Исследователи выявили три штамма дрожжей, подавляющих в лаборатории устойчивый винный микроорганизм-порчу

Исследователи выявили три штамма дрожжей рода Lachancea, которые в лабораторных испытаниях эффективно подавляли винные дрожжи-порчу Brettanomyces bruxellensis. Результаты открывают возможный новый путь борьбы с одной из самых устойчивых микробиологических проблем винодельческой отрасли.

Результаты исследования опубликованы в среду в журнале OENO One. Авторы изучили, способны ли некоторые дрожжи рода Lachancea проявлять так называемую киллерную активность против B. bruxellensis — вида, известного тем, что он вызывает посторонние привкусы в вине и выживает в условиях, подавляющих другие микроорганизмы. По словам исследователей, работа была призвана изучить биологические альтернативы химическим консервантам, особенно с учетом того, что некоторые штаммы B. bruxellensis проявляют устойчивость к диоксиду серы — одному из основных средств защиты в отрасли.

B. bruxellensis широко считают одним из главных микроорганизмов, вызывающих порчу сухих красных вин. Он может вырабатывать летучие фенолы и другие нежелательные соединения, связанные с ароматами, которые часто описывают как лекарственные, дымные, кожаные или напоминающие запах скотного двора. Кроме того, этот микроорганизм способен сохраняться в процессе виноделия и вновь проявляться при выдержке, поэтому после заражения с ним трудно бороться.

В новом исследовании ученые проверили 17 изолятов Lachancea на 29 штаммах B. bruxellensis, представлявших шесть основных генетических групп. Дрожжи Lachancea также испытали на других видах, связанных с виноделием, включая как микроорганизмы-порчу, так и полезные дрожжи, а также на девяти коммерческих заквасочных культурах для виноделия. Эксперименты проводили на агаре с виноградным суслом, доведенным до pH 3,5 — значения, которое авторы назвали характерным для средней кислотности вина, — при температуре 24 °C.

Десять из 17 изолятов Lachancea в той или иной степени подавляли рост дрожжей-порчи. Однако особенно выделились три штамма: они оказывали сильное и стабильное воздействие на B. bruxellensis во всех шести основных генетических группах этого вида. Это были Lachancea thermotolerans CTL 302, Lachancea thermotolerans CTL 277 и Lachancea waltii NRRL Y-8285.

Согласно исследованию, эти три штамма вызывали стойкое подавление роста испытанных штаммов B. bruxellensis. Не менее важно для виноделов и то, что те же три штамма Lachancea не проявляли киллерной активности ни против одной из коммерческих винных культур, участвовавших в испытаниях. Это указывает на их возможную избирательную эффективность в качестве агентов биоконтроля: микроорганизм, который одновременно вредит заквасочным культурам, сложнее применять в производстве.

Авторы также проверили, может ли наблюдаемое подавление объясняться молочной кислотой. Известно, что Lachancea thermotolerans вырабатывает молочную кислоту, способную влиять на кислотность вина и поведение микроорганизмов. Однако в этом исследовании молочная кислота в концентрациях от 3 до 18 г/л не оказывала эффективного подавляющего действия на испытанные дрожжи-порчу. Исследователи заключили, что молочная кислота не была причиной киллерного эффекта.

Чтобы лучше понять причину подавления, команда исследовала концентрированные супернатанты трех наиболее активных штаммов, подвергнув их нагреванию и обработке протеазой пепсином. По результатам этих испытаний действующее вещество по своим свойствам напоминало киллерный токсин, а не просто вызывало подкисление среды. Это важно, поскольку киллерные токсины — секретируемые молекулы, способные воздействовать на другие дрожжи. Поэтому они могут стать перспективными средствами микробиологического контроля, если сохраняют активность в реальных производственных условиях.

Исследование дополняет растущий поиск альтернатив диоксиду серы и другим традиционным методам борьбы с B. bruxellensis. Фильтрация и соблюдение гигиены в погребах остаются стандартной практикой виноделен, но не всегда обеспечивают длительный контроль. Другие методы, включая хитозан и новые физические способы обработки, могут быть эффективны в определенных условиях, однако результат может зависеть от типа штамма, уровня pH или нормативных ограничений.

В статье проблема также рассматривается в более широком генетическом контексте. B. bruxellensis — не единый однородный объект воздействия. Вид включает несколько генетических групп, связанных с разными субстратами и уровнями плоидности; предыдущие исследования показали, что эти группы могут по-разному реагировать на методы контроля. Большинство штаммов диплоидны, однако около 40% несут дополнительный гаплоидный геном и являются триплоидными. Такое разнообразие помогает объяснить, почему средство, эффективное против одного штамма, может не сработать против другого, и почему перед разработкой коммерческого решения важно проводить широкие испытания.

Согласно исследованию, рекомендуемых сегодня уровней диоксида серы, необходимых для предотвращения порчи, вызванной B. bruxellensis, бывает трудно достичь в винах с pH выше 3,5. Авторы также отметили данные предыдущих исследований, согласно которым многолетнее интенсивное применение диоксида серы могло способствовать отбору более устойчивых групп B. bruxellensis, в частности популяций A2 и D1/D2. В этом контексте биологическое средство, способное подавлять широкий спектр генетически различающихся штаммов, не нарушая работу необходимых для брожения дрожжей, может представлять ценность для производителей.

Для индустрии напитков, и особенно для виноделен, сталкивающихся с риском порчи во время брожения или выдержки, результаты указывают на потенциальный способ биозащиты, который может помочь сократить потери и уменьшить зависимость от химических консервантов. Это особенно актуально там, где вызывает опасения устойчивость к сульфитам. Тем не менее результаты пока ограничены контролируемыми лабораторными условиями, и исследование не доказывает, что тот же эффект будет наблюдаться в резервуарах, бочках или бутилированном вине.

Авторы особо подчеркивают это ограничение. Они назвали три штамма Lachancea перспективными потенциальными дрожжами для биоконтроля, но отметили, что необходимы дальнейшие испытания в реальных условиях виноделия. Лабораторные тесты на твердой питательной среде позволяют установить наличие подавляющего эффекта, но не могут в полной мере воспроизвести факторы, действующие при промышленном производстве вина: содержание этанола, конкуренцию за питательные вещества, воздействие кислорода и диоксида серы, смешанные популяции микроорганизмов, а также длительные сроки выдержки.

Исследование опубликовано в период, когда к несахаромицетным дрожжам в виноделии проявляют все больший интерес — не только из-за их влияния на аромат и текстуру, но и в связи с возможностями управления микробиологическими процессами. Некоторые штаммы Lachancea thermotolerans уже используются в коммерческом виноделии для регулирования кислотного баланса, особенно в жарких регионах, где виноград может накапливать много сахара и иметь низкую кислотность. Штамм того же рода, способный также подавлять микроорганизмы-порчу, очевидно, вызвал бы интерес при условии, что он будет надежно и безопасно работать за пределами лаборатории.

В предыдущих работах описывалась антибреттаномицетная активность других дрожжей, однако их применение ограничивали практические недостатки. Некоторые микроорганизмы были выделены не в винной среде, некоторые сами считались потенциальными дрожжами-порчи, а другие были чувствительны к этанолу или диоксиду серы, что снижало их пригодность на последующих этапах производства. Новая работа выделяется тем, что в ней испытали широкую выборку штаммов B. bruxellensis и обнаружили три штамма Lachancea, не вредивших исследованным коммерческим винным дрожжам.

Следующий этап исследований — выяснить, сохраняются ли эти свойства при реальном брожении и выдержке и остается ли киллерная активность эффективной в сложной химической и микробиологической среде вина.