Megjegyzések háziasított élesztőből

Megjegyzések háziasított élesztőből

Natalia Reznik
"Kémia és élet" №12, 2016

Lehetséges-e háziasítani olyan teremtményt, akinek létezését még csak gyanakodni sem? Kiderült, hogy tudsz. Pontosan ez történt az élesztővel. Saccharomyces cerevisiae. Az emberek kezdték fejleszteni képességüket, hogy a cukrot alkohollá és aromás vegyületekká alakítsák néhány évszázaddal a mikroorganizmusok felfedezése előtt, bár jóval később, mint az első sör. És ezt a folyamatot joggal hívják háziasításnak.

Domesticization vagy házi lefoglalás?

Az állatok és a termesztett növények háziasításának folyamatát részletesen ismertetjük, a termékek előállításában résztvevő mikroorganizmusokkal való emberi kölcsönhatás története szinte ismeretlen. Az alkohol, a sör és a kenyér előállításához használt élesztőtörzsek eltérnek a laboratóriumi és a vadon élő társaiktól, valamint egymástól. Ezek a különbségek azonban nemcsak az ember számára értékes tulajdonságok célzott kiválasztása során merülhetnek fel, hanem az élesztő földrajzi elkülönítésének és az egyes területek korlátozott sokféleségének eredményeképpen is. Ha a belga élesztő, ha egyszer egy sörgyárra bukkan, soha nem hagyja el, akkor idővel elkerülhetetlenül más lesz, mint mondjuk brit.Tehát miért fizetik az ipari élesztők jellemzőiket? Sajnos az ókori sörfőzdék és pékesek nem hagytak feljegyzéseket, de elolvashatják az élesztő genomot, és jobbat néhányat.

A háziasítás egy irányított kiválasztás az egyén igényeihez és az élet bizonyos körülményeihez való alkalmazkodáshoz, gyakran nagyon messze a természetesektől. Bármely irányban (hozam, szőrszín, testméret) ez a kiválasztás megy, mindig jellemző változásokhoz vezet, jól ismert számos háziasított állatok és növények példáiban. Erős jeleik vannak, amelyek hasznosak az emberek számára, de tulajdonosuk nem szükséges (mindenesetre nem ilyen mértékben). Sértették a szexuális többszörözést. Ezek a jelek lehetővé teszik az ember által teremtett környezetben való létezést, de természetes körülmények között a háziasított fajok a legjobb esetben kényelmetlenül érezhetik magukat.

A háziasítás jellegzetes jeleket hagy a genomban: a DNS egyes részeinek megduplázódnak, míg mások elvesztek, megváltozik a gének, és néha egész kromoszómák példányszámát is. Más szavakkal, a genom romlik. Ha a háziasított fajokra jellemző genotípusos és fenotípusos jellemzőket is megtaláljuk az ipari élesztőtörzsekben, akkor ez bizonyítékul szolgál majd a háziasításra.

Élesztőfa

Ezt a tanulmányt Kevin Verstrepin, a Leuven Katolikus Egyetem professzora és Stephen Mare a Ghent Egyetemen irányította Belgium és az Egyesült Államok tudósai (sejt, 2016, 166, 1397-1410, doi: 10.1016 / j.cell.2016.08.020). 157 élesztő törzs genomjait szekvenálták és leírták. S. cerevisiaeamelyek tésztát, borokat, sört, alkoholt, kedvességet és bioetanolt állítanak elő, és összehasonlítják őket a különböző kontinenseken gyűjtött vad és laboratóriumi törzsekkel. Az élesztő a diploid és haploid állapotban létezhet; A kutatók diploidokkal dolgoztak a genom összes szerkezeti tulajdonságának értékelésére.

A genomelemzés kimutatta, hogy az ipari élesztők genetikailag különböznek a vadon élő hozzátartozóktól, és néhány olyan ősi törzsből alakultak ki, amelyek az ember által létrehozott környezethez igazodtak. A kutatók összeállították az ipari élesztők filogenetikai fáját, amely öt kincsre oszlik (1. (A biológusok gyűjteménye olyan szervezetek csoportja, amely közös ősöket és valamennyi közvetlen leszármazottainkat tartalmaz.) Ezek közé tartozik az ázsiai törzsek kedvéért, a másik főleg a borélesztőt. Van egy vegyes kincsamely összekapcsolja az összes sütőtörzseket és néhány sörfőzdéket, főként az erős belga aleseket. Két nagy sörélesztő csoport is létezik, a "Beer 1" és a "Beer 2".

Ábra. 1. Élesztő iparosítása

Az alkohol törzsek nem alkotnak különleges csoportot, és szétszóródnak az egész fán. Nyilvánvalóan a kiválasztás eredményeképpen jöttek létre, amelyek során különböző cukorgyárak értékesítették az élesztőt az alkohol termelésére. Ezenkívül az alkoholos élesztőt, a sörrel vagy sütéssel ellentétben, nem használják fel újra, így kevésbé volt alkalmuk különleges csoportot alkotni.

Az ipari törzsek sokfélesége részben a földrajzi különbségeknek köszönhető. A legtöbb élesztő szerelem Ázsiából származik, egy közös őse van, és kapcsolódnak a vad és bio-etanol törzsek Kínából. És az észak-amerikai élesztő az etanol termeléséhez kapcsolódik azokhoz, amelyeket Brazíliában használnak cukornád-alkohol előállítására. A "Beer 1" clade három alcsoportba tartozik: a kontinentális Európa (Belgium és Németország), Nagy-Britannia és az Egyesült Államok törzsei. Észak-Amerika sörtélesztője, ellentétben a bio-etanollal,egyértelműen a brit törzsekből származik, és nem a helyiekből. Klada "Beer 1" hamarosan elválik más csoportoktól és önállóan fejlődött. A "Beer 2" clade megjelent később, és hozzá tartozik a bor élesztőhöz, ez magában foglalja az ötödét az összes bor törzsek. Belgiumból, az Egyesült Királyságból, az Egyesült Államokból, Németországból és Kelet-Európából származó élesztőket hoz össze, de nincs benne egyértelmű földrajzi megosztottság. A két nagy, genetikailag különböző sörélesztő-forrás jelenléte arra utal, hogy háziasításuk kétszer és egymástól függetlenül történt Európában, és az egyik ilyen esemény mind bor-, mind sörélesztőt eredményezett (Beer 2).

Minden sörfőzde esetében ugyanazt a törzset általában különböző sörök előállítására használják, így a sörkínálatokon belül további zúzás nem történt. Kivétel az élesztő több helyi sör gyártásához, mint például a belga állomás és a brit stout.

Sör – otthon, bor – utca

Az élesztő fenotípus jellegzetességeinek értékelésénél a kutatók a háziasítás kétségtelen hatását találhatják. Ez leginkább a sörfajtákban mutatkozott meg, ami a sör specifikusságának köszönhető.

A sört egész évben főzik, és a régi sörtörzseket élesztővel nem dobják el, hanem egy új tételt erjesztenek. Így a sörélesztő hosszú ideig és megszakítás nélkül stabil és tápláló környezetben volt. A tudósok becslése szerint legalább 75 ezer élesztőgeneráció telt el a kiválasztás kezdete óta. Mivel új körülmények között jelent meg, a sörélesztő, mint fölösleges, elvesztette a túléléshez szükséges sok jelet egy kemény természeti környezetben. Először is, a sörfajták jelentős része teljesen elbúcsúzott a szexuális reprodukciótól.

Természetes körülmények között S. cerevisiae nem szexuálisan és szexuálisan is szaporodnak. A kedvező környezetben azok bimbózódnak: a cikk elején lévő alakban a bimbózó lánykamrák kerek hegek maradnak. Feszült helyzetben (hidegben, éhségben vagy nedvesség hiányában) az élesztő a szexuális reprodukcióra vált, és spórákat képez, amelyek lehetővé teszik, hogy túlélje a nehéz időszakot. A sörgyárban, ahol az élesztő mindig üzleti kapcsolatban van, nagyon jól viselkedik szexuális többszörözés nélkül, a Sör 1 fajainak több mint fele csak a rügy, a többi gyakran nem életképes.Ez a tulajdonság más ipari kincsekben ritka (legfeljebb 21%), és egyáltalán nem található vadon élesztőben.

Az alkohol és a bor törzsek nem engedhetik meg maguknak, hogy felhagyjanak a szexuális reprodukcióval. A borászok csak a huszadik század kezdetétől kezdve használták a tiszta élesztőkultúrákat, ezt megelőzően már évezredek óta természetes élesztővel kezelik őket. A bor-élesztő csak a borban nő, és a borszezon rövid. Az év jelentős részét a rovarok szőlőjében és belsejében töltik. Ezekben az éhes időszakokban a bor élesztő alig rügyek, de szexuális úton szaporíthatja, sőt vadon élesztővel is összeolvadhat. Ráadásul a szomszédos szőlőben a bor élesztőnek csak egy kis része újra beleesik a szőlőmagba, míg a sörgyártás ezer milliárd sejtet nyit meg. Nem, ez a fajta élet nyilvánvalóan nem teszi lehetővé számunkra, hogy korlátozzuk magunkat a bimbózáshoz. Ennek eredményeként az embernek a borélesztésre gyakorolt ​​hatása sokkal kevésbé hangsúlyos, mint a sörre. A szexuális szaporodás és a vadon élő fajok közötti keresztezés miatt, valamint az antropogén bor környezetben való rövid tartózkodás miatt sokkal lassabban fejlődnek, mint a sör.

Alkoholok, cukrok és szegfűszeg íz

Az emberek nem gondoltak arra, hogy az élesztő spórákat képez-e. Ahhoz, hogy gyorsan fejlődjenek – ez fontos. (A bimbózódás természetesen gyorsabb, mint a szex.) És az emberek is szeretnének egy ízletes, jól emészthető, hosszú ideig tárolt és nyugtató terméket kapni az etanol jelenléte miatt. Először is, az élesztőnek etil-alkohol szintetizálására van szüksége, és a kiválasztás eredményeképpen megtanulják, hogyan készítsék el nagy mennyiségben és meglehetősen koncentrált alkoholos oldatban létezzenek. A sörtörzsek 7,5-10 térfogat% etanolt termelnek, és az erősebb italok – kedvéért, alkoholhoz, borhoz és különösen bioetanolhoz használt élesztő 14,5% -os oldatot eredményez. Természetben nincs ilyen körülmény, és ezek a tulajdonságok nem feltétlenül szükségesek.

Ábra. 2. A sörélesztőnek aktívan kell lebontania a maltotriózt, és nem kell szintetizálnia a 4-vinil guaiacolot

Alkohol keletkezik a cukrok lebomlásának eredményeként, és az élesztőnek aktívan meg kell emésztenie őket. A sörfajtákat egyértelműen a maltotrióz intenzív hasadására választották ki, amely a sörsavó egyik fő cukora (2. Ez a képesség a MAL11 gén specifikus AGT1 allélétől függ, amely csak a "Sör 1" élesztőben és néhány kevert clade törzsben van jelen. A bor élesztőben a MAL11 gén, sőt a MAL1 lokusz teljesen hiányzik.

Az alkohol mellett az élesztő szintetizálja a különböző anyagokat, amelyek kellemes illatot és ízt adnak a termékeknek. De egyes ízek, még a leginkább kellemesek is, nem mindig megfelelőek. Az egyik aromás anyag, a 4-vinil-guaiacol (4-VG), a szegfűszagok és ez a szag nem kívánatos a sör és a bor legtöbb típusának kedvéért. A 4-VG szintézisét két gén szabályozza: a PAD1 fenil-akrilsav dekarboxiláz és az FDC1 ferulinsav dekarboxiláz. Mindkettő egymás mellett helyezkedik el az IV kromoszómában, és segít megvédeni a toxikus fenil-akrilsavat, amelyet a növényi sejtek falaiban találunk. Tehát természetes körülmények között ezeknek a géneknek az aktivitása létfontosságú, de a legtöbb ipari törzs, különösen a sör és a kedvéért, elvesztette a 4-VG szintézisének képességét. A kutatók olyan genetikai mutációkat találtak, amelyek megsértik a PAD1 és az FDC1 funkcióit. Ezenkívül a különböző alvonalak különböző mutációkat hordoznak, amelyek függetlenül jelennek meg a 4-VG szintézisével szemben. A genom analízis kimutatta, hogy mindkét gén mutációja nagyon korai, az eltérés kezdetén történt S. cerevisiae és a kapcsolódó fajok S. paradoxus egy közös őstől. A pék és a bioetanol élesztő a PAD1 és FDC1 géneket sértetlenül tartotta: ezeken az iparágakban a 4-SH nem akadályozza.A 4-VG szaga eltűnik a sütési folyamatban, és a bioetanol nem belső használatra készült, és a szegfűszag aromája nem zavarja senkit.

Néhány sör szerelmesei értékelik a fűszeres ízeket. A szűretlen búza sör Hefeweizen tradicionálisan szaga van, mint a szegfűszeg és jelentős mennyiségű 4-VG-t tartalmaz. A Hefeweizen élesztő szerepel a "Beer 1" clade-ben, de mozaikok, ennek a törzsnek a genomja a három szubkladernek, főként belga-német képviselők töredékéből áll össze. A genom egy kis részét a bor-élesztőből kapták, de ez a rész tartalmazza a PAD1 és FDC1 funkcionális géneket. A tudósok úgy vélik, hogy a Hefeweizen-élesztő a különböző sör- és borfajták közötti kereszt keresztezésének eredménye – hibridnek bizonyult, amely ötvözi a sörélesztőre jellemző ferro-maltotrióz és 4-VG szintézis géneket.

Az ipari törzsek genomjain a tudósok felfedezték a háziasított állatokra jellemző rendellenességeket: a poliploidia és a kromoszómák hiánya, átrendeződések, deléciók és sokszorosítások, a gének példányszámának változása. Például sok maltotrióz feldolgozásában részt vevő gént erősítenek a sörben és élesztőben, de gyakran elveszik a borban.Mindazonáltal a szén és nitrogén alapvető metabolizmusáért, az ionátadásért és a flokkulációért felelős gének példányszámát (az erjesztés végén az élesztőnek a csomókba való összegyűjtése és a tartály fenekéhez való rendezése, ahol az erjedés megtörtént) maradt.

Domestication felfedezés előtt

Tehát az élesztő rendelkezik egy háziasított szervezet különös sajátosságaival: feldagadott genom, gazdaságilag értékes tulajdonságok, az emberi élethez való alkalmazkodás az antropogén környezetben és a szexuális reprodukció elvesztése (1. Sokféleségüket és jellegzetességeiket inkább a háziasítás, mint a földrajzi elszigeteltség okozza. A kérdés az, hogy mikor történt ez a háziasítás.

Az emberek már háromezer évvel ezelőtt forralták a sört. Bort és sült kenyeret készítettek, természetes élesztő, régi savanyúság vagy söriszap fermentálás céljából, de nem tudtak élesztő létezéséről. 1680-ban Anthony van Leeuwenhoek végül észlelte és vázolta az élesztőt. 1837-ben a francia tudós, Kanyar de la Tour látta őket, és rájött, hogy ők hozták létre az élő szervezeteket és a sört. Hipotézise csak 1857-ben erősödött meg, amikor Louis Pasteur bizonyította az alkoholos erjedés mikrobiológiai jellegét.Ezt megelőzően a fermentációt kémiai reakciónak tekintették. 1881-ben a dán mikrobiológus, Emil Hansen, a Karlsberg cég alkalmazottja először nyerte el a sörélesztő tiszta kultúráját, amely lehetővé tette az ital minőségének észrevehető javítását. Ezt a kultúrát nevezték Saccharomyces carlsbergensis. Csak a sörfőzdék, a borászok és a pékok tudták, hogy mit kezelnek, és képesek voltak tudatos kiválasztásra. A genom elemzése azonban azt mutatta, hogy az élesztő háziasítása jóval korábban kezdődött (lásd 1. ábra).

A kutatók figyelembe vették, hogy az amerikai sörfajták a britekből származtak, és a brit kolonizálók Amerikában megjelentek a XVII. Század elején. A sörélesztő csak a bimbózással szorozódik, és hetente háromszor oszlik meg, ezért évente mintegy 150 generáció helyettesítik. Miután kiszámították a mutációk gyakoriságát, a tudósok megállapították, hogy a "Piva 1" szubkladák közötti eltérés 1573-1604 körül következett be. Érdekes módon ugyanabban az évben a házi sörfőzés fokozatosan felváltotta a centralizált sörfőzést. A sör kezdett kocsmákban, kolostorokban, majd a nagy sörfőzdékben. Ott a sört alkalmanként, de folyamatosan nem főzték otthon. Ezenkívül a szakmai sörfőzőknek különös figyelmet kellett fordítaniuk termékeik minőségére. Mindez teremtette a kiválasztást, mégis eszméletlen, azaz élesztő háziasítását.Az izoláció kiemelkedő szerepet játszott a háziasításban – élesztő vonalak jelentek meg, amelyek folyamatosan nőttek az ember által előállított környezetben, kapcsolatba kerültek a külvilággal. A "Sör 2" alfejezet később, 1645-1671-ben alakult, de még jóval a Pasteur és Hansen munkája előtt.

Nehéz kiszámolni, hogy hány különböző törzset és milyen környezetben háziasították, az ipari élesztők korlátozott számú kincsei és a vadon élő rokonoktól való világos megkülönböztetés azt sugallja, hogy a modern ipari élesztők kis számú ősi törzsből vagy szorosan kapcsolódó csoportjaikból származnak.

Most, amikor az emberek nem csak az élesztő létezéséről, hanem a különböző génjeik működéséről és a különböző törzsek genomjainak jellemzőiről is tudnak, a szakemberek lehetőséget kapnak arra, hogy a "nyitott szemmel" folytassák a kiválasztást, és új soha nem látott ipari élesztőt kapjanak.


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: