Objasnění původu ležákových kvasinek

Rod kvasinek Saccharomyces zahrnuje sedm přirozených druhů. O čtyřech z nich je známo, že se účastní průmyslových fermentačních procesů přinejmenším jako mezidruhoví hybridi. Jejich hlavním úkolem v těchto procesech je rozštěpit cukry a přeměnit je na alkohol.

Genetici vědí od 80.-tých let minulého století, že kvasinka používaná pivovarníky k výrobě ležáku (pivo kvašené v chladných sklepích), Saccharomyces pastorianus, je hybridem dvou druhů kvasinek: S. cerevisiae používané k výrobě anglických svrchně kvašených piv (ale), vína a chleba a nějakého dalšího neidentifikovaného organismu. Avšak teprve před několika lety vědci identifikovali kvasinku, která se zkombinovala s domestikovanou kvasinkou Starého světa používanou po tisíciletí při výrobě anglického svrchně kvašeného piva a vytvořila hybrida, který produkuje ležák.

Tajemství kvasinky adaptované k chladu, která se spojila se vzdáleným příbuzným a vytvořila pěnící ležákový hybrid vydrželo téměř 500 let a je symbolem biologické černé skříňky, která byla hnací silou velké části průmyslové fermentace dokonce v době, kdy fermentace tvořila základy produkce všeho od sójové omáčky po biopaliva.

Vědci se pokusili identifikovat chybějící souvislosti okolo ležáku prohledáváním kolekcí divokých kvasinek z Evropy, ale znovu a znovu byli uvedeni do rozpaků. Měli několik kandidátů, ale žádný nepasoval dobře.

A tak začali odebírat vzorky systematičtěji. Na pěti kontinentech odebírali půdu, kůru a mízu stromů a útvary nazývané hálky ze stromů. V Patagonii v hálkách vyvolaných napadením stromů pabuku (Nothofagus) houbou Cyttaria hariotii nalezli kvasinku S. eubayanus. Hálky byly mimořádně bohaté na cukr, na kterém se kvasinky rády usídlují a konzumují ho. Patagonské kvasinky vyráběly z hálek zkvašený nápoj, což byl konečný důkaz, že jsou vědci na správné stopě.

Pro lepší pochopení složité retikulární evoluce (síťovitá evoluce - zahrnuje mezidruhové hybridizace, příměsi, introgrese, vnitrodruhové rekombinace a horizontální přenos genů) a domestikace hybridů nesoucích alely S. eubayanus provedl tým vedený profesorem genetiky Chrisem Hittingerem z University of Wisconsin v Madisonu analýzu sekvence 10 (9 jaderných a jednoho mitochondriálního) genů kvasinek s použitím Bayesových faktorů konkordance a fylogenetických sítí a zjistil, že:

1. Genetická diverzita kmenů S. eubayanus je vyšší v Patagonii než mezi evropskými pivovarnickými izoláty, které jsou všechny mezidruhoví hybridi.

2. V Jižní Americe existují na stejném území dvě populace, ‘Patagonie’ a ‘Patagonie- ležák’.

3. K fylogenetické odlišnosti těchto populací mohlo dojít v důsledku příměsi a hybridizace.

4. Zdá se, že severoamerické kmeny S. eubayanus jsou blízce příbuzné a pocházejí z příměsi kmenů ‘Patagonie’ a ‘Patagonie-ležák’.

5. Sekvence genu COX2 by mohla dokazovat předchozí hybridizaci mezi S. eubayanus a S. uvarum.

I přes své rozšíření v Patagonii, nová studie poskytuje důkazy o tom, že S. eubayanus už nejsou výlučně v Jižní Americe. Vědci objevili, kvasinky s genetickým puncem patagonských kmenů, také na jediné lokalitě v Severní Americe: Indian Mound Park blízko Sheboygan ve státě Wisconsin. Je to poprvé, kdy byl tento mikrob nalezen v přírodě v Severní Americe nebo vlastně mimo Patagonii. Kvasinka nalezená se vyskytuje pouze ve velmi nízké četnosti a pravděpodobně byla náhodně introdukována pouze jako předchůdce, který si našel svou cestu do Evropy a odstartoval výrobu za studena kvašeného ležáku před stovkami let. Za dopravení tohoto mikroba do Wisconsinu jsou pravděpodobně zodpovědní milovníci lyžování nebo migrující ptáci. Dobře ustavené geneticky rozmanité populace posílají migranty po světě. Obyčejně nejsou úspěšní, občas avšak jsou.

Zkoumáním přirozeného prostředí kvasinek a hledáním, kde jinde na světě se objevily, mohou vědci odhalit tajemství genetiky a hybridizace kvasinek s obrovským ekonomickým významem. Význam studia diverzity kvasinek spočívá v tom, že se můžeme dostat ke genům nebo kmenům, které mohou být využity v konkrétním průmyslovém procesu.

Autor: Dr. Ing. Jaroslav Salava, VÚRV, v.v.i.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použitá literatura:

Martini, A. and Kurtzman, C.P. (1985): Deoxyribonucleic Acid relatedness among species of the genus Saccharomyces Sensu Stricto. Int. J. Syst. Bact., 35: 508-511.

Libkind, D., Hittinger, C.T., Valério, E., Gonçalves, C., Dover, J., Johnston, M., Gonçalves, P. and Sampaio, J.P. (2011): Microbe domestication and the identification of the wild genetic stock of lager-brewing yeast. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 108: 14539-14544.

http://hittinger.genetics.wisc.edu/Outreach/YEAST/index.html

Peris, D., Belloch, C., Lopandic, K., Álvarez-Pérez, J.M., Querol, A. and Barrio E. (2012): The molecular characterization of new types of S. cerevisiae x S. kudriavzevii hybrid yeasts unveils a high genetic diversity. Yeast, 29: 81-91.

Peris D., Sylvester K., Libkind D., Gonçalves P., Sampaio J.P., Alexander W.G. and Hittinger C.T. (2014): Population structure and reticulate evolution of Saccharomyces eubayanus and its lager-brewing hybrids. Molecular Ecology, 23: 2031-2045.