- 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.
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).
Las cepas industriales provienen de un conjunto limitado de cepas antiguas que son muy distintas a las cepas salvajes desde puntos de vista genotípicos y fenotípicos. Esto es que sus genes son distintos y sus aspectos tambien distan de los que presentan las levaduras salvajes.
- 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)
Pese a no existir subestructuras geograficas en la gran mayoria de clados, si se evidencian patrones geograficos en ellos y entre ellos. Asi, las distintas cepas de China, sean salvajes o las domesticadas (usadas para el sake o para bioetanol), estan, en su mayoria, relacionadas entre si.
Otro ejemplo es que las cepas utilizadas para bioetanol en Sudamarica se relacionan con las utilizadas para la producción de cachaza en Brasil.
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.
BEER II, a diferencia del I, no posee estructura geográfica pese a la precencia dentro del clado de cepas originarias de Bélgica, Alemana, Estados Unidos y del Reino Unido.
Las cepas de la industrias de destilación no presentan relación filogenética evidente y se encuentran dispersas entre las distintas poblaciones; en general son cepas donde coexisten dos o más poblaciones de células con distinto genotipo y se las conoce como mosaícas. Se supone que esto puede responder a que se trata de cepas que son el producto de cruzas modernas realizadas por empresas que venden cepas a productores de destilados. En la industria de los destilados no se reutiliza la levadura y esto limita las oportunidades evolutivas que posibilitan el desarrollo de un clado especifico.
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.
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.
Fenoles como el 4-vinil-guayacol (o 4-VG) posee un aroma especiado a clavo de olor, se considera un defecto en sake, en vinos y la mayoría de los estilos cerveceros donde puede ser indicativo de una contaminación con levadura salvaje.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).
Como el clado BEER I es un conjunto de cepas que no se reproducen sexualmente ni se han mezclado, permite asumir que hubo únicamente reproducción clonal en su evolución. Las cepas de Estados Unidos son las más cercanas a las Europeas, y esto sugiere que fueron importadas desde Europa durante la colonización americana (no se originaron a partir de especies salvajes autóctonas de América). La relación es más cercana con las levaduras Británicas y esto indica que las cepas cerveceras de Estados Unidos fueron introducidas por colonos británicos durante el siglo 17, cuando inicio la producción en la colonia.
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 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 domesticación parece haber sido mucho más marcada en las levaduras cerveceras, y dentro de las mismas las del clado BEER I. Muchas características fenotípicas del proceso de domesticación pueden deberse a una mejor adaptación a procesos de producción industrial. Otras características parecen haber sido seleccionadas, por ejemplo la selección de cepas que no producen ciertos off flavors.
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.
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