Сегодня лагер холодного заваривания является самым потребляемым алкогольным напитком в мире, его годовой объем продаж превышает 250 миллиардов долларов.Первые лагеры зависели от случайного скрещивания видов Saccharomyces, столь же эволюционно разнообразных, как люди и куры. Однако в результате был получен продукт огромной экономической ценности, демонстрирующий скрытый потенциал межвидовых гибридов дрожжей. В природе вероятность подобного события гибридизации, по консервативным оценкам, составляет один на миллиард.
Теперь, благодаря новому методу создания межвидовых гибридов дрожжей в лаборатории, производители пива, вина, биотоплива и других продуктов, которые зависят от дрожжей, вскоре могут иметь гораздо больше штаммов микроорганизмов, с которыми можно будет работать.«Мы можем получить гибриды со скоростью одна клетка на тысячу», — отмечает Уильям Александер, научный сотрудник Университета Висконсин-Мэдисон и ведущий автор статьи, описывающей новый метод, в специальном выпуске журнала Fungal Genetics по синтетической биологии. и биология. «Это намного эффективнее, чем природа».Существуют сотни известных видов дрожжей, и они занимают почти все экологические ниши, которые только можно вообразить во всем мире. Они необходимы для процесса ферментации, когда микробы превращают сахар в спирт и углекислый газ.
Дрожжи широко используются не только для приготовления пива, вина и хлеба, но также для изготовления сидра, виски, сыра, йогурта, соевого соуса и множества других ферментированных продуктов и напитков. В промышленности дрожжи используются для производства биотоплива и ферментов, ароматизаторов, пигментов и даже лекарств, таких как человеческий инсулин.
Способность быстро и эффективно производить новые межвидовые гибриды дрожжей означает, что в отраслях, зависящих от дрожжей, будет гораздо больше организмов, с которыми можно будет экспериментировать, чтобы создавать новые вкусы, улучшать производство и производить совершенно новые продукты, — объясняет Крис Тодд Хиттингер, профессор кафедры университета штата Мэриленд в Мэдисоне. генетика и старший автор нового исследования.Например, счастливый брак Saccharomyces cerevisiae и его дальнего родственника Saccharomyces eubayanus, вида, который в природе обитает в галлах деревьев, позволил ферментацию при низких температурах, сделавшую возможным лагерное пиво.Новый метод гибридизации дрожжей использует плазмиды, круги ДНК, которые могут быть встроены в организм для придания генетического качества.
В лаборатории плазмиды обычно используются для манипулирования генами в клетках. Гены в плазмидах облегчают гибридизацию дрожжей за счет экспрессии встречающегося в природе дрожжевого белка, который позволяет двум различным видам дрожжей спариваться.
«Преимущества этого метода — скорость, эффективность и точность», — говорит Хиттингер, мировой авторитет в области генетики дрожжей и один из первооткрывателей диких патагонских дрожжей, которые сформировали гибрид лагерного пива. «В течение недели вы можете создать большое количество гибридов любых двух видов, которые захотите, создавая формы, которых раньше не видели».Новое исследование описывает четыре новых гибрида, один из которых был получен с использованием штамма Saccharomyces eubayanus, обнаруженного недалеко от Шебойгана, Висконсин, после того, как Хиттингер и его коллеги впервые обнаружили родительские лагерные дрожжи в альпийских регионах Патагонии. Новый гибрид проходит испытания по новому рецепту пива в Департаменте пищевой науки UW-Madison.
Новый метод может также помочь промышленности преодолеть творческое узкое место, поскольку многие промышленные штаммы дрожжей стерильны и не способны производить споры.«Например, если у вас есть любимый штамм эля, вы легко сможете гибридизировать его с диким штаммом, используя этот метод», — говорит Хиттингер. «Есть большой потенциал для новых вкусов и комбинаций».Наконец, плазмиды, используемые для облегчения процесса гибридизации, могут быть удалены из новых гибридных дрожжей, оставляя геномы двух слитых организмов неизменными.
Помимо Александра и Хиттингера, авторами нового исследования являются Дэвид Перис, Брэндон Т. Пфанненштиль, Дана А. Опуленте и Мейхуа Куанг, все из UW-Madison. Новое исследование было поддержано грантами Национального научного фонда и Министерства энергетики через Центр биоэнергетических исследований Великих озер.