Пивна геноміка як люди одомашнили пивні дріжджі
Генетики простежили історію найважливішого інгредієнта пива - дріжджів. Секвенувавши геноми майже 200 сучасних штамів пивних дріжджів, дослідники відкрили, як упродовж сотень років люди перетворювали дикий грибокSaccharomyces cerevisiaeна безліч штамів, призначених для виробництва конкретних алкогольних напоїв.
Через дріжджі пива має п'янкий ефект і бульбашки, оскільки в процесі ферментації вони перетворюють цукор на алкоголь і вуглекислий газ. Але вони також виробляють сотні хімічних речовин, що надають різному смаку напою — від банана до гвоздикового дерева.
Виявилося, що еволюційне дерево штамів дріжджів включає різні сімейства одноклітинних грибів, що використовуються для виробництва саке, вина і хліба, і дві віддалено споріднені групи пивних дріжджів, у тому числі дріжджів з Бельгії, Німеччини, Британії та США.
"Це генетична енциклопедія пивних дріжджів, яка служитиме дослідникам ще довгі роки", - сказав Кріс Хіттінгер (Chris Hittinger), еволюційний генетик з Вісконсінського університету в Мадісоні (University of Wisconsin-Madison).
Тим часом команда Верстрепена використовує геноміку, щоби створювати нові штами пивних дріжджів.
Стародавній алкогольний напій
Пиво — один із найдавніших алкогольних напоїв. На шумерській табличці віком п'ять тисяч років зображена давня пивна пиятика, тоді як котли того ж віку із західного Ірану та північного Китаю містять залишки пивних інгредієнтів, у тому числі ячмінь та побічні продукти бродіння. Зважаючи на давню історію пивоваріння, Верстрепен думав, що предки сучасних пивних дріжджів з'явилися тисячі років тому.
Однак його командавизначила, що люди почали одомашнювати пивні дріжджі наприкінці XVI – на початку XVII століть. Це збігається з періодом, коли пивоваріння перемістилося з будинків у паби та монастирі. Верстрепен припускає, що ранні професійні пивовари брали дріжджі з собою, коли вони переміщалися Європою, і навіть завезли їх до Нового Світу: штами пивних дріжджів у США, наприклад, близькі до британських.
Пивовари не ізолювали перші штами дріжджів принаймні до кінця XIX століття, але вони могли мимоволі сформувати геноми дріжджів, варячи кожну нову партію пива з залишками попередньої, припускає Верстрепен. Таким чином, пивовари могли поступово проводити селекцію штамів дріжджів, які ефективні та надають пиву бажаного смаку.
Генетично модифіковане пиво
Хоча майже всі промислові дріжджі мають ознаки втручання людини, геноми пивних дріжджів були змінені найбільшою мірою: їх штами несуть варіації та дуплікації генів, які беруть участь у переробці мальтози та мальтотріози — основних цукрів у пиві.
Більшість пивних дріжджів несуть також генетичні варіації, що обмежують вироблення 4-вінілгваяколу, що надає пиву запаху гвоздикового дерева або диму, що викликає огиду у багатьох любителів цього напою. Винятком були дріжджі, які використовувалися в Німеччині для виробництва сортів пшеничного пива під назвою Хефевайцен (Hefeweizen), що зазвичай пахне гвоздичним деревом. Геноми цих штамів пивних дріжджів містять відрізки ДНК - у тому числі гени, що виробляють 4-вінілгваякол, - що походять, мабуть, від винних дріжджів. Верстрепен думає, що ці штами виникли, коли пивні дріжджі гібридизувалися з винними дріжджами, отримавши здатність виробляти пахне гвоздичним деревом речовина.
Секвенування дріжджовихгеномів може сприяти радикальним змінам у виробництві пива. У лабораторії Верстрепена розлучаються різні штами дріжджів і відбираються гібриди з необхідним набором генетичних варіацій. Дослідники створили гібридний штам з високою толерантністю до алкоголю, який не виробляє 4-вінілгваякол.
Хіттінгер представляє, що будуть випускатися пивні пляшки з етикетками, що інформують про ознаки пивних дріжджів, таких як вироблення 4-вінілгваяколу, яка визначається варіаціями генівPAD1іFDC1. «Це один із основних смаків, через який мені не подобаються деякі сорти пива. - Сказав він. — Я хотів би перевіряти походження пива, перш ніж купити його».
Дріжджі, мабуть, одні з найдавніших «домашніх організмів». Тисячі років люди використовували їх для ферментації та випікання. Для початку зброджування нового субстрату люди використовували рештки старого. У результаті різних господарствах століттями відбувалася селекція дріжджів, і сформувалися нові фізіологічні раси, які у природі, багато з яких навіть спочатку були описані як окремі види. Ці раси є продуктами людської діяльності, як сорти культурних рослин.