Новый метод создания гибридных дрожжей может вдохновить новые сорта пива и биотопливо

Около 500 лет назад случайная естественная гибридизация Saccharomyces cerevisiae (дрожжи для эля, вина и хлеба) и их дальнего родственника привела к появлению лагерного пива.

Сегодня лагер, сбраживаемый при низких температурах, — самый потребляемый алкогольный напиток в мире, с годовым объёмом продаж более $250 млрд.

Первый лагер возник благодаря случайному скрещиванию видов Saccharomyces, эволюционно столь же разных, как люди и куры. Этот гибрид показал скрытый потенциал межвидовых дрожжевых гибридов. В природе вероятность подобного события — примерно один на миллиард.

Теперь, благодаря новому лабораторному методу создания межвидовых гибридов дрожжей, производители пива, вина, биотоплива и других продуктов получат больше штаммов микроорганизмов для работы.

«Мы можем получать гибриды с частотой один на тысячу клеток, — отмечает Уильям Александр, ведущий автор статьи в журнале Fungal Genetics and Biology. — Это намного эффективнее, чем в природе».

Существуют сотни известных видов дрожжей, занимающих самые разные экологические ниши. Они необходимы для ферментации, превращая сахара в алкоголь и CO₂. Дрожжи используются не только для пива, вина и хлеба, но и для сидра, виски, сыра, йогурта, соевого соуса, а также в производстве биотоплива, ферментов, ароматизаторов, пигментов и лекарств (например, человеческого инсулина).

Возможность быстро и эффективно создавать новые межвидовые гибриды дрожжей позволит отраслям экспериментировать с новыми вкусами, повышать эффективность производства и создавать новые продукты, объясняет Крис Тодд Хиттингер, старший автор исследования.

Например, союз Saccharomyces cerevisiae и его дальнего родственника Saccharomyces eubayanus (обитающего в природе в галлах деревьев) позволил осуществить низкотемпературное брожение, необходимое для лагера.

Новый метод использует плазмиды — кольца ДНК, которые можно встроить в организм для придания генетического признака. В лаборатории плазмиды обычно используются для манипулирования генами. Гены в плазмидах облегчают гибридизацию, экспрессируя естественный дрожжевой белок, который позволяет спариваться двум разным видам дрожжей.

«Преимущества метода — скорость, эффективность и точность, — говорит Хиттингер. — В течение недели можно создать множество гибридов любых двух видов, получая ранее невиданные формы».

В исследовании описаны четыре новых гибрида. Один из них создан с использованием штамма Saccharomyces eubayanus, обнаруженного недалеко от Шебойгана (Висконсин, США). Этот гибрид тестируется в новом рецепте пива на кафедре пищевых наук UW-Madison.

Метод также может помочь преодолеть творческое узкое место: многие промышленные штаммы дрожжей стерильны и не способны производить споры.

«Если у вас есть любимый штамм для эля, вы легко сможете скрестить его с диким штаммом, — говорит Хиттингер. — Существует огромный потенциал для новых вкусов и комбинаций».

Плазмиды, используемые для облегчения гибридизации, можно удалить из новых гибридных дрожжей, оставив геномы двух объединённых организмов неизменными.