VIEW ARTICLE DOI: 10.1094/ASBCJ-54-0221
Trehalose—A Stress Protectant and Stress Indicator Compound for Yeast Exposed to Adverse Conditions. M. Majara (1), E. S. C. O'Connor-Cox, and B. C. Axcell, The South African Breweries Beer Division, P.O. Box 782178, Sandton 2146, South Africa; 27-11-881-8390; Fax 27-11-881-8072. (1) Corresponding author. J. Am. Soc. Brew. Chem. 54(4):221-227. Accepted August 14, 1996.
Changes
in environmental
conditions such
as temperature,
aeration, nutrient
type and availability,
and metabolite
concentrations
can significantly
affect yeast
performance
during fermentation.
Alterations
in such factors
serve to either
exert or alleviate
stress, thus
affecting the
overall stress
response of
the cells. This
stress response
causes significant
changes in the
cellular composition
that may either
directly or
indirectly impact
on fermentative
performance.
The effects
of various environmental
stresses on
the cellular
composition
of the brewing
yeast strain,
Saccharomyces
cerevisiae
var. uvarum
(AJL 2036),
in growing and
non-growing
states were
evaluated. Trehalose
was observed
to be a very
sensitive and
responsive compound
to stress conditions.
All of the stresses
applied to the
cells evoked
a notable response
in cellular
trehalose content.
This response
altered depending
on the cell
growth phase
and was related
to the sensitivity
of the cells
to stress. Trehalose
was found to
be either hydrolyzed
and presumably
acting as a
carbon source
or synthesized
and accumulated
likely to function
as a membrane
stabilizer and
protectant.
The cellular
trehalose content
could be used
as a stress
indicator compound
in this brewing
yeast strain.
Carbonation
was evaluated
to induce a
stress response
in non-growing
yeast, indicating
that the alleviation
of dissolved
CO(2) in yeast
handling is
beneficial to
cell vitality.
The cellular
protein content
was also observed
to possibly
have a role
in the stress
response and
tolerance of
brewing yeast,
particularly
in the case
of actively
growing yeast
where stress
application
led to large
changes in the
protein content
of the cells.
The glycogen
content decreased
in stressed
yeast, presumably
as it was used
for metabolic
energy to fuel
the stress response.
Keywords: Energy
reserve, Glycogen,
Membrane Stabilizer,
Protein, Stress
indicator, Trehalose.
Cambios
en las condiciones
del medio ambiente
tales como temperature,
aereación, tipo
y disponibilidad
de nutrientes,
y concentraciones
de metabolites
pueden significativamente
afectar el comportamiento
de la levadura
durante la fermentación.
Alteraciones
en tales factores
sirven ya sea
para ejercer
o aligerar el
stress, y de
este modo afectando
la respuesta
al stress de
las células.
Esta respuesta
al stress causa
cambios significativos
en la composición
celular, lo
cual puede directa
o indirectamente
impactar en
el comportamiento
fermentative.
Los efectos
de varios stress
ambientales
en la composición
celular de la
cepa de levadura
cervecera, Saccharomyces
cerevisiae
var. uvarum
(AJL 2036),
en los estados
de crecimiento
y no crecimiento
fueron evaluados.
Se observó que
la trehalosa
es un compuesto
muy sensible
y de rápida
respuesta a
las condiciones
de stress. Todas
las condiciones
de stress aplicadas
a las células
provocaron una
respuesta notable
en el contenido
de trehalosa
celular. Esta
respuesta varió
dependiendo
de la fase de
crecimiento
de la célula
y fue relacionada
a la sensibilidad
de las células
al stress. La
trehalosa se
encontró ya
sea hidrolizada,
presumiblemente
actuando como
una fuente de
carbono, o sintetizada
y acumulada,
funcionando
como un estabilizador
y protector
de la membrana.
El contenido
de trehalosa
celular podrfa
ser usado como
un compuesto
indicador de
stress en esta
cepa de levadura
cervecera. Se
encontró que
la carbonatación
induce una respuesta
al stress en
levadura sin
crecer indicando
que la eliminación
del CO(2) disuelto
en el manejo
de levadura
es provechoso
para la vitalidad
de la célula.
Se observó que
el contenido
de proteína
celular jugó
posiblemente
un rol en la
tolerancia y
respuesta al
stress en la
levadura cervecera
particularmente
en el caso de
levadura creciendo
activamente
en donde aplicación
de stress condujo
a grandes cambios
en el contenido
de proteina
de las células.
El contenido
de glucógeno
disminuyó en
la levadura
con stress y
presumiblemente
fue usado para
energía metabólica
para alimentar
la respuesta
al stress.