywnym, takie jak polifenole. Nadaje także produktowi owocowy aromat. Sam proces fermentacji polega na zainfekowaniu wilgotnego materiału (60% wilgotność) fragmentami grzybni, dobowej inkubacji w zamkniętych pojemnikach w temperaturze około 25oC, a następnie kontynuowaniu hodowli przez kolejne 48 godzin w celu rozwoju obfitej grzybni powietrznej o charakterystycznym zabarwieniu. W tym drugim etapie zapewnia się swobodny dostęp tlenu, ponieważ jest on konieczny do syntezy barwników karotenoidowych. Oncom należy do kategorii tak zwanych produktów wygodnych – nadaje się do zjedzenia już po kilkuminutowym gotowaniu lub smażeniu. Jest to przy tym doskonały przykład „tradycyjnej biotechnologii”, umożliwiającej zagospodarowanie odpadów rolno-spożywczych i ich przekształcenie w pełnowartościową żywność.

Oncom
Zdjęcie 2 – Oncom

Na zakończenie warto podkreślić, że N. intermedia nadaje się także do fermentowania innych substratów roślinnych – w Katedrze Biotechnologii Żywności WTŻ Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie prowadzimy obecnie badania nad otrzymaniem produktów spożywczych typu oncom z nasion zbóż rzekomych (na zdjęciach – N. intermedia na nasionach czarnej komosy ryżowej, fot. własna). Jak widać, pleśń radzi sobie świetnie na takim substracie.

wlasna

 

Bibliografia:

  1. Nusantara Bioscience 2014. 6: 63-68
  2. Applied and Environmental Microbiology 2000. 66: 5107-5109
  3. Mycologia 2006. 98: 550-559
  4. Genetics 1991. 147: 631-635
  5. Biochemia. Ilustrowany przewodnik. Koolman J., Rӧhm K.-H. edycja polska – Wydawnictwo Literackie PZWL, 2005
  6. Indigenous Fermented Foods of Southweast Asia. 2015. J.D. Owens, ed. CRC Press, Taylor and Francis Group, ss. 1-108.
  7. International Research Journal of Microbiology. 2012. 3: 388-392

Źródła: 

  1. Zdjęcie 1 – fgsc.net/neurospora/sectionb4.htm
  2. Zdjęcie 2  – foodiepelago.wordpress.com/2013/09/28/indonesian-soybean-product-4-oncom

Kategorie: Artykuły biologiczne,Biologia

Tagi: ,,,,,

Pozostaw odpowiedź