Yeast Mitochondria – Their Influence on Brewer’s Yeast Fermentation and Medical Research

MBAA TQ http://dx.doi.org/10.1094/TQ-51-1-1125-01 | VIEW ARTICLE
 
Graham G. Stewart. G.G. Stewart Associates, Cardiff, CF14 6RP, Wales; and Heriot-Watt University, Riccarton, Edinburgh, Scotland.
 
Abstract
Brewer’s yeast strains (both lager and ale cultures) belong to a commercially significant grouping of yeast species that are used for the production of food, alcoholic beverages, and drugs for medicinal purposes (3). In addition, this yeast grouping is an invaluable model eukaryote because it is a single cell that can be genetically manipulated and cultured in the laboratory. Also, very importantly, it possesses a cell structure similar to plants and animals, including humans, that includes cell walls, a nucleus, vacuole(s), membranes, and mitochondria. In Saccharomyces cerevisiae and related species (including brewer’s yeast strains), the most frequent spontaneous mutation is to the specific DNA contained in its mitochondria (mtDNA). This mutation is termed respiratory deficiency (RD) or petite because of the small size of the resulting colonies compared to the wild type respiratory sufficient colony. The phenotypic effects of the RD mutation in a brewer’s yeast culture are profound and examples, particularly during wort fermentation, will be discussed. In addition, fundamental research on yeast mitochondria has assisted our knowledge of human mitochondrial function and disease. There are a group of diseases caused by dysfunctional mitochondria often as a result of mutation of the mtDNA. These diseases include: type 2 diabetes, deafness, hereditary optic neuropathy, and epilepsy, to name just a few. Mitochondrial research with yeast has provided considerable information and assisted medical research on many of the myopathies listed above. Indeed, current research removing the mtDNA from the ovaries of a diseased patient and replacing it with unmutated mtDNA from a donor to produce healthy zygotes is a novel technique with significant potential. Importantly, in the context of this presentation, without mitochondrial research on brewer’s yeast and its close relatives, these medical developments would have been inhibited, impeded, and protracted.
Keywords: diacetyl, fermentation, flocculation, mitochondria, mitochondrial diseases, respiratory deficient, wort, yeast
 
Síntesis
Variedades de levadura cervecera (tanto de baja como de alta fermentación, lager y ale) pertenecen a un grupo de especies de levadura comercialmente importantes, utilizado para la producción de alimentos, bebidas alcohólicas y drogas con propósitos medicinales (3). Es más, este grupo de levaduras es un modelo eucariota de gran valor, puesto que es una única celda que puede ser manipulada genéticamente y cultivada en el laboratorio. También es importante recalcar que posee una estructura celular similar a la de las plantas y animales, incluyendo los humanos; esto incluye pared celular, un núcleo, vacuolas, membranas y mitocondria. En Saccharomyces cerevisiae y especies relacionadas (incluyendo variedades de levadura cervecera), la más frecuente mutación espontánea es al ADN específico contenido en su mitocondria (mtADN). Esta mutación es denominada deficiencia respiratoria (DR) o “petite” debido al pequeño tamaño de las colonias resultantes comparado con la colonia de suficiencia respiratoria de tipo salvaje. Los efectos fenotípicos de la mutación (DR) en un cultivo de levadura cervecera son profundos y se darán ejemplos, particularmente durante la fermentación del mosto. Los estudios fundamentales sobre la mitocondria de levadura han sido de gran ayuda en aumentar nuestros conocimientos de la función mitocondrial y sobre enfermedades. Existe un grupo de enfermedades que son causados por mitocondria disfuncionales, frecuentemente como resultado de una mutación del mtADN. Estos incluyen diabetes tipo 2, sordera, neuropatía óptica hereditaria y epilepsia, para solo mencionar algunos. Investigaciones de la mitocondria con levadura han suministrado una gran cantidad de información y ha asistido investigaciones médicas con respecto a las miopatías enumeradas arriba. Un estudio actual removiendo la mtADN de los ovarios de una paciente enferma y sustituyéndolo con un mtADN sin mutar de un donante para producir zigotos sanos, es una técnica novedosa con gran potencial. Es importante notar que sin estas investigaciones de la mitocondria de levadura cervecera (y sus relativos cercanos), estos desarrollos habrían sido inhibidos, dificultados y prolongados.
Palabras claves: deficiencia respiratoria, diacetilo, enfermedades mitocondriales, fermentación, floculación, levadura, mitocondria, mosto
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