Levadura domesticada por humanos a través de la fabricación de pan: estudio
ARRIBA: ISTOCK.COM,SEDAEVA
Y
Normalmente, la levadura no se considera un organismo domesticado. Los perros, los gatos y las vacas pueden venir primero a la mente, pero los humanos, sin embargo, han jugado un papel importante en la evolución de los hongos. Un estudio en Current Biology publicado ayer (9 de diciembre) informa que los humanos han provocado que la mayoría de las cepas de levadura de pan, Saccharomyces cerevisiae, se dividan en dos grupos distintos: uno utilizado en la panificación industrial a gran escala y otro utilizado en el pan de masa madre artesanal. Mientras que las cepas industriales empiezan a fermentar más rápidamente, las levaduras de masa madre tienen más copias de los genes responsables de metabolizar la maltosa, un proceso que suele ocurrir más tarde en el proceso de fermentación y ayuda a leudar la masa.
Es un buen papel , dice el investigador principal del Instituto de Investigación del Noroeste del Pacífico, Aime Dudley, que estudia la genética de la levadura y no participó en el estudio. Tiene sentido con lo que sabemos sobre cómo las personas han estado horneando pan históricamente, refiriéndose a la prioridad de la velocidad en la elaboración de pan comercial en comparación con la de los panaderos artesanales.
El pan es universal y lo ha sido durante milenios, explica la genetista evolutiva del Instituto Nacional de Investigación para la Agricultura de Francia, Delphine Sicard, coautora del estudio, pero con un cambio dramático hacia los iniciadores de levadura producidos en masa en la era industrial, su equipo quería comprender cómo estos cambios han dado forma a la evolución de las levaduras. La domesticación de la levadura se ha estudiado en otros alimentos y bebidas, queso, vino y cerveza, por ejemplo, pero no en panes. Sicard dice que las levaduras de pan rara vez se han estudiado porque muchas de estas cepas de levadura son tetraploides, células que contienen cuatro conjuntos homólogos de cromosomas, lo que hace que estudiar la genética de sus poblaciones sea más complicado que estudiar diploides o haploides.
Los historiadores y los científicos han teorizado durante mucho tiempo que los cerveceros y los panaderos históricamente han intercambiado sus levaduras, y los resultados del estudio añaden algo de peso a la idea.
El equipo de Sicards obtuvo 198 cepas de masa fermentada de Francia, Bélgica e Italia y 31 cepas comerciales de kits de inicio o colecciones de levaduras internacionales. Analizaron el número de conjuntos de cromosomas en cada una de estas cepas mediante citometría de flujo e investigaron la diversidad genética de diploides y tetraploides mediante análisis de marcadores de microsatélites. Sicard y sus colegas luego analizaron los genomas recién secuenciados de 17 cepas de levadura de panadería y otras 1011 S. cerevisiae descritas en un estudio de Nature de 2018, que incluye 51 cepas de panadería, para crear un árbol filogenético y mapear las variaciones del número de copias a lo largo de él.
Descubrieron que la masa madre Por lo general, las cepas contenían un mayor número de copias de genes que codifican proteínas que transportan y regulan la maltasa y la isomaltasa, así como las propias enzimas, que descomponen los azúcares maltosa e isomaltosa. Las anomalías en el número de copias pueden ser dañinas para las células, pero los autores explican que también pueden permitir una rápida adaptación en un período de selección estricta, como la proliferación en el ambiente tóxico alto en maltosa e isomaltosa de la harina de trigo que se usa para hacer pan de masa fermentada.
Los investigadores descubrieron que, en un entorno de masa madre sintética con solo maltosa como fuente de carbono, la levadura que tenía más copias de estos genes era más abundante al final de la fermentación que las levaduras que tenían menos copias. Ya sea que los panaderos hayan pasado deliberadamente por los iniciadores de masa fermentada que pensaron que funcionarían mejor o que la levadura haya evolucionado para adaptarse a sus entornos, el resultado final es que la levadura de masa fermentada es adecuada para hacer pan de masa fermentada específicamente, explica Sicard. Este es un buen ejemplo de una firma genética de domesticación, dice Sicard.
Mientras tanto, los panaderos industriales parecen haber seleccionado levaduras que comienzan la fermentación más rápidamente y producen 1 g de dióxido de carbono después de la inoculación aproximadamente media hora antes que las levaduras de masa fermentada lo hacen, en promedio, en el estudio que prioriza la descomposición de la glucosa sobre los azúcares más complejos, como la maltosa y la isomaltosa, que tardarían más en descomponerse. Tanto las cepas industriales como las de masa fermentada comenzaron la fermentación más rápidamente que todas las demás levaduras analizadas, incluidas las cepas de cerveza y vino.
Dudley señala que el iniciador de masa fermentada contiene otros microbios, como las bacterias del ácido láctico y otras levaduras, que forman complejos interacciones con el S. cerevisiae, por lo que dice que espera ver trabajos futuros que examinen estas relaciones para comprender cómo pueden estar contribuyendo a la domesticación de S. cerevisiae.
Con este interés renovado en el pan de masa fermentada, es posible que podamos conservar una mayor diversidad microbiana en el futuro, al menos en esta cadena alimentaria.
Delphine Sicard , Instituto Nacional de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente de Francia
Los historiadores y los científicos han teorizado durante mucho tiempo que los cerveceros y los panaderos históricamente han intercambiado sus levaduras, y los resultados del estudio añaden algo de peso a la idea: un grupo de cepas de levadura que los investigadores del estudio Nature asociado con la cerveza africana contienen cepas de masa fermentada aisladas de la masa de maíz de Ghana, lo que sugiere que históricamente se usaron las mismas cepas tanto para fermentar la masa de maíz como para elaborar cerveza. Sicard y sus colegas también informan que otro clado identificado en el estudio Nature contiene cepas de cerveza, cepas de panadería comercial de todo el mundo y algunas de las cepas de masa fermentada recientemente secuenciadas de Bélgica y Francia. Mientras tanto, todas las cepas de panadería excepto tres se agruparon por separado de los linajes de vino y sake, lo que sugiere historias evolutivas distintas.
La levadura se encuentra en casi todas partes, por lo que clasificar las cepas de levadura es una tarea abrumadora, dice Edward Louis, el director. del Centro de Arquitectura Genética de Rasgos Complejos de la Universidad de Leicester, que no participó en el último estudio. Solo aproximadamente dos tercios de las cepas de levadura analizadas que analizó el equipo de Sicard pudieron agruparse en clados de masa fermentada industrial y artesanal e incluso entre estos, había muchas cepas de mosaico que incluían características de ambos.
¿Existe realmente la domesticación o simplemente estamos aprovechando la variación natural que existe o moviendo la levadura para generar una nueva diversidad que simplemente se adapta a cualquier entorno que se les presente? Luis pregunta. Aún así, dice que el hallazgo sobre la rápida tasa de fermentación entre las cepas industriales es una evidencia convincente, ya que esas propiedades probablemente no le darían a la levadura una ventaja sobre la corteza de los árboles de roble o el suelo, donde S. cerevisiae se encuentra en la naturaleza, por ejemplo.
Sicard dice que le preocupa que la fabricación de pan industrial pueda reducir la cantidad de diversidad que se encuentra en las cepas de levadura, pero que se siente alentada por el resurgimiento de horneado de pan casero durante la última década, y especialmente durante la pandemia de COVID-19. Con este interés renovado en el pan de masa fermentada, es posible que podamos conservar una mayor diversidad microbiana en el futuro, al menos en esta cadena alimentaria, dice. Es difícil hacer pan, y si podemos, como científicos, agregar valor al trabajo de los panaderos, entonces sería genial.
Louis dice que este estudio ayuda a capturar la diversidad genética de las levaduras de pan, que es una paso importante para preservarlo. Al seguir la ruta comercial y reemplazarlo todo con uno o dos tipos, seguiremos teniendo buen pan y cerveza, pero probablemente perderemos muchas de las cosas buenas, dice.
F . Bigey et al., Evidencia de dos trayectorias principales de domesticación en Saccharomyces cerevisiae vinculadas a distintos procesos de elaboración del pan, Biología actual, doi:10.1016/j.cub.2020.11.016, 2020.