Ученые впервые нашли европейского «предка» дрожжей для лагера

Пивоварение — одно из древнейших занятий человека: свидетельства ферментации напитков датируются семью-восемью тысячами лет назад для Китая и даже 13 тысячами лет назад в случае Израиля. До эпохи Средневековья в Европе пивоварение в основном было связано с «высшим ферментером» — дрожжами Saccharomyces cerevisiae, видом одноклеточных микроскопических грибков из класса сахаромицетов. Именно их все еще используют в производстве элей, сброженных дрожжами верхового брожения.

Лагеры — пиво, при изготовлении которого используют низовое брожение с последующей ферментацией при низкой температуре — впервые появились в XIII веке, но популярность получили в Баварии начиная с XV века, где этот напиток готовили и хранили в прохладных погребах. В 1516 году вышел Закон о правилах производства пива и торговли им, изданный баварским герцогом Вильгельмом IV в Ингольштадте, а за ним последовал указ герцога Альбрехта V в 1553-м: эти документы определили, какие ингредиенты требуются при производстве пива, и ограничили пивоварение более холодными зимними месяцами. Вероятно, этот период года выбрали как раз ради «низового брожения» с использованием дрожжей для лагера Saccharomyces pastorianus, названных так впоследствии в честь французского химика Луи Пастера.

Сложный геном Saccharomyces pastorianus, по-видимому, стал результатом гибридизации между двумя чистыми видами — вышеупомянутого S. cerevisiae и Saccharomyces eubayanus, — что привело к сложностям в его изучении. Ученые, исследовавшие ДНК дрожжей, не могли выделить недостающее звено — Saccharomyces eubayanus — вплоть до 2011 года. Но с тех пор они получили их образцы из Патагонии, Северной Америки, Тибета, китайской провинции Сычуань и Новой Зеландии.

Большинство изолятов выделены из южноамериканских образцов, а именно — из коры местных буковых деревьев вида Nothofagus. Ученые считают, что Saccharomyces eubayanus изначально возникли в Патагонии, адаптировались там к суровым условиям и уже потом распространялись по миру.

Предположительно, первоначальная гибридизация между S. cerevisiae и S. eubayanus произошла на пивоваренном заводе, поскольку непромышленных изолятов S. pastorianus исследователи не находили, а «родитель» S. cerevisiae больше похож на элевые дрожжи, чем на природные изоляты. Вероятно, это случилось в 1500-х годах, во время действия баварского Закона о чистоте пива. Независимо от времени гибридизации, скорее всего, она произошла именно в Европе. Но до сих пор ученым не удавалось обнаружить «неуловимый» европейский изолят S. eubayanus, если не считать небольшого количества прочтений рибосомной ДНК S. eubayanus из итальянских Альп.

Наконец, это сделали сотрудники Школы биомолекулярных и биомедицинских наук Института Конвея при Университетском колледже Дублина (Ирландия). Первые европейские изоляты дрожжей S. eubayanus описаны в новой статье для журнала FEMS Yeast Research.

Два штамма S. eubayanus — UCD646 и UCD650 — выделили из образцов почвы на территории кампуса Белфилд Дублинского университетского городка, собранных в сентябре 2021 года. Один участок покрывали опавшие листья платана, а другой располагался рядом с дубами.

Геномы обоих изолятов полностью секвенировали. Хотя участки почвы располагались всего в 17 метрах друг от друга, образцы генетически различались.

«По нашим оценкам, S. pastorianus имеют примерно 54% ​​общих аллелей с тибетскими образцами S. eubayanus, 40% — с ирландскими, 6% — с североамериканскими. Это подтверждает гипотезу о том, что постоянная генетическая изменчивость S. eubayanus сохраняется у лагерных дрожжей», — рассказали ученые.

Таким образом, ни один изолят S. eubayanus нельзя назвать прямым предком дрожжей для лагера S. pastorianus из-за неполной сортировки по происхождению, обратного скрещивания или, возможно, множественной гибридизации. «Однако также вероятно, что мы ищем не в том месте или не в той экологической нише, а образцы, имеющие больше сходства с S. pastorianus, еще предстоит обнаружить в Европе», — отметили авторы работы.

Что до происхождения самих S. eubayanus, то выводы ирландских ученых подтверждают гипотезу, согласно которой этот вид дрожжей эволюционировал в Патагонии, где адаптировался к холодным и суровым условиям, а затем разошелся по миру — вероятно, в послеледниковый период.