Ароматическое соединение, называемое фенилэтилацетатом, придает оттенок розы или меда везде, где его можно найти - капельку духов, глоток вина, глоток пива. Микробиологи из Бельгии использовали генетическое картирование, чтобы впервые определить конкретные гены дрожжей, которые производят более высокий уровень этого аромата в алкогольных напитках. Новое открытие объединяет другие недавние работы, связывающие гены со вкусами в вине и пиве, и может быть использовано для выращивания дрожжей, которые производят новые вкусы.
«В некоторых винах аромат розы сильнее всего ощущается», - говорит микробиолог Йохан Тевелейн из Центра микробиологии VIB, института наук о жизни во Фландрии.«Но почему некоторые штаммы дрожжей производят больше этого соединения, чем другие штаммы, вообще не было известно». Тевелейн руководила исследованием вместе с Марией Р. Фулки-Морено, также из VIB. Их выводы опубликованы на этой неделе в mBio..
Дрожжи играют решающую роль в формировании вкуса пива: во время брожения они добавляют вкус и карбонизацию. В вине большая часть вкуса исходит от самого винограда, метаболизм дрожжей может изменить эти вкусы, добавив вторичные ароматы. Дрожжи также привносят свой вкус.
Исследователи использовали высокопроизводительный геномный анализ для изучения генов гибридного штамма Saccharomyces cerevisiae, или пивных дрожжей, полученного из двух родительских штаммов. В гибриде они идентифицировали четыре локуса количественных признаков (QTL) - полосы ДНК, которые содержат несколько генов, но только один причинный ген - которые были связаны с более высоким производством фенилэтилацетата. Дальнейшее исследование показало, что аллели двух генов, TOR1 и FAS2, ответственны за максимальное производство ароматического соединения.(FAS2 кодирует фермент, участвующий в производстве жирных кислот, а TOR1 помогает регулировать азот.)
Они использовали CRISPR/Cas9 для замены этих аллелей между родительскими штаммами и наблюдали, что производство фенилэтилацетата значительно увеличилось.
Улучшение промышленных штаммов дрожжей для получения желаемого вкуса в прошлом было сложной задачей, говорит Тевелейн. Биологи могут скрещивать штаммы, чтобы выбрать определенные гены - то есть определенные вкусы - но этот процесс требует много времени, дорог и может вызвать другие нежелательные изменения в дрожжах.
"Вы должны сделать две вещи", говорит Тевелейн. «Во-первых, улучшить характеристику дрожжей, которую вы хотите улучшить. Во-вторых, ничего не менять в дрожжах. На практике последнее оказывается намного сложнее, чем первое». Скрещенные дрожжи могут работать в лаборатории, но не на пивоварне. «Если брожение плохое, вам придется выбросить все пиво», - говорит Тевелейн.
По его словам, CRISPR/Cas9 предлагает более эффективный способ точно сконструировать нужные признаки у дрожжей, не затрагивая другие признаки. В последние годы микробиологи связали определенные гены со множеством ароматов, включая неролидол (древесный аромат), этилацетат (сладкий запах, как у лака для ногтей) и ароматизаторы серы. В своей работе в VIB Тевелейн и Фульки-Морено также идентифицировали гены, ответственные за вкус банана и масла.
CRISPR/Cas9 может добавлять желаемые гены и заменять нежелательные, как правило, без затрат времени, затрат и нежелательных побочных эффектов скрещивания штаммов. «С CRISPR мы никогда не оставляем шрамов», - говорит Фульки-Морено. По ее словам, поскольку сконструированные штаммы дрожжей имеют аллели, которые были заменены у других дрожжей, они должны быть неотличимы от штаммов, полученных в результате селекции или мутагенеза и отбора.
Исследователи сотрудничали с бельгийской пивоварней, чтобы оценить их экспериментальные штаммы с несколькими партиями пива, в надежде преодолеть самое сложное из всех: тест на вкус.