Ewolucja piwa. To bardziej skomplikowane, niż nam się wydawało!

Aby uzyskać dobre piwo, potrzebne są nie tylko najlepsze składniki, ale i odpowiednie drożdże. W zależności od metody fermentacji, piwa dzielą się na górnej fermentacji (ale) oraz dolnej fermentacji (lagery).

Jako pierwsze przed około sześcioma tysiącami lat pojawiło się mezopotamskie piwo górnej fermentacji, warzone przez Sumerów. Podobnie jak w przypadku wina i chleba, powstawało dzięki drożdżom Saccharromyces cerevisiae, unoszącym się na powierzchni cieczy. Dopiero w XV wieku Bawarczycy odkryli alternatywna metodę - fermentację dolną. Zaobserwowali, że piwo przechowywane zimą w jaskiniach nadal fermentuje i powstaje napój lżejszy oraz łagodniejszy w smaku. Takie piwo nazwane zostało "lager" (od niemieckiego "lagern" - składować).

Lager stał się popularny w Niemczech i Czechach, a w wieku XIX i XX rozpowszechnił się na całym świecie.

Piwo dolnej fermentacji powstaje dzięki hybrydowym szczepom drożdży, mieszańcom dwóch gatunków - Saccharromyces cerevisiae i odkrytego dopiero w roku 2011 w Patagonii dzikiego szczepu drożdży - S. eubayanus. O pochodzenia różnych linii hybrydowych drożdży piwowarzy spierają się od dawna.

Nowe badania nad pochodzeniem drożdży odpowiedzialnych za dolną fermentację przeprowadził zespół University of Wisconsin-Madison. Posługując się nowymi metodami, badacze dokonali sekwencjonowania szczepu - Saccharomyces eubayanus. Porównali patagońskie drożdże do "udomowionych mieszańców", które są używane do warzenia piwa lager, po raz pierwszy badając kompletne genomy obu "rodzicielskich" gatunków drożdży.

Zastosowanie drożdży do produkcji piwa wielokrotnie kierowało te organizmy na podobne ścieżki ewolucyjne. Linie Saaz i Frohberg (nazwane od miejsca pochodzenia) powstały w wyniku co najmniej dwóch odrębnych hybrydyzacji pomiędzy dwoma niemal identycznymi szczepami S. eubayanus, a bardziej zróżnicowanymi szczepami S. cerevisiae.

"Drożdże typu lager nie powstały tylko raz. Ten nieprawdopodobny mariaż dwóch gatunków, równie odmiennych genetycznie od siebie co ludzie i ptaki, zdarzył się co najmniej dwukrotnie. Chociaż mieszańce były od siebie odmienne, proces udomawiania zmienił je w pewien przewidywalny sposób" - powiedział jeden ze współautorów publikacji, Chris Todd Hittinger z University of Wisconsin-Madison.
Analiza materiału genetycznego z mitochondriów, które dostarczają komórkom energii, wykazała, że w przypadku linii Frohberg większa część tego materiału pochodziła od drożdży S. eubayanus. Zarówno drożdże Saaz, jak i Frohberg zawierały DNA pochodzące od S. cerevisiae (w 99,57 proc. identyczne ze szczepem S288c) oraz S. eubayanus (w 99,55 proc identyczne z genomem FM1318).

Ponadto w związku z przystosowaniem do wytwarzania piwa, genom S. eubayanus uległ przyspieszonej ewolucji, dotyczącej na przykład niektórych genów zaangażowanych w procesy metaboliczne.

Zwłaszcza geny odpowiedzialne za metabolizm cukru i fermentację mogły zostać ukształtowane przez proces "udomowienia". Autorzy sugerują, że ewolucyjne zmiany dotyczyły w szczególnym stopniu ograniczenia działania białka Adrq, które aktywuje enzym - dehydrogenazę alkoholową. Gdyby dehydrogenaza pozostałą aktywna, drożdże raczej zużywałyby alkohol zamiast go wytwarzać.

Wyniki badań pozwoliły wyjaśnić pochodzenie głównych linii hybrydowych drożdży wykorzystywanych do warzenia piwa i mogą dostarczyć wskazówek dla dalszych prac nad metodą dolnej fermentacji.