Pivo versus víno: Jak se liší různé kmeny kvasinek?

- Člověk autor: Jan Toman

Kvasinka Saccharomyces cerevisiae doprovází lidstvo od vynálezu zemědělství. Dodnes má v naší společnosti klíčovou roli. Její široké využití se odráží už v názvu – říká se jí totiž jak kvasinka pivní, tak i vinná a pekařská. Výroba alkoholických nápojů a kvašeného těsta by bez její pomoci byla takřka nepředstavitelná. 

Ilustrační snímek

Ilustrační snímek,zdroj: Profimedia.cz

Právě tato jednobuněčná houba totiž zajišťuje kvašení, při kterém vzniká z přítomných cukrů líh, a díky vedlejšímu produktu tohoto procesu, oxidu uhličitému, také kynutí. Zároveň je zřejmé, že se různé kmeny kvasinek podle svého využití a oblasti původu odlišují.

V tom se blíží hospodářským zvířatům a rostlinám, u kterých jsou tyto rozdíly důsledkem dlouhé doby cíleného šlechtění. Můžeme ale podobnou snahu vysledovat také u kvasinek, které až do devatenáctého století ani nebyli lidé schopní pozorovat? Nebo se kvasinky jen pasivně přizpůsobovaly lidskému prostředí?

Jisté je, že čisté kultury kvasinek lidé nezačali využívat dříve než v 19. století. V předcházejících tisíciletích se pekaři a výrobci alkoholických nápojů spoléhali na přidání malého množství fermentovaného produktu z předchozí várky do základu várky nové.

Startovací kulturou se tak vlastně vždy stávala malá část kultury starší. Představa, že dlouhodobě využívanou kulturu mohli cíleně šlechtit, je tak celkem realistická – kultury kvasinek byly oddělené od přirozeného prostředí a dlouhodobě přežívaly jen za speciálních, lidmi vymezených podmínek.

Této hospodářské záhadě se rozhodl podívat na zoubek tým belgických a amerických vědců. Využili k tomu nejmodernější techniky molekulární biologie, které jim umožnily zmapovat genom kvasinek a další jejich genetické charakteristiky.

Lidmi ochočené organismy zpravidla hromadí vlivem sníženého tlaku na přežití za drsných podmínek v řadě genů škodlivé mutace. Rovněž u nich nalezneme zmnožení genů či celých úseků genomu a změny chromozomů. V neposlední řadě také vykazují vlastnosti preferované lidskými šlechtiteli. Identifikace cíleného šlechtění by tak nemusela být obtížná.

Už některé dřívější studie naznačovaly, že se hospodářské kvasinky výrazně přizpůsobily svému novému prostředí. Mikroorganismy například vykazovaly větší odolnost k mědi ze zemědělských pesticidů nebo sulfátům používaným při produkci vína. Teprve nynější studie ale poskytla skutečně reprezentativní obrázek.

Výzkumníci shromáždili data od celých 157 kmenů divokých a hospodářských kvasinek. Druhé jmenované patřily mezi kvasinky využívané v laboratořích, při výrobě pečiva, piva, vína, japonského saké i lihu obecně. Všechny přitom vykazovaly jasné rozdíly oproti divokým příbuzným.

Z hlediska příbuznosti se dále rozdělily na pět velkých větví – japonskou, zahrnující hlavně kvasinky používané při výrobě saké, vinařskou, směsnou, do které spadly hlavně pekařské kvasinky, a dvě skupiny pivních kvasinek.

Kvasinky využívané při výrobě saké a vína spadly do příslušných linií, stejně jako naprostá většina pivních kvasinek; některé z nich nicméně zapadly do blízkosti pekařských kvasinek ve směsné skupině. Kvasinky pro výrobu čistého lihu lze oproti tomu nalézt ve všech skupinách – jejich využití k tomuto účelu je pravděpodobně velmi pozdní.

Většina dílčích podskupin nebyla vázaná na konkrétní geografické oblasti. Nalezly by se ale výjimky. Saké kvasinky byly například příbuzné čínským liniím. Jedna z pivních skupin zase sdružovala kvasinky využívané při výrobě piva ve třech úzce vymezených oblastech – Německu s Belgií, Británii a Spojených státech. Druhá pivní linie, do které spadají i pivní kvasinky z východní Evropy, se ukázala jako příbuznější vinné linii a zahrnující mikroorganismy z daleko více oblastí.

Hospodářsky využívané kmeny kvasinek vykazovaly jasné známky soužití s člověkem. Hromadily škodlivé mutace v genech ne nutných pro přežití za stabilních podmínek a docházelo u nich k přestavbám genomů. Rovněž často přecházely z životního cyklu střídajícího pohlavní a nepohlavní rozmnožování čistě k nepohlavnímu.

Kromě toho dokázaly například přežít daleko vyšší koncentrace etanolu než jejich volně žijící příbuzní. To ale, stejně jako další přizpůsobení lidskému prostředí, nic nevypovídá o přítomnosti nebo nepřítomnosti cíleného šlechtění. Výzkumníkům se nicméně podařilo odhalit i jasně vyšlechtěné znaky. Vyskytují se hlavně u pivních kvasinek, které se i z dalších hledisek ukazují jako nejodvozenější.

Jde zejména o schopnost daleko intenzivněji využívat maltotriózu, cukr vyskytující se v mladině při výrobě piva. Většina pivních kvasinek byla rovněž vyšlechtěna k tomu, aby neprodukovala chuťově nežádoucí látky. Mezi ně lze zařadit zejména 4-vinylguaiakol, látku s ostrou kořeněnou vůní připomínající hřebíček.

Je výmluvné, že u kvasnic využívaných při výrobě některých speciálních, například pšeničných, piv, kde je toto aroma žádoucí, byla šlechtiteli produkce této látky zachována.

No a proč jsou pivní kvasinky nejvyšlechtěnější? Své prsty v tom jistě bude mít i to, že se ve svém "pivním" prostředí nacházejí neustále. Pivo se totiž, na rozdíl od vína, vyrábí po celý rok. Vinné a další kvasinky naopak musí, nebo donedávna musely, po většinu roku přežít mimo stabilní a živinami nabité prostředí.

Z historického hlediska nastalo rozrůznění pivních kvasinek z první, západoevropsko-americké, skupiny zhruba na přelomu 16. a 17. století. To se dobře shoduje se vznikem prvních velkých pivovarů. Právě tehdy zřejmě začali lidé kvasinky šlechtit, byť o jejich existenci jakožto mikroorganismů nevěděli ještě dalších 200 let. Druhá pivní skupina se od vinné skupiny oddělila a začala se rozvíjet asi o 50 let později.

Detailní poznatky o hospodářsky využívaných kvasinkách ale nejsou zajímavé jen z historického hlediska. Ať už byly kvasinky šlechtěny jakkoli, získané informace půjde využít i při šlechtění nových, hospodářsky ještě výhodnějších, linií.

Zdroj: Gallone B, Steensels J, Prahl T, ... & Teiling C (2016): Domestication and Divergence of Saccharomyces cerevisiae Beer Yeasts. Cell, 166(6).

Tagy: zemědělství zvířata a příroda věda a poznání kvašení kvasinky

Zdroje: Vlastní