Пивные мигранты: составлено генеалогическое древо дрожжей

Indicator.ru разобрался, как на вкус пива влияют дрожжи, чем эль похож на сакэ и почему немецкие напитки отличаются от английских. На эти вопросы удалось ответить благодаря новой родословной дрожжей, вызывающих брожение алкогольных напитков. «Генеалогическое древо» микроорганизмов ученые представили на страницах журнала Current Biology.

Пиво — напиток с долгой и интересной историей. Ранее стало известно, что пиво — один из старейших ферментированных напитков, корни которого уходят в 3-4 тысячелетия до нашей эры. В Европу напиток попал благодаря кельтам в первом веке нашей эры. Пиво получают благодаря брожению — метаболическому процессу без участия кислорода, в ходе которого органические вещества расщепляются под влиянием микроорганизмов, в данном случае — дрожжей.

Одомашненные разновидности дрожжей на сегодняшний день активно используются в производстве не только пива, но и вина и хлеба, а кроме пищевой промышленности дрожжи применяют для производства биотоплива. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Current Biology, оказалось, что родословная дрожжей, которые вызывают брожение пива, эля и других напитков, гораздо сложнее, чем было известно.

По способу брожения выделяются такие сорта пива, как лагер, который производят благодаря низовому брожению при температуре 4-9 градусов с использованием культурных пивоваренных дрожжей, и созданные путем верхового брожения при температуре от 15 до 25 градусов эли, стауты и другие разновидности пива. Для пива, полученного в результате верхового брожения используют дрожжи вида Saccharomyces Сerevisiae, они же пекарские дрожжи, для низового — Saccharomyces uvarum или Saccharomyces carlsbergensis.

Первоначально биологи ставили перед собой цель построить генеалогическое дерево для всех разновидностей дрожжей. Тогда же ученые выяснили, что окультуренные винные дрожжи произошли от диких грибков, которые встречаются у дубов. В новом исследовании геном пивных дрожжей изучали для того, чтобы отследить историю окультуривания штамма.

Анализ ДНК дрожжей показал, что микроскопические грибы, играющие существенную роль в производстве напитка, подразделяются на три подгруппы, представленные немецкими и английскими сортами пива, а также пшеничным пивом. Штаммы дрожжей, которые применяют для варки эля, более тесно связаны с плесневыми грибками, используемыми для сакэ — напитка из ферментированного сусла, приготовленного на основе риса и пропаренного рисового солода. Такие дрожжи также напоминают пекарские или винные.

«Поразительно, что генетическое разнообразие пивных дрожжей выше, чем у винных, — прокомментировал Хосе Пауло Сампайо, исследователь из Университета Нуэва де Лиссабон. — Еще больше нас удивило то, что пивные дрожжи образуют несколько различных групп, в то время как винные дрожжи из разных географических регионов, например Франции и Новой Зеландии, входят в одну группу и очень похожи между собой». Исследователи также рассматривали пекарские дрожжи и искали связь между одомашненными и дикими штаммами этих дрожжей.

Эволюцию дрожжей изучала также группа ученых из Левенского университета и Фландрийского института биотехнологий в Бельгии. «Вкус пива во многом зависит от дрожжей, — поясняет генетик Кевин Верштрепен. — Лучшие сорта пива на сегодняшний день доступны нам, потому что древние пивовары сообразили, что дрожжи можно и нужно разводить».

Команда бельгийских биоинформатиков во главе с биологом из Гентского университета Стивеном Мейером в сотрудничестве с учеными из WhiteLabs (калифорнийская компания, изучающая дрожжи и процессы ферментации) секвенировали геном 157 различных штаммов дрожжей, которые используют в пивоварении, виноделии, ректификации спирта, хлебопечении, производстве биоэтанола и в лабораториях. Они выяснили, что современные промышленные дрожжи с точки зрения генетики объединяются в пять групп. Как и португальские ученые, они выяснили, что эти группы подразделяются географически: штаммы бельгийского и немецкого пива являются родственными и существенно отличаются от дрожжей американского и английского сортов. Некоторые штаммы используются для приготовления только одного специфического сорта пива (например, нефильтрованного пшеничного пива «Хефевайцен»).

Исследователи проследили эволюцию культурных дрожжей вплоть до открытия Левенгуком микробов. «Пивовары додумались собирать дрожжевой остаток и использовать его для посева культуры дрожжей, после чего готовили следующую партию напитка. Они даже не догадывались о том, что содержится в этом осадке!» — рассказал Верштрепен. Иначе говоря, дрожжи эволюционировали в пивоварне.

Кроме того, ученые обнаружили ряд генетических моделей, связанных с процессом одомашнивания. Дикие дрожжи в условиях стресса или голода способны размножаться половым путем, тогда как культурные пивные дрожжи обладают генами только для бесполого размножения. Результаты исследования, опубликованного в журнале Cell, могут помочь ученым вывести новые усовершенствованные штаммы дрожжей.