Maya Bir Mantar mı? Saccharomyces, Tomurcuklanma ve Fermantasyon

Ekmek hamurunu kabartan, bira mayşesini köpürten o bej toz ya da kalıp, bir mantardır. Bu bir benzetme değil, sınıflandırmanın kendisi: ekmek ve bira mayası Saccharomyces cerevisiae, mantarlar âleminin Ascomycota şubesinde yer alan tek hücreli bir türdür. Tezgâhtaki kültür mantarıyla aynı âlemi paylaşır ama bambaşka bir yaşam biçimi seçmiştir: şapka, sap ya da gözle görülen bir miselyum ağı kurmaz, tek tek hücreler hâlinde tomurcuklanarak çoğalır.

Mantar ağacında mayanın yeri

Mantarlar ne bitkidir ne hayvan; kendi âlemlerini oluştururlar ve hücre duvarlarında kitin taşırlar. Bu ayrımın genel çerçevesi mantarlar bitki mi hayvan mı yazısında anlatılıyor. Âlemin içinde iki büyük şube öne çıkar: kültür mantarı, shiitake ve istiridye mantarı gibi şapkalı mantarların çoğu Basidiomycota'dadır; mayalar, küfler ve trüf gibi gruplar ise Ascomycota'da toplanır.

Ascomycota için 1107 genomu karşılaştıran bir filogenetik çalışma, şubeyi üç alt şubeye ayırmıştır: tomurcuklanan mayalar (Saccharomycotina), ipliksi mantarlar (Pezizomycotina) ve bölünerek çoğalan mayalar (Taphrinomycotina) (Shen ve ark., 2020). Aynı çalışmada tomurcuklanan mayaların ipliksi akrabalarına göre tipik olarak daha küçük genomlara, daha düşük guanin-sitozin oranına ve daha az gene sahip olduğu, moleküler evrim hızlarının ise daha yüksek bulunduğu raporlanmıştır (Shen ve ark., 2020). Yazarlar Ascomycota'nın son ortak atasının büyük olasılıkla Ediyakara döneminde ortaya çıktığını tahmin etmiştir (Shen ve ark., 2020).

Kısacası "maya" bir tür adı değil, bir yaşam biçimi. Tek hücreli büyüyen mantarların genel adıdır; Ascomycota içinde bile tomurcuklanan ve bölünerek çoğalan mayalar ayrı alt şubelerde yer alır (Shen ve ark., 2020). İpliksi büyüyen akrabaların dünyası için küf nedir ve hifa nedir yazılarına bakabilirsiniz.

Tomurcuklanma: bir hücreden iki hücre

S. cerevisiae hücresi bölünürken ortadan ikiye ayrılmaz. Ana hücrenin yüzeyinde küçük bir çıkıntı belirir, bu tomurcuk büyür, çekirdeğin bir kopyası içine geçer ve sonunda ayrılır. Ayrılma noktasında ana hücrenin duvarında bir iz kalır.

Maya uygun koşullarda eşeyli üreme de yapabilir. Bununla birlikte 1011 izolatın genomunu dizileyen bir popülasyon genomiği çalışması, türü "çoğunlukla eşeysiz" olarak tanımlamış ve heterozigotluğun yaygın kaybını bireyler arası farklılığın temel kaynaklarından biri olarak göstermiştir (Peter ve ark., 2018).

Ekmek hamurunda maya ne yapar

Hamurdaki maya unun şekerlerini fermente eder. Bu sırada açığa çıkan karbondioksit gluten ağında hapsolur ve hamuru kabartır. Ekmek hamuru ile ekmek mayası arasındaki ilişkiyi derleyen bir incelemede maya hücrelerinin ürettiği karbondioksit ve diğer metabolitlerin hamurun reolojisini, ekmeğin dokusunu, hacmini ve tadını etkilediği belirtilmiş; hamur bileşenlerinin, fermantasyon koşullarının ve kullanılan suşun mayanın performansını değiştirdiği vurgulanmıştır (Struyf ve ark., 2017).

Hamur maya için kolay bir ortam da değildir. Yarı katı hamurda ozmotik strese karşı maya gliserol üretir. Gliserol üretimi azaltılmış mutant mayaların hamur fermantasyonunda zayıf kaldığı, gliserol üretimi artırılmış bir laboratuvar suşunun ise şekerli hamurda daha hızlı fermente ettiği ve gazı hamurda daha iyi tuttuğu gösterilmiştir (Aslankoohi ve ark., 2015).

Ekşi mayada tablo daha kalabalıktır. Karadeniz ve Ege bölgelerinden alınan on iki geleneksel Türk ekşi mayası örneğinde S. cerevisiae, Torulaspora delbrueckii ve Kluyveromyces marxianus türleri tanımlanmış; S. cerevisiae Ege örneklerinde, T. delbrueckii ise Karadeniz örneklerinde baskın çıkmıştır (Arici ve ark., 2018). Mayayı pratikte görmek isterseniz mantarlı kaşarlı pide tarifindeki hamur iyi bir başlangıç.

Bira ve evcilleştirilmiş mayalar

Maya glikoz bol olduğunda solunumunu baskılayıp fermantasyona yönelir. Glikozun tetiklediği bu solunum baskısı Crabtree etkisi olarak bilinir; bir genom çapı tarama çalışması, mayanın glikozdan galaktoza geçerken yaşadığı bekleme evresinin süresinde solunum genlerinin belirleyici olduğunu ve bu etkinin değişken karbon ortamlarında mayanın başarısını belirleyen başlıca etkenlerden biri olduğunu öne sürmüştür (Perez-Samper ve ark., 2018). Bira mayşesinde ve ekmek hamurunda şekerin alkole ve karbondioksite dönüşmesi bu metabolik tercihin mutfaktaki yüzüdür.

İnsanlar bu mantarı farkında olmadan seçmiş. Endüstride kullanılan 157 S. cerevisiae suşunun genomlarını ve fenotiplerini inceleyen bir çalışma, bugünkü endüstriyel mayaların yabani suşlardan genetik ve fenotipik olarak ayrılan beş alt soya ayrıldığını ve yalnız birkaç atadan türediğini göstermiştir (Gallone ve ark., 2016). Aynı çalışmada strese dayanıklılık, şeker kullanımı ve aroma üretimi yönünde sektöre özgü güçlü bir seçilim bulunmuş; doğada hayatta kalmayla ilgili eşeyli döngü gibi özelliklerde ise özellikle bira mayalarında gerileme görülmüştür (Gallone ve ark., 2016).

1011 izolatlık çalışma türün tek bir "Çin'den çıkış" kökenini desteklemiş ve bunu birbirinden bağımsız birkaç evcilleştirme olayının izlediğini bildirmiştir (Peter ve ark., 2018). Mayanın mutfakta başka mantarlarla nasıl bir araya geldiğini miso, koji ve mantar fermantasyonu yazısında okuyabilirsiniz; aynı soru kombucha için kombucha mayası mantar mı yazısında soruluyor.

Laboratuvarın mantarı: model organizma

Maya hızlı çoğalır, ucuzdur, hem tek hem çift kromozom takımıyla yaşayabilir ve genleri hedefli olarak değiştirilebilir. Bu özellikler onu ökaryot hücre biyolojisinin temel deney organizmalarından biri yaptı. Tamamı dizilenen S. cerevisiae genomunda 12.068 kilobazlık dizide 5885 olası protein kodlayan gen, yaklaşık 140 ribozomal RNA geni ve 275 transfer RNA geni tanımlandı; genom 16 kromozoma dağılmıştı (Goffeau ve ark., 1996).

2011'de yayımlanan bir değerlendirmede yazarlar, genom dizisinin 1996'da yayımlanmasının ardından mayanın ökaryot hücre biyolojisinin önde gelen modeli olmaktan çıkıp fonksiyonel genomik ve sistem biyolojisi gibi yeni alanların kurulmasına öncülük eden organizma hâline geldiğini yazmıştır (Botstein ve ark., 2011).

Maya ile insan arasındaki evrimsel mesafe ise şaşırtıcı ölçüde köprülenebiliyor. Mayanın yaşamsal 414 genini insandaki karşılıklarıyla değiştiren bir laboratuvar çalışmasında genlerin yaklaşık yarısı (%47) başarıyla "insanlaştırılabilmiş"; değiştirilebilirliği dizi benzerliğinden çok genin ait olduğu işlev modülü belirlemiştir (Kachroo ve ark., 2015). Örneğin sterol biyosentezi genleri benzer biçimde değiştirilebilir çıkarken DNA eşlenmesinin başlatılmasında görevli genler değiştirilememiştir (Kachroo ve ark., 2015).

Bir başka mantar da benzer bir rol üstlendi: mısır bitkisinde gelişen ve Meksika mutfağında yenen Ustilago maydis, bitki-patojen ilişkilerinin model organizmasıdır. Onun hikâyesi huitlacoche yazısında. Mantar hücresindeki iki küçük karbonhidrat molekülü trehaloz ve mannitol yazısında ele alınıyor.

Bilimsel referanslar

Arici, M. et al. (2018). Biodiversity and technological properties of yeasts from Turkish sourdough. Food Sci Biotechnol, 27(2), 499-508. PMID 30263774. DOI 10.1007/s10068-017-0282-0.

Aslankoohi, E. et al. (2015). Glycerol production by fermenting yeast cells is essential for optimal bread dough fermentation. PLoS One, 10(3), e0119364. PMID 25764309. DOI 10.1371/journal.pone.0119364.

Botstein, D. et al. (2011). Yeast: an experimental organism for 21st Century biology. Genetics, 189(3), 695-704. PMID 22084421. DOI 10.1534/genetics.111.130765.

Gallone, B. et al. (2016). Domestication and Divergence of Saccharomyces cerevisiae Beer Yeasts. Cell, 166(6), 1397-1410.e16. PMID 27610566. DOI 10.1016/j.cell.2016.08.020.

Goffeau, A. et al. (1996). Life with 6000 genes. Science, 274(5287), 546, 563-7. PMID 8849441. DOI 10.1126/science.274.5287.546.

Kachroo, A.H. et al. (2015). Systematic humanization of yeast genes reveals conserved functions and genetic modularity. Science, 348(6237), 921-5. PMID 25999509. DOI 10.1126/science.aaa0769.

Perez-Samper, G. et al. (2018). The Crabtree Effect Shapes the Saccharomyces cerevisiae Lag Phase during the Switch between Different Carbon Sources. mBio, 9(5), e01331-18. PMID 30377274. DOI 10.1128/mBio.01331-18.

Peter, J. et al. (2018). Genome evolution across 1,011 Saccharomyces cerevisiae isolates. Nature, 556(7701), 339-344. PMID 29643504. DOI 10.1038/s41586-018-0030-5.

Shen, X.X. et al. (2020). Genome-scale phylogeny and contrasting modes of genome evolution in the fungal phylum Ascomycota. Sci Adv, 6(45), eabd0079. PMID 33148650. DOI 10.1126/sciadv.abd0079.

Struyf, N. et al. (2017). Bread Dough and Baker's Yeast: An Uplifting Synergy. Compr Rev Food Sci Food Saf, 16(5), 850-867. PMID 33371607. DOI 10.1111/1541-4337.12282.

Bu içerik bilgilendirme amaçlıdır, tıbbi tavsiye niteliği taşımaz. Herhangi bir sağlık kararı almadan önce hekiminize danışınız. Fonksiyonel mantarlar ilaç değildir ve hastalıkların tedavisinde kullanılamaz.

Atıf yapılan kaynak: 10  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya