Effect Mechanisms of Killer Yeasts and the Problems Caused by them in Industry (Turkish with English Abstract)

Abstract

Killer factor is known to be a proteinaceous toxin in many strains of industrial yeasts. The genomes of the toxins have been mapped on double-stranded RNA molecules, a linear double-stranded DNA plasmid and a chromosome. These particles may prove to be of far-reaching importance in eucaryotic microorganisms when their nature is better understood, but for some time they were considered a major nuisance. Many killer systems were studied so far in various genera of yeast: Saccharomyces, Ustilago, Kluyveromyces, Pichia, Williopsis, Candida, Debaryomyces and others. The best understood is the killer system K1 in Saccharomyces cerevisiae. Two types of dsRNA in the cytoplasmic virus-like paticles control this system. The killing mechanism of this toxin consists of two phases. The first step involves a rapid binding of heterodimeric killer protein to cell wall receptors containing 1,6-β-D-glucan as an essential component. The permeabilization of the membrane proton gradient, efflux of potassium ions, subsequent release of ATP and of low molecular metabolites, and finally death of the cell. In industrial processes, contamination with killer toxin-producing yeasts species is a potential problem in fermentations; in baking, brewing and wine making processes.

Keywords

• Killer yeast, mechanism of toxin, problems in industry  

Killer Özellikli Mayaların Etki Mekanizmaları ve Endüstride Yol Açtıkları Sorunlar

Abstract

Killer özelliğin, bazı endüstriyel maya türlerinde bulunan protein yapısındaki bir toksin olduğu bilinmektedir. Toksin genleri çift zincir RNA (dsRNA) molekülleri, linear çift zincir DNA plasmidi veya kromozom üzerinde kodlanmaktadır. Bu partiküllerin yapıları daha iyi anlaşıldığında ökaryot mikroorganizmalardaki önemleri daha fazla belirginleşecekse de, çoğu zaman, bu partiküller büyük bir problem olarak görülmektedir. Saccharomyces, Ustilago, Kluyveromyces, Pichia, Williopsis, Candida, Debaryomyces vb. birçok maya cinsinde killer özellik üzerinde çalışılmıştır. Bunların arasında en iyi anlaşılmış olanı Saccharomyces cerevisiae'nın K1 sistemidir. Bu sistem sitoplazmik virüs benzeri partiküllerdeki iki tip dsRNA tarafından kontrol edilmektedir. Bu toksinin öldürme mekanziması iki fazdan oluşmaktadır. İlk aşamada heterodimerik killer protein 1,6-β-D-glukan içeren hücre duvarı reseptörüne atak yapar. Ardından membran proton gradientinin geçirgenliği bozar, potasyum iyonlarının düzensizleşmesini sağlar ve daha sonra da ATP'nin salınması ile moleküler metabolitlerin azalmasını, en sonunda da hücrenin ölümünü gerçekleştirmektedir. Endüstride killer toksin üreten maya türleriyle kontaminasyon fırıncılık, biracılık ve şarap üretimi gibi fermentasyon proseslerinde potansiyel bir problemdir.

Keywords

• Killer maya, toksin mekanizması, endüstrideki sorunlar

References

1. İzgü F, Altınbay D and Derinel Y. 2004. Immunization of the industrial fermentation starter culture strain of Saccharomyces cerevisisae to a contaminating killer toxin-producing Candida tropicalis. Food Microbiol., 21, 635-640.
2. Özçelik F, Türkmen U and Ateş S. 1996. Farklı bölgelerden izole edilen şarap mayalarının killer özelliklerinin belirlenmesi. Tr. J. of Biology, 20, 241-249.
3. Van Vuuren HJJ and Wingfield BD. 1986. Killer yeast-cause of stuck fermentation in a wine cellar. S. Afr. J. Enol Vitic., 7(2); 113-118.
4. Türkmen U. 1993. Farklı bölgelerden izole edilen şarap mayalarının killer özelliklerinin belirlenmesi. Ank. Üniv. Gıda Bil. ve Tek. Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, 37s.
5. Pommier P, Strehaiano P and Delia ML. 2005. Modelling the growth dynamics of interacting mixed cultures: a case of amensalism. Inter. J. of Food Microbiol., 100, 131-139.
6. Jacobs CJ and Van Vuuren HJJ. 1991. Effects of different killer yeast on wine fermentations. Am. J. Enol. Vitic., 42(4); 295-300.
7. Bartunek M, Jelinek O and Vondrejs V. 2001. Susceptibility of individual cells of Saccharomyces cerevisiae to the killer toxin K1. Biochem. and Biophysic. Research Communications, 283, 526-530.
8. Chen X, Wesolowski-Louvel M, Tnguy-Rougeau C and Fukuhara H. 1991. Promoter activity associated with the left inverted terminal repeat of the killer plasmid K1 from yeast. Biochemie, 73, 1195-1203.

9. Pfeiffer P and Radler F. 1984. Comparision of the killer toxin of type K2. Arch. Microbiol., 137, 357-361.
10. Rosini G. 1983. The occurence of killer characters in yeasts. Can. J. Microbiol., 29, 1462-1464.
11. Seki T, Choi GH and Ryu D. 1985. Contruction of killer yeast strain. Appl. Environ. Microbiol., 49(5); 1211-1215.
12. Evliya B, Enginkaya Z and Var I. 1996. Bazı fermente gıdalardan öldürücü mayaların (killer yeasts) izolasyonu ve fermente ürünlerde starter olarak kullanma olanaklarının araştırılması. Çukurova Üniv. Proje No: TOGTAG-1233.
13. Soares GAM and Sato HH. 1999. Killer toxin of Saccharomyces cerevisiae Y500-4L active against Fleichman and Itaiquara commercial brands of yeast. Rev. Microbiol., 30(3), Sao Paulo July/Sept.
14. Sertkaya A. 2005. Investigation of cytocidal effect of K5 type yeast killer protein on sensitive microbial cells. Middle East Technical University, The Degree of Master of Science, 87s.
15. Bussey H. 1972. Effects of yeast killer factor on sensitive cells. Nature New Biology, 235, 73-75.
16. Sesti F, Shih TM, Nkolaeva N and Goldstein SAN. 2001. Immunity to K1 killer toxin: internal TOK1 blockade. Cell, 105, 637-644.
17. Radler F and Schmitt M. 1987. Killer toxins of yeast: inhibitors of fermentation and their adsorbtion. J. of Food Protection, 50(3); 234-238.
18. İzgü F, Altınbay D and Yuceliş A. 1997. Identification and killer activity of a yeast contaminating starter cultures of Saccharomyces cerevisiae strains used in the Turkish baking industry. Food Microbiol., 14, 125-131.
19. Kitano K, Sato M, Shimazaki T and Hara S. 1984. Occurence of wild killer yeasts in Japanese wineries and their caracteristics. J. Ferment. Technol., 62(1); 1-6.
20. Zagorc T, Maraz A, Cadez N, Povhe Jemec K, Peter G, Resnik M, Nemanic J and Raspor P. 2001. Indigenous wine killer yeasts and their application as a starter culture in wine fermentation. Food Microbiol., 18, 441-451.
21. Salek A, Schnettler R and Zimmermann U. 1992. Stably inherited killer activity in industrial yeast strains obtained by electrotransformation. Microbiol. Letters, 96, 103-110.
22. Russel I. 1986. Killer yeast identification. ASBC Journal, 44(3);123-125.
23. Tredoux HG, Tracey RP and Tromp A. 1986. Killer factor in wine yeasts and its effects on fermentation. S. Afr. J. Enol Vitic., 7(2); 105-112.
24. Jacobsen GK. 1985. Eastern grape grower and winery news. August/September, 29-31.