- Se secuenciaron y fenotiparon 157 levaduras de S. cerevisiae
- Las levaduras industriales actuales se originan solo en unos pocos ancestros domesticados.
- Las levaduras de cerveza muestran fuertes características genéticas y fenotípicas de domesticación.
- La domesticación de levaduras industriales es anterior al descubrimiento de microbios.
Las bebidas fermentadas, la cerveza entre ellas, nos acompañan desde epocas prehistoricas.
Existe vestigios antiguos de tareas propias de lo que hoy podriamos acercar a la idea de seleccion de cepas de levaduras cuando miramos y tenemos en cuenta el uso de los llamados "palos magicos" y "anillos de levadura". Las mujeres, quienes mayormente (muchas veces de forma exclusiva) eran las encargadas de llevar adelante los procesos de preparacion y fermentacion de las preparaciones que a futuro dieron lugar a la moderna cerveza y a otro tipo de bebidas fermentadas, sin saberlo ni comprenderlo cabalmente estaban haciendo una primitiva seleccion de cepas. En esos palos y en esos aros que se usaban una y otra vez, sin lavarse y a los cuales se les daba una consideracion casi divina, creaban una cultura especifica de cepas de levaduras y bacterias.
Pero fue gracias a Lois Pasteur y Emil Hansen que, durante el siglo 19, se comenzaron a utilizar cultivos para la fermentación.
Ya a fines del siglo 17, es decir, previo a la industrializacion, y aunque no se sabia claramente que eran las levaduras, se entendia que reutilizarlas permitia mejores fermetados y esa idea era la base de la domesticación.En el proceso de reutilizacion tenemos que, por un lado, se crea un espacio para que las levaduras se adapten y este entorno no es natural si no que es propiciado por el ser humano, es decir, es artificial. Alli se da otro aspecto, el de la seleccion, la cual es impuesta tambien por el ser humano porque se toman solo los exponentes de aquellas fermentaciones que han sido exitosas. De esta forma, se mantiene una continua seleccion y reutilizacion que promuve cambios poblacionales en culturas de levaduras aisladas de su ambiente natural.Asi, la domesticacion promueve seleccionar o entrecruzar cepas originalmente salvajes con el fin de obtener un cultivo especifico que se adapte mejor a los ambientes artificiales que los humanos creamos (como lo es un mosto).
- Levaduras Asiáticas que incluyen las del sake (clado ASIA)
- Levaduras utilizadas principalmente en la elaboración de vino (clado WINE)
- Levaduras utilizadas en panificación y algunas otras (clado MIXED)
- Dos grupos de levaduras cerveceras de dos familias diferentes (clados BEER I y II)
El clado llamado MIXED esta el 7.8% de las cepas cerveceras y donde la mayoria de ellas seon cepas atípicas surgidas principalmente de la refermentación en botellas de cervezas belgas con alto contenido alcohólico, y de todas las cepas utilizadas en panificación.
La mayor parte de las levaduras cerveceras, un 85.3%, se encuentran en BEER I o BEER II y estan relacionados de forma distante. La gran diversidad en BEER I, advierte que ese distanciamiento no es reciente. El clado BEER II es más cercano al linaje de cepas de vino con un 20.6% de todas las cepas cerveceras analizadas.
Hay una gran variación de estructura genética en las levaduras, basicamente encontradas en situacion de domesticación.
Las levaduras cerveceras pierden posibilidades de supervivencia necesarias en ambientes naturales y no presentan ventajas competitivas en fermentaciones industriales.
Las cepas del clado WINE se desempeñan mejor en condiciones generales de estrés y de supervivencia en ambientes de escasos nutrientes. Lo primero podria explicarse por el ambiente de estrés que presenta una fermentación de mosto de uva que posee alto contenido de azúcares y alta concentración alcohólica y, lo segundo, al ambiente natural al que se enfrentan las levaduras entre cada cosecha.
El clado BEER I típicamente generan solo 7.5%-10% v/v de etanol, mientras que las de ASIA, WINE y las relacionadas a destilados o bioetanol pueden llegar hasta 14.5% v/v.
Varios de los genes que se ven vinculados al transporte y degradación de la maltosa se amplifican en las subpoblaciones de levaduras cerveceras y sake, mientras que se han perdido en varias cepas de vino.
Las cerveceras poseen una mejor capacidad de metabolizar maltotriosa que es un azúcar específico de los mostos cerveceros. El mecanismo de transporte de maltotriosa que se conoce es el que esta presente y utilizan las levaduras del clado BEER I y no se encuentran en la población BEER II ni en la de vinos. No obstante las cepas de BEER II tienen la capacidad de utilizar maltotriosa y esto muestra que existe otro mecanismo no conocido que les permite esto.
Los genes que controlan la producción de 4-VG expresan encimas que ayudan en la detoxificación de los ácidos acrílicos presentes en la pared celular de plantas. Es esperable, entonces, que sean retenidas, a menos que exista una situacion que impida esa retención.
Las cepas industriales pierden esa capacidad de producir 4-VG, mientras que las cepas salvajes y las utilizadas en panificación o bioetanol la conservan. Durante la cocción del pan el aroma se pierde y en bioetanol su presencia no altera la calidad del producto.
Diferentes sublinajes de Saccharomyces cerevisiae presentan diferentes mutaciones que inhiben la producción de 4-VG. Esto se explicaria por múltiples estrategias adaptativas surgidas por la seleccion ejercida por los seres humano al favorecer cepas que no producían aromas a fenoles. Dichas mutaciones se produjeron muy temprano en el linaje del clado BEER I.
Tres cepas utilizadas en la elaboración de Hefeweizen que se encuadran dentro del clado BEER I, son mosaico genéticos. Poseen partes del genoma de los tres subclados de BEER I (principalmente, Bélgica/Alemania), y una pequeña porción de su genoma (8-13%) que se origina en cepas de vino; pero adquieren genes para producir fenoles. Puede decirse que la hibridación entre subpoblaciones condujo a cepas que expresaban características típicas de levaduras cerveceras, como ser la fermentación de maltotriosa, pero tambien traían alguna característica de las cepas de vino (producción de 4-VG).
La invencion de la refrigeracion y las caracteristicas de algunos climas favorecio que la produccion de cerveza no sea solo estacional sino que se desarrolle a lo largo de todo el año. Esto sumado a la reutiliza de las levaduras proporciono a las cepas cerveceras un ambiente estable en el tiempo. Esto difiere a lo que sucede en las bodega dado que se produce en un único momento del año y la levadura deben sobrevivir en su ambiente natural el resto del tiempo. La situacion particular de las cepas cerveceras permite estimar la cantidad de generaciones de levaduras que ocurren anualmente.
La tasa de reproducción de levaduras en mosto y el tiempo transcurrido desde que se separó el linaje de levaduras de Estados Unidos del clado BEER I, permite obtener un valor para la frecuencia de mutaciones que ocurren en una población de levaduras utilizadas en producción cervecera.
En base a esto se puede estimar de cuando data el último ancestro común de los subclados de BEER I: AD 1573–1604, que indicaría cuando sería el inicio de la domesticación. Coincide con los datos históricos de cuándo se transicionó de una producción cervecera hogareña a producciones de mayor escala, sea en monasterios o fábricas comerciales. El mismo valor de frecuencia de mutaciones les permitió datar al ancestro común del clado BEER II en: AD 1645–1671.
Ambos eventos de domesticación ocurren antes del descubrimiento de los microorganismos y de la aislación de una cepa (Emil Hansen para Carlsberg en 1883); previamente la levaduras utilizadas no eran mono-cultivos de una cepa sino un conjunto de cepas que coexistían.
Las cepas utilizadas actualmente surgerian de un pequeño grupo de cepas ancestrales o de varios grupos de cepas ancestrales íntimamente relacionados.
Todo esto muestran que las cepas utilizadas industrialmente están genéticamente y fenotípicamente separadas de las cepas salvajes gracias a la seleccion humana y al intercambio de cepas entre humanos., es decir por la domesticacion. Esta domesticación se inició hace por lo menos unos cientos de años; incluso antes de que descubriera la existencia de microorganismos.
La divergencia de las cepas depende de su aplicación industrial y su origen geográfico. La mayoría de las levaduras se agrupan según su uso industrial y están claramente separadas de las cepas salvajes y/o de laboratorio.
Salvo en el caso puntual de las levaduras Hefeweizen, no se detectó evidencia de agrupamiento de levaduras según estilos de cerveza. Probablemente sea asi debido a que la mayoría de cervecerías tenían una levadura propia que utilizaban para todas sus cervezas.
Los estudios que han dado estos resultados se han enfocdos en S. cerevisiae, levadura de fermentaciones ale. Se incluyeron 10 cepas comúnmente utilizadas para la producción de lagers, pero mayormente eran cepas de S. cerevisiae, y no S. pastorianus, que es la especie utilizada en lagers y que es pariente de la S. cerevisiae.
- Ver Domestication and Divergence of Saccharomyces cerevisiae Beer Yeasts en https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867416310716