Grundregel der Biologie ist, dass Temperaturen, die 90 Grad Celsius übersteigen, mit dem Leben nicht zu vereinbaren sind.
Grund dafür ist die Zerstörung von Proteinen, die als Enzyme, Zellwandbestandteile, Signalstoffe und vieles mehr ihrer lebenswichtigen Funktion nachkommen.
Viele Bakterien sind schon ab einer Temperatur von 38/39 Grad Celsius nicht mehr fähig, sich zu vermehren, was aber auf einem Funktionsverlust, weniger auf einer Zerstörung von Enzymen unter derartigen Temperaturen beruht. Diesen Umstand macht sich unser Organismus zunutze und reagiert auf eine Infektion mit Fieber.
Aber jede Regel hat ihre Ausnahme, auch in der Biologie: Thermophile Organismen sind Lebewesen, meist Bakterien und Mikropilze, die unter extrem hohen Temperaturen gedeihen können. Einige von ihnen können sogar nur unter Temperaturen gedeihen, die über 70 Grad liegen. In noch extremeren Fällen können thermophile Organismen sogar Temperaturen von bis zu 150 Grad Celsius standhalten.
Thermophile Hefen wachsen in einem Temperaturrahmen zwischen 20 und 62 Grad Celsius. Sie gelten als die einzigen eukaryontischen Vertreter, die bei einer Temperatur von über 45 Grad Celsius noch gedeihen können.
Für die Wissenschaft sind solche Vertreter Studienobjekte, an denen die Wissenschaftler studieren, von welchen Mechanismen die enzymatischen Aktivitäten trotz erhöhter Temperatur aufrecht erhalten werden. Heute weiß man, dass thermophile Mikropilze eine ausgesprochen ausgeprägte Fähigkeit besitzen, Polysaccharide in Biomasse, wie Abfall, Kompost und so weiter, zu verwerten.
Die extrazellulären Enzyme solcher Pilze sind überdurchschnittlich hitzeresistent und wirken am effektivsten bei erhöhten Temperaturen. Die intrazellulären Enzyme dieser Pilze sind dagegen ähnlich hitzeempfindlich wie die Enzyme bei Menschen und Tieren.
Die Sporen der meisten Pilze dagegen können noch extremere Bedingungen überstehen. Sie keimen aber erst dann wieder aus, wenn es für den Pilz optimale Umweltbedingungen gibt.
Darum sind diese Mikropilze, vor allem Hefen, ein interessantes Gebiet für die kommerzielle Nutzung, speziell für die Lebensmittelindustrie.
Die thermophile Hefe
„Normale“ Hefe gärt am besten bei einer Temperatur von 32 Grad Celsius. Um die Hefe zu vermehren, darf die Temperatur nicht über 28 Grad Celsius hinaus gehen. Temperaturen von 45 und mehr Grad kann die Hefe nicht tolerieren und sie stirbt ab.
Der Gärungsprozess beim Backen generiert Kohlendioxid als Treibmittel, der die Backware „auflockert“. Diese Auflockerung macht das Produkt erst das, was es sein soll = essbar.
Denn ein nicht aufgelockertes Brot zum Beispiel wäre kaum geeignet zum Kauen. Aber das Backen vollzieht sich bei hohen Temperaturen, bei denen die Hefen in dessen Verlauf zugrunde gehen. Das kann so schnell vonstatten gehen, dass die Gärungszeit zu kurz gerät und das Brot zum Beispiel nicht „aufgeht“.
Darum ist das traditionelle Brotbacken schon fast als eine Kunst zu bezeichnen, wo der Bäcker die genaue Temperatur erzeugen muss, um den Gärungsprozess nicht zu lange, aber auch nicht zu kurz geraten zu lassen.
Für die industriell gefertigten Brote und den „Do-it-yourself“ Brotbackkasten zu Hause ist dieser Balance-Akt zu aufwendig. Hier schafft eine Hefe Abhilfe, die auch bei höheren Temperaturen noch überleben und den Gärungsprozess aufrecht erhalten kann. Und das ist die thermophile Hefe.
Welche gesundheitlichen Implikationen, bedenkliche oder unbedenkliche, der Einsatz einer solchen Hefe haben kann, dafür habe ich nicht eine einzige wissenschaftliche Arbeit finden können. Denn es ist immerhin denkbar, dass der Backvorgang nicht immer in der Lage ist, alle Hefen zu eliminieren, da diese Temperaturen bis zu 62 Grad Celsius tolerieren und hier sogar noch aktiv sein können.
Es gibt eine „sehr alte“ Arbeit aus dem Jahr 1975, die die Toxine produzierende Potenz von thermophilen und thermotoleranten Mikropilzen untersucht hatte. Leider ist hier die Bäckerhefe nicht mit untersucht worden: Toxigenic Thermophilic and Thermotolerant Fungi.
Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass von 23 untersuchten Pilzarten 13 potente Toxine produzierten, die einen für den Menschen gesundheitsschädigenden Effekt haben. Es bleibt die Frage, ob diese Fähigkeit, potente Toxine zu produzieren, mit den thermophilen Eigenschaften der Pilze zu tun haben könnte. In diesem Fall müsste man die thermophile Hefe auf diese Möglichkeit hin untersuchen, um gesundheitliche Folgen abschätzen zu können.
Normale Hefen sterben zwar nicht bei Körpertemperatur ab, sind aber in ihrer Aktivität weitestgehend gehemmt, da ihr Wirkoptimum bei 32 Grad Celsius liegt. Sie sterben bei einer Temperatur von 40 Grad Celsius und höher ab. Die thermophile Hefe hingegen ist auch bei Körpertemperatur aktiv.
Eine Arbeit von 2012 zeigte für eine Reihe von thermophilen Hefearten, dass sie 48 Grad Celsius als optimale Temperatur für ihre Gärungsaktivitäten auswiesen: Selection of thermophilic lactose-fermenting yeast strains.
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Das lässt den Schluss zu, dass thermophile Hefe im Brot und anderen Backwaren, die nicht durch den Backvorgang abgetötet worden sind, im Organismus aus Sicht der Temperatur von 37 Grad Celsius fast ideale Bedingungen für eine Vermehrung vorfinden.
Dies trifft im Besonderen im Gastrointestinaltrakt zu, wo die Hefe die natürliche Darmflora verdrängen kann. In diesem Zusammenhang wäre es wichtig zu wissen, ob die thermophile Hefe Toxine produziert, um andere Mikroorganismen in ihrer Umgebung zu hemmen oder gleich zu eliminieren.
Beim Einsatz von Antibiotika und dem Konsum von industriell gefertigten Nahrungsmitteln kommt es bereits zu einer nachhaltigen Schädigung der Darmflora, so dass hier für die thermophile Hefe noch bessere Ausgangsbedingungen geschafft werden, selbst wenn sie selbst nicht in der Lage sein sollte, sich durch eine eigene Produktion an Toxinen einen Existenz- und Konkurrenzvorteil zu verschaffen.
Killer-Hefe
Killer-Hefen sind erst seit den frühen 1960er Jahren bekannt. Diese Hefen produzieren Toxine, die andere Hefen, vor allem die, die in der industriellen Lebensmittelproduktion eingesetzt werden, eliminieren. In der Regel ist die Ursache für das Vernichtungspotential solcher Hefen ein Gentransfer von Virus-Genen auf die Hefe.
Das Resultat ist die Codierung von toxischen Proteinen, die die Hefe unfreiwillig zu produzieren hat. Die am besten untersuchten Toxine heißen K1 und K28 und stammen von der Backhefe, also der Hefe, für die es thermophile Varianten gibt.
K1 wirkt toxisch, indem es sich an den Glucan-Rezeptor auf der Membran der Zielzelle setzt, dann in die Zelle eindringt und sich an einen anderen Zellmembran-Rezeptor (Kre1p) anheftet.
Dadurch erzeugt er einen Ionen-Kanal, der den physiologischen Ein- und Ausstrom von Ionen stört und die Zelle vernichtet (K1 killer toxin, a pore-forming protein from yeast.). Diese Vorgänge und Kre1p-Rezeptor scheinen sich ausschließlich auf die Hefen zu beziehen.
K28 verursacht eine Blockade der DNA-Synthese in Hefen und triggert deren Apoptose.
Die Industrie macht sich diese toxischen Eigenschaften zunutze, um unerwünschte Mikropilze und teilweise auch Bakterien während des Produktionsprozesses mit Hilfe der Killer-Hefen zu eliminieren (Killer toxin from a novel killer yeast Pichia kudriavzevii RY55 with idiosyncratic antibacterial activity.).
Ob der Einsatz von Killer-Hefen als Konservierungsstoff eventuell auch gesundheitliche Folgen für den Konsumenten haben könnte, darüber habe ich ebenfalls keine Arbeiten finden können. Es scheint auch keine Untersuchungen zu geben, ob thermophile Backhefen unter bestimmten Umständen ebenfalls zu Killer-Hefen mutieren können und damit eine echte Bombe im Darm werden.
Fazit
Thermophile Hefen sind Hefen, die wesentlich höhere Temperaturen ertragen als ihre natürlichen Verwandten. Die Körpertemperatur ist für diese Hefen kein Hindernis. Das Fieber bietet Temperaturen, die zwar ihre natürlichen Verwandten beeinträchtigen oder sogar eliminieren, thermophilen Hefen dagegen sogar noch bessere Voraussetzungen für ihr Gedeihen liefern als unter Körpertemperatur.
Damit wäre ein wichtiges Abwehrsystem des Immunsystems, das Fieber, nicht nur ausgeschaltet, sondern richtet sich gegen den Organismus.
Ob es thermophile Killer-Hefen gibt, oder ob thermophile Hefen Toxine produzieren, die von gesundheitlicher Relevanz sind, darüber gibt es nach meinen Recherchen keine Arbeiten. Damit könnte der Verzehr von industriell gefertigten Backprodukten ein weiterer Beitrag zum ernährungsphysiologischen „russischen Roulette“ sein oder werden.
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