La cerveza lager es fría, crujiente, seca, y vale aproximadamente medio billón de dólares en todo el mundo.
Detrás de la bebida alcohólica más popular del mundo hay una levadura adaptada al frío y hambrienta por los azúcares que se transformará en burbujas y alcohol.
Que la levadura es un híbrido, una amalgama de la levadura de panadería domesticada Saccharomyces cerevisiae y una especie salvaje descubierta recientemente Saccharomyces eubayanus . Hace cientos de años, las dos especies combinaron sus fuerzas en una cepa de fermentación en frío que produce fácilmente el sabor crujiente y ligero que dominó el mercado de la cerveza en los siglos que siguieron.
En un par de artículos nuevos, el profesor de genética de la Universidad de Wisconsin-Madison, Chris Todd Hittinger, su estudiante graduada EmilyClare Baker y otros muestran cómo la levadura lager moderna adoptó los rasgos fríos y hambrientos de azúcar esenciales para su éxito.
en un artículo, que se publicará el 1 de febrero Avances científicos , el equipo demuestra que cuando los amantes del frío S. eubayanus donó sus mitocondrias, la porción generadora de energía de la célula, al nuevo híbrido, confirió tolerancia al frío a la cepa. Hoy, todas las cepas industriales de cerveza retienen la S. eubayanus mitocondrias y fermentación a temperaturas frías.
En un segundo artículo, Baker y Hittinger investigaron la capacidad de S. eubayanus para fermentar todos los azúcares en el mosto, el extracto de malta de cebada que fermenta en cerveza. La mayoría de las cepas de S. eubayanus no puede fermentar la maltotriosa, el segundo azúcar más común en el mosto. Pero los investigadores pudieron desarrollar una nueva proteína capaz de transportar la maltotriosa a la célula, revelando un camino potencial hacia una fermentación más agresiva de todos los azúcares disponibles, una claverasgo en la producción de una cerveza seca y crujiente. El artículo fue publicado en el servidor de preimpresión bioRxiv antes de su publicación en la revista PLOS Genetics.
La nueva investigación es la primera en identificar los fundamentos genéticos de cómo evolucionaron dos de las características más definitorias de la producción de cerveza: la tolerancia al frío y la fermentación completa S. eubayanus y su descendencia híbrida. Hittinger y Baker han solicitado patentes basadas en su trabajo, lo que podría brindar nuevas oportunidades para alterar tanto el rango de temperatura como la capacidad de metabolización del azúcar de las cepas industriales de cerveza.
En 2011, Hittinger fue parte del equipo que primero aisló S. eubayanus en la naturaleza de los bosques en la Patagonia. Desde entonces, su laboratorio ha trabajado para descubrir cómo S. eubayanus combinado con la levadura de pan y cerveza S. cerevisiae hace unos 500 años para poner en marcha la gigantesca industria de la cerveza lager. Sus socios en la industria cervecera y el departamento de ciencias de la alimentación de UW-Madison les ayudaron a concentrarse en investigar el origen de dos rasgos clave: el crecimiento en frío y la agitación a través de todos losazúcar en el mosto
Una pista para la preferencia por el frío de la levadura lager proviene de una lista de estudios recientes que muestran que la tolerancia a la temperatura en una amplia gama de especies podría estar vinculada, al menos parcialmente, a las mitocondrias. Estos componentes celulares generan la mayor parte de la energía de la que dependen las célulasy tienen su propio genoma, aunque sea pequeño con solo un puñado de genes.
Baker y Hittinger habían demostrado previamente que la levadura lager heredó sus mitocondrias S. eubayanus . Para ver si estas mitocondrias ayudaron a la levadura lager a prosperar a bajas temperaturas, Baker la trató S. eubayanus o S. cerevisiae cepas con una sustancia química que descompone el ADN mitocondrial de la levadura.
"Algunas levaduras pueden prescindir de su genoma mitocondrial", dice Baker, ahora investigador postdoctoral en la Universidad de Oregón. "Como resultado, puede obtener esta cepa de pizarra en blanco sin un genoma mitocondrial y usarla para cruces."
Al hacer cruces entre las dos especies de levadura con o sin sus mitocondrias intactas, Baker produjo dos conjuntos de híbridos: uno tenía mitocondrias de S. cerevisiae , el otro de S. eubayanus . Aparte del origen de sus mitocondrias, los híbridos eran idénticos.
Cuando Baker probó el crecimiento de estos híbridos a diferentes temperaturas, las diferencias fueron inmediatamente aparentes. La levadura con S. eubayanus las mitocondrias toleran el frío pero se marchitan en el calor; se deforman con S. cerevisiae las mitocondrias no podían soportar el frío.
"A las temperaturas más extremas, es básicamente la diferencia entre crecer y no crecer", dice Hittinger, quien también es miembro del Centro de Investigación de Bioenergía de los Grandes Lagos, respaldado por el Departamento de Energía, con sede en UW-Madison.
"Por primera vez podemos rehacer cepas de cerveza personalizadas que tienen la S. cerevisiae genoma mitocondrial. Y cuando haces eso obtienes preferencias de temperatura cambiadas ", dice Hittinger." Esta es una nueva categoría de cepas cerveceras que en este momento no está en el arsenal de nadie. Y creemos que podría tener propiedades novedosas en la cervezaproducción."
La levadura lager amante del frío tarda mucho tiempo en fermentarse y requiere refrigeración, lo que hace que la producción de cerveza sea más costosa que las cervezas cerveceras. Hittinger y Baker creen que cambiar la producción de cerveza lager a temperaturas ligeramente más cálidas con mitocondrias personalizadas podría producir grandes ahorros de costos, yasiempre que se conserve el sabor distintivo de la cerveza.
Pero algunos cerveceros buscan ir más allá de la cerveza tradicional. Desde entonces S. eubayanus fue descubierto en 2011, los cerveceros han intentado elaborar cerveza con la levadura salvaje con la esperanza de crear un nuevo mercado. Heineken ha lanzado una edición limitada S. eubayanus la cerveza y la Wisconsin Brewing Company en Verona, Wisconsin, están tratando de hacer lo mismo en asociación con el laboratorio Hittinger.
Sin embargo S. eubayanus no puede fermentar todo el azúcar en el mosto. La mayoría de las cepas de la levadura carecen de la capacidad de transportar la maltotriosa de azúcar a la célula para digerirla. Debido a que la maltotriosa es el segundo azúcar más común en el mosto. S. eubayanus puede resultar en una cerveza demasiado dulce.
Entonces Baker y Hittinger intentaron desarrollar un mejor uso de la maltotriosa en S. eubayanus cepas. Durante varios meses, los investigadores crecieron S. eubayanus con abundante maltotriosa y una pizca de otros azúcares digeribles, lo suficiente para permitir que la levadura se reproduzca lentamente. Luego buscaron cualquier levadura que obtuviera la capacidad de transportar y fermentar la maltotriosa.
Más de 2,000 generaciones después, encontraron una sola cepa que podía crecer en el azúcar. Cuando observaron el genoma de la levadura, encontraron un nuevo gen. La levadura había combinado trozos de dos genes capaces de transportar maltosa: un azúcarrelacionado con la maltotriosa pero más pequeño y más fácil de transportar.
"Y eso fue particularmente interesante porque ninguno de estos genes fue capaz de transportar la maltotriosa por sí mismos, pero este nuevo gen quimérico sí", dice Baker.
Al reconfigurar los genes existentes, la cepa de levadura pudo evolucionar rápidamente un nuevo rasgo sin tener que acumular muchas mutaciones lentas y aleatorias.
"Esperamos que esto proporcione una forma de reducir el contenido de azúcar en el producto final", dice Hittinger. "Se hará puro S. eubayanus cervezas menos empalagosas y más secas, más como una lager convencional, pero aún conservarán parte del carácter salvaje que espera de esta cepa salvaje y tolerante al frío ".
la oficina de Hittinger cuenta con botellas vacías de Heineken S. eubayanus cervezas y espera ver más cervezas silvestres disponibles. Su grupo ahora está trabajando con cerveceros para probar las nuevas cepas de levadura en condiciones realistas.
"Esta es una historia de ciencia básica realmente interesante sobre cómo tomar las diferentes capacidades de dos especies que se separaron unas de otras hace millones de años, hibridarlas y obtener lo mejor de ambos mundos para eventualmente crear una industria multimillonaria", dice Hittinger.
Este trabajo fue apoyado por el Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura del USDA proyecto Hatch no. 1003258, la Fundación Nacional de Ciencias subvención no. DEB-1253634, el Centro de Investigación de Bioenergía del Departamento de Energía Great Lakes DOE BER Office ofCiencia; números DE-SC0018409 y DE-FC02-07ER64494 y los Institutos Nacionales de Salud subvención no. GM080669.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison . Original escrito por Eric Hamilton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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