Учёные: понимание сигнальной системы дрожжей может улучшить качество пива. Повторное использование собранных после брожения дрожжей — обычная практика в пивоварении. Однако через несколько поколений качество дрожжей начинает снижаться. Процесс брожения нарушается, и появляются посторонние ароматы, портящие пиво.
Но почему так происходит? Пивовары и клеточные биологи ломают голову над этим вопросом. Очевидно, что нечто делает новые поколения дрожжей менее сбраживающими. Но как же быть?
У Бьянки Телини и её коллег из группы исследования пивоваренных дрожжей из Федерального университета Риу-Гранди-ду-Сул в Бразилии есть соображения на этот счёт. Ученые заявляют, что этанол сам по себе может быть причиной появления изменений, так как его высокие концентрации создают стресс для дрожжевых клеток, что влечет за собой изменения в молекулярных механизмах. Исследователи отмечают, что лучшее понимание этих процессов поможет повысить качество пива, и в выигрыше останутся все.
Клеточные биологи давно выяснили, что брожение замирает, как только повышается концентрация этанола. Именно по этой причине в процессе брожения невозможно добиться содержания этанола более 20%.
В достаточно высоких концентрациях этанол убивает дрожжи. При производстве пива концентрация этанола значительно ниже, поэтому спирт просто создает стресс для клеток, как и повышение температуры.
Одна из догадок гласит, что дрожжи несколько поколений спустя становятся менее эффективными потому, что в процессе брожения селекционируются штаммы более низкого качества, но устойчивые к воздействию этанола.
Загвоздка этой теории заключается в том, что фактические данные этого не подтверждают. В 2007 году ученые исследовали элевые дрожжи, повторно использовавшиеся на протяжении года. Однако спустя 98 поколений они не нашли никаких признаков генетических изменений. Дрожжи были генетически идентичны своим предкам.
Поэтому, если дрожжи не эволюционируют, причина нарушения брожения кроется в чем-то другом. Вопрос только в чём!
На протяжении тысячелетий у организмов развивались различные сложные биохимические механизмы, позволяющие справляться с агрессивным воздействием на них. К примеру, клетки растений (и других организмов) реагируют на повышение температуры так называемой реакцией теплового шока. Ученые принялись активнее изучать данную область в надежде на то, что удастся вывести культуры, способные успешно адаптироваться к более жаркой среде.
Они обнаружили, что реакция теплового шока заставляет клетки запускать механизм активации шаперонов, которые помогают справиться с воздействием высоких температур. Тепло имеет свойство изменять форму белков и, следовательно, воздействовать на их функции. Шапероны смягчают этот процесс, предотвращая или обращая вспять неправильную укладку белка.
Реакция на тепловой шок – сложный процесс, потому что клетки способны производить тысячи различных белков. Но в каждый момент времени выделяется только один подкласс этих белков, кроме того подклассы различаются внутри органеллы каждой клетки.
Поэтому поддержание функции этих белков – протеостаз — требует сложного сигнального механизма, который активизирует соответствующие гены в каждой органелле. Процесс переключения должен быть скоординирован во всей клетке, так как органеллы взаимозависимы.
Процесс взаимодействия и координации называется кросс-органелльным ответом (CORE) и ещё плохо изучен. Однако стоит заметить, что данная область клеточной биологии важна и продолжает развиваться: биологи начинают понимать, что кросс-органелльный ответ играет решающую роль не только в реакции на тепловой шок, но и в метаболизме в целом, и даже в таких процессах, как старение.
Ключевая идея, которую рассматривают Телини и её коллеги, заключается в том, что этанол индуцирует процесс, похожий на воздействие теплового шока, и что реакция на воздействие этанола должна быть тесно связана с кросс-органелльным ответом. Исследователи предполагают, что это каким-то образом снижает жизнеспособность дрожжевых клеток во время повторного использования дрожжевого осадка. Но как именно, пока не ясно.
Молекулярные шапероны в дрожжах помогают белкам укладываться в правильную форму. Правда это может привести к структурным изменениям в самом геноме. Таким образом, высокая концентрация этанола не изменяет генетический код или фенотип дрожжей, но может повлиять на форму генома и, как следствие, на его функционирование.
Дрожжевые организмы в осадке, который используется для повторного внесения, в буквальном смысле плавают в алкоголе. Они и их потомки всю свою жизнь проводят в состоянии алкогольного стресса, который непрерывно провоцирует шоковую реакцию.
Другими словами в клетках полно шаперонов, непрерывно работающих для поддержания функций белка. Новая теория сводится к тому, что это неизбежно приводит к снижению жизнеспособности дрожжей. Действительно, исследователи обнаружили, что у дрожжей, находившихся в среде с высоким содержанием этанола, в конечном итоге меняется структура генома. Генетический код остаётся тем же, но ДНК имеет слегка другую форму. В лабораторных исследованиях это стало очевидно после более чем 250 поколений дрожжей.
Однако как именно это происходит, неизвестно. Также неясно, почему данный феномен проявляется лишь спустя большое количество поколений, а не раньше.
— Влияние этого механизма на процесс брожения пива еще предстоит определить, – добавляет Телини.
У клеточных биологов есть пища для дальнейших размышлений. Наряду с этим полученные знания могут дать ученым представление о других таинственных процессах, таких как старение. Интерес Телини и её команды сводится к следующему. Лучшее понимание механизмов сети кросс-органелльного взаимодействия в процессе брожения и/или воздействия этанола позволит улучшить различные аспекты пивоварения, что в конечном итоге положительно скажется на готовом продукте и доходности производства. Пожалуй, их взгляды разделяют многие.
Комментировать