DNA Metabarcoding als neue Methode zur Qualitätssicherung von industriellen Hefe-Starterkulturen

 

In einer aktuellen Studie wurde das DNA Metabarcoding als neue Methode zur schnellen, zuverlässigen und unspezifischen Qualitätskontrolle von Hefe-Starterkulturen getestet.

 

Der große Erfolg von heutigen Fermentationsprodukten basiert größtenteils auf der Verwendung von reinen Starterkulturen. Dank dieser sind die modernen Fermentationsprozesse (z.B. Bierfermentation) vorhersehbar, effizient, kontrollier- und reproduzierbar. Daher ist es von großer Bedeutung die angewendeten Starterkulturen auf ihre Reinheit zu untersuchen, um so gezielte Resultate bei der Fermentation zu erhalten. Bisher wurden viele Protokolle für die Qualitätskontrolle der Reinheit dieser Kulturen angewendet und im letzten Jahrzehnt stetig verbessert. Der derzeitige Standard zur Detektion von störenden Hefen und/oder Mikroorganismen sieht eine  Verwendung eines Selektivmediums oder Ansätzen mit Echtzeit-PCR vor. Diese Methoden sind jedoch zeitintensiv und spezifisch, was bedeutet, dass bereits Vorwissen zur Identität der potenziell störenden Organismen benötigt wird. Die Verwendung der Hochdurchsatz-Sequenziermethode DNA Metabarcoding bietet hingegen einen unspezifischen Ansatz für die Detektion von störenden Organismen in der angewandten Hefefermentation.

 

In dieser Studie wurde in einem ersten Grundsatztest die 26S rDNA D1/D2 Region auf Chromosom XII verwendet, um die Reinheit von Hefekulturen aus der angewandten Brau-, Wein- und speziellen Bierfermentation zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass es mithilfe des DNA Metabarcodings möglich ist, schnell und effizient verschiedene Arten in angeblich reinen Hefekulturen zu detektieren. In dieser erste Studie konnten zudem die Herausforderungen im Zusammenhang mit der für Hefe Starterkulturen neuen Methode zur Qualitätskontrolle aufgedeckt werden. Manche Stämme zeigten potentielle Merkmale für intraspezifische Hybridisierung, horizontalen Gentransfer oder syntrophische Kulturen, welche die Ergebnisse beeinflussen können. In einzelnen Fällen konnte die 26S rDNA D1/D2 Region nicht zwischen allen Arten diskriminieren. Dies deutet darauf hin, dass auch andere Regionen, wie beispielsweise ITS1, in solchen Fällen zur zusätzlichen Kontrolle der Ergebnisse herangezogen werden sollten. Um die Ergebnisse noch weiter zu verbessern sollte außerdem eine umfassendere und leistungsfähigere Datenbank, bestehend aus hoch validen und eindeutig identifizierten Kulturen, aufgebaut werden.

 

Derzeit werden zusammen mit uns neue Projekte entwickelt, welche darauf abzielen, den DNA Metabarcoding Ansatz für die Qualitätskontrolle von Hefekulturen weiter zu verbessern und zu verfeinern. Beispielweise werden weitere genetisch diverse Regionen, wie zum Beispiel die internal transcribed spacers (wie ITS1), in der Anwendung getestet. Trotz dieser Herausforderungen konnte gezeigt werden, dass das DNA Metabarcoding einen großen Fortschritt für die schnelle und effiziente Erkennung von mehreren Hefearten in einer Probe mit unbekannter Zusammensetzung darstellt und sich somit in Zukunft als vielversprechendes Werkzeug für die unspezifische Qualitätskontrolle von Hefe Starterkulturen eignet.

 

 

M. Michel, L. A. Hardulak, T. Meier-Dörnberg, J. Morinière, A. Hausmann, W. Back, G. Haszprunar, F. Jacob, M. Hutzler (2019): High Throughput Sequencing as a novel quality control method for industrial yeast starter cultures, Brewing Science, 72, 63-68, https://doi.org/10.23763/BrSc19-05michel

 

 

 

 

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