У светлого пива родина двоится

Учёные определили историю происхождения пивных дрожжей

Споры о том, где появилось светлое пиво низового брожения, можно закончить. Сравнение геномов 17 штаммов пивных дрожжей показало, что они независимо появились как минимум дважды. А перемены в строении дрожжей столь масштабны и стремительны, что нечего удивляться, если ваш любимый сорт вдруг за несколько лет «испортился».

Стремление к здоровому образу жизни способствовало появлению десятков аналогов хлеба, выпеченного без традиционных дрожжей. Но даже самый безалкогольный из безалкогольнейших видов пива не может обойтись без пивных дрожжей, часть которых ничем не отличается от пекарских.

Правда, самым распространеным сейчас светлым пивом, лагером, человечество наслаждается лишь с конца Средневековья, когда баварские «элевары» получили новый гибрид дрожжей Saccharomyces pastorianus. Впрочем, до середины XIX века и работ Луи Пастера пивовары даже не догадывались, что имеют дело с живыми организмами.

Американские микробиологи Гэвин Шерлок и Барбара Данн решили продолжить начатое их именитым коллегой исследование и

попробовали восстановить картину появления и распространения лагера по Земле.

Результаты работы стенфордских ученых опубликованы в свежем номере Genome Research.

Штамм

выделенный в чистой культуре изолят вируса или организма, размножающегося бесполым путм. Поскольку многие микроорганизмы размножаются митозом (делением), без участия полового процесса, по существу, виды у таких микроорганизмов состоят из клональных линий, генетически и морфологически идентичных исходной клетке. Отдельные штаммы данного вида могут быть выделены из разных источников в окружающей среде, например, сточных вод или почвы или из одного и того же источника, но в разное время.

Отнесение микроорганизма к определнному виду происходит на основе достаточно широких признаков, таких как тип нуклеиновой кислоты и строение капсида у вирусов; способности расти на определнных углеводородах и тип выделяемых продуктов обмена веществ, а также консервативных последовательностях генома у бактерий. Внутри вида существуют вариации относительно, размера и формы бляшек (колонии вируса) или колоний микроорганизма, уровню продукции ферментов, наличию плазмид, вирулентности и т. п.

В мире не существует общепризнанной номенклатуры названия штаммов, и используемые названия достаточно произвольны. Как правило, они состоят из отдельных букв и цифр, которые записываются после видового названия. Например, один из самых известных штаммов кишечной палочки – E. coli K-12, вируса птичьего гриппа – H5N1.

Конечно, ученым пришлось воспользоваться уже совсем другими – генетическими — методами, изучив вариации ДНК у всевозможных штаммов пивоваренных и пекарских дрожжей. Благо, геном дрожжей – один из самых простых и был секвенирован первым среди эукариот.

Шерлок и Данн ограничились 17 штаммами трёх видов грибков, используемых в пищевой промышлености. Первый – это S.cerevisae, традиционные пекарские дрожжи, причем в пиво-, а точнее, в элеварении, до конца Средневековья использовались только они. Второй вид дрожжей – S.bayanus, третий – тот самый «лагерный» в хорошем смысле этого словам Saccharomyces pastorianus, являющийся на деле гибридом S.cerevisae и S.bayanus.

Низовое и верховое брожение

Низовое брожение происходит при температуре от 4 до 9 °C с помощью дрожжей Saccharomyces uvarum, Saccharomyces carlsbergensis и других и является более современным способом производства пива. После ферментации дрожжи опускаются на дно сосуда, оттуда и название «низовое».

Верховое брожение производится с помощью дрожжей Saccharomyces cerevisia и является более древним способом производства пива. После ферментации дрожжи остаются на поверхности, оттуда и название «верховое».

Верховое брожение происходит при температуре от 15 до 20 °C. Из-за повышенной температуры образуется больше грибков и микробов чем при низовом брожении, поэтому такие сорта пива быстрее портятся.

Производство пива способом верхового брожения протекает быстрее и не нуждается в охлаждении.

Ключевая особенность S.pastorianus – относительно низкая температура, при которой они способны сбраживать углеводы из солода. Правда, круглогодичные 5–10 ^oC были просто недостижимы до XIX века, когда холодильные установки внедрили в промышленность, и светлое пиво некоторое время было своего рода сезонным напитком. Зато теперь S.pastorianus – самый распространенный вид «низовых» дрожжей, хотя вовсе не единственный.

Уже на первом этапе исследований генома 17 штаммов грибков ученые обнаружили многочисленные хромосомные перестройки, и воспользоваться «классическим» способом определения родства по спонтанным мутациям единичных нуклеотидов оказалось не так просто.

Отдельные штаммы отличались не просто различными вариантами генов, а отсутствием целых хромосом.

Что, кажется, совсем не мешает им успешно справляться со своей главной задачей. Тем более что вопросы терморегуляции и поиска «пищи» пивовары берут на себя, и эволюционный отбор идет по совершенно другим признакам.

История пива

Пиво – древний напиток, известный ещ в Древнем Египте (при этом есть мнение, что пшеницу и ячмень люди там начали культивировать исключительно для приготовления пива, а создание хлеба явилось лишь побочным эффектом), Вавилоне, Китае времн Шанской династии (II тыс. до н. э.), Армении.

В Вавилоне, где были известны 19 сортов пива, деятельность пивоваров регулировалась Законами Хаммурапи. Указанные в них правила определяли, например, стоимость пива, и любые их нарушения карались смертью. В Древнем Египте, где пивоварение было широко распространено, пиво относилось к разряду любимейших напитков. В ходе археологических раскопок в этой стране был найден самый древний рецепт приготовления пива. В Римской империи пиво не пользовалось популярностью, здесь предпочтение отдавалось вину. Однако некоторые римские историки в начале нашей эры упоминали, что кельтские, германские и другие племена пили пиво. Викинги считали, что даже в Вальхалле (согласно скандинавской мифологии, это жилище павших в бою храбрых воинов) кубки мужчин переполняются пивом. Пиво варили из пшеницы, овса, ржи, проса, ячменя и полбы.

В средние века производство пива в Европе переместилось в монастыри. Первое упоминание об использовании хмеля относится к монастырским хроникам VIII в. В Германии его стали добавлять примерно в XII в., в Нидерландах – в начале XIV, а в Англию хмель пришел в начале XV в. Европейские монахи усовершенствовали технологию пивоварения, начав использовать в качестве консерванта хмель.

Пиво, как правило, изготавливали в северных регионах, где климатические условия не позволяли выращивать виноград. В средние века оно считалось напитком бедняков, имело более низкий статус по сравнению с вином. Виноделы, естественно, противились строительству пивоварен и стремились поддержать престиж своей продукции. Уже в 1782–86 годах в Париже потребляли вина в 14 раз больше, чем пива. Многим пивоварам приходилось заниматься ещ и изготовлением сидра, чтобы не остаться в убытке, так как в периоды экономического роста их потребители неизменно переходили на вино.

Французский микробиолог Луи Пастер обнаружил, что дрожжи, вызывающие брожение пива, представляют собой живые организмы. Это открытие позволило с большей точностью осуществлять контроль за превращением сахара в спирт. Датский ботаник Эмиль Христиан Хансен внес очень важный вклад в историю пивоварения. Всю свою жизнь он исследовал и классифицировал виды дрожжей. Помимо прочего, он работал над выведением чистого штамма дрожжей для пивоварения. И его разработки буквально произвели революцию в пивоваренной промышленности.

Ввиду слишком многочисленных перестроек генома и миграции штаммов из одной пивоварни в другую, ученым не удалось восстановить историю миграции в деталях, зато Шерлок и Данн выяснили, что

«лагерный» вид пивоваренных дрожжей S.pastorianus возникал независимо как минимум дважды.

А индивидуальные особенности и появление новых штаммов – результат не сколько селекции, сколько приспособления дрожжей к особенностям каждой пивоварни.

Если следовать логике ученых, то даже при использовании тех же грибков на новом производстве через некоторое время вкус пива может претерпеть существенные изменения.

Теперь Шерлок и Данн планируют найти способ использовать полученную информацию для контроля органолептических свойств – но не коричневых таблеток, богатых витаминами, а пенного напитка, который, к расстройству родителей и педагогов, стал неотъемлемой частью досуга молодежи.