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Molekulargenetische und physiologische Untersuchungen an der Weinhefe Kloeckera apiculata (Hanseniaspora uvarum)

Bink, Frauke Julia - Universität Osnabrück (2010)


In der ersten Hälfte der Weingärung dominiert die Weinhefe Kloeckera apiculata (perfekte Form: Hanseniaspora uvarum), auch wenn eine Starterkultur der Reinzuchthefe Saccharomyces cerevisiae zugesetzt wurde. Sogenannte Spontangärungen ohne einen solchen Zusatz ergeben gelegentlich qualitativ bessere Weine. Allerdings überwiegt das Risiko von Gärstockungen (z.B. durch Essigsäure-Produktion) und Fehltönen bei der Spontangärung ihre potentiellen Vorteile in der großtechnischen Weinherstellung. Dort könnten wesentliche Qualitätssteigerungen durch die parallele Zugabe von Starterkulturen eines modifizierten K. apiculata Stammes erzielt werden, der die Aromakomposition verbessern könnte, ohne sich negativ auf die Produktqualität auszuwirken. Zu diesem Zweck ist ein vertieftes Verständnis der Genetik und Physiologie von K. apiculata nötig. Aufgrund dessen wurde daher mit dem Aufbau eines molekulargenetischen Systems dieser Hefe begonnen. Dafür wurde zunächst genomische DNA präpariert und zur Herstellung einer Genbank verwendet, mit deren Hilfe einige Marken (HIS3, URA3, TRP1 und LEU2) über heterologe Komplementation in entsprechenden S. cerevisiae-Stämmen erhalten wurden. Die so isolierten Gene sollen in Zukunft dazu dienen, um E.coli/K. apiculata "-Shuttle-Vektoren" für Klonierungen zu konstruieren. Weiterhin soll versucht werden, Deletionen im Kloeckera Genom zu erhalten um gezielt Stoffwechselwege auszuschalten. So zum Beispiel den Stoffwechselweg, der zur Essigsäureproduktion führt. Erste Untersuchungen zur Phosphofructokinase, dem ersten für die Glykolyse spezifischen Enzym auf dem Weg zur alkoholischen Gärung, legen ähnlich wie bei S. cerevisiae einen heterooktameren Aufbau des Enzyms nahe.

Erste Ergebnisse aus der enzymatischen Analyse nach heterologer Expression der kodierenden Gene in S. cerevisiae werden vorgestellt. Zudem wurden mit der Sequenzierung des vollständigen Genoms von K. apiculata begonnen und es konnten etwa 90% der Sequenz entschlüsselt werden. Damit konnten sehr viele Homologe zu Genen identifiziert werden, die in anderen Hefearten für Proteine mit bekannter Funktion kodieren. Darüber hinaus lassen die vorläufigen Ergebnisse vermuten, dass eine Genomduplikation, wie sie für Hefen aus der Saccharomyces-Gruppe postuliert wird, in K. apiculata noch nicht stattgefunden hat. Die ersten Ergebnisse aus vergleichenden FACS-Analysen deuten an, dass es sich bei K. apiculata um einen diploiden Organismus handelt. Es ist ebenfalls gelungen, die Chromosomen von K. apiculata mit Hilfe einer speziellen Gelelektrophorese- Technik (PFGE) zu trennen. Nach einem Southern-Blot konnten zudem durch Hybridisierung mit Sonden einzelne Gene den entsprechenden Chromosomen zugeordnet werden.


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