ОСНАЩЕНИЕ И УСЛУГИ ДЛЯ НАУЧНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ
ОСНАЩЕНИЕ И УСЛУГИ ДЛЯ НАУЧНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ
Подробнее о филогении пивных дрожжей
Немного об истории использования дрожжей человеком
Процесс одомашнивания ознаменовал активный переход от охоты и собирательства к появлению и развитию земледелия, а также разведению домашнего скота. Однако, процесс коснулся не только животных и растений, человек "одомашнил" и некоторые микроорганизмы, в том числе дрожжи S. cerevisiae, образующие этанол и углекислый газ. Использование дрожжей в разных регионах мира привело к повсеместному их применению в производстве хлеба и алкогольных напитков [1]. Помимо практического применения дрожжи S. cerevisiae, благодаря простоте культивирования, стали одним из самых популярных модельных организмов среди эукариот [2].
Самое большое количество исследований, проведенных в целях изучения дрожжей, проведено или спонсировано компаниями по производству алкогольной продукции, в частности, пива. Исторически разные сорта пива были связаны с конкретными географическими регионами в зависимости от доступности сырья и минерального состава воды. Известно, что начиная с XVII века люди уже отбирали штаммы дрожжей, которые оказывались наиболее подходящими к особенностям региона [3].
Процесс одомашнивания ознаменовал активный переход от охоты и собирательства к появлению и развитию земледелия, а также разведению домашнего скота. Однако, процесс коснулся не только животных и растений, человек "одомашнил" и некоторые микроорганизмы, в том числе дрожжи S. cerevisiae, образующие этанол и углекислый газ. Использование дрожжей в разных регионах мира привело к повсеместному их применению в производстве хлеба и алкогольных напитков [1]. Помимо практического применения дрожжи S. cerevisiae, благодаря простоте культивирования, стали одним из самых популярных модельных организмов среди эукариот [2].
Самое большое количество исследований, проведенных в целях изучения дрожжей, проведено или спонсировано компаниями по производству алкогольной продукции, в частности, пива. Исторически разные сорта пива были связаны с конкретными географическими регионами в зависимости от доступности сырья и минерального состава воды. Известно, что начиная с XVII века люди уже отбирали штаммы дрожжей, которые оказывались наиболее подходящими к особенностям региона [3].
Изучение генетики пивных дрожжей
Один из первых анализов, применяемых для изучения генетики пивных дрожжей стал анализ однонуклеотидных полиморфизмов. Он позволил определить их происхождение, оказалось, что Saccharomyces родом из Азии [4]. Многие из промышленных штаммов S. cerevisiae обладают полиплоидными и анеуплоидными геномами. Такие изменения характерны для некоторых организмов в процессе одомашнивания. Эти одомашненные дрожжи несут мутации, придающие им свойства, которые делают их пригодными для брожения пива. К ним относятся образование спектра метаболитов пивных дрожжей, способность использовать сахара, такие как мальтотриоза и мальтоза; толерантность к этанолу и способность отделяться от пива в конце брожения посредством процесса флокуляции [5].
Дальнейший анализ промышленных штаммов позволил совершить шаг вперед в установлении их филогении. Ученые оценили 13 штаммов дрожжей Guinness, известных именно в пивоварении. Среди них два производственных штамма и шесть других исторических штаммов Guinness, чтобы установить происхождение и природу дрожжей Guinness [6]. Изучаемые штаммы дрожжей ученые секвенировали с использованием платформы Illumina MiSeq. Секвенирование длинных фрагментов ДНК обеспечивает более полную оценку генома, на основе которой, в том числе, можно собрать и аннотировать эталонный геном [7].
Проанализировав полученные данные исследователи установили, что дрожжи Guinness образуют подгруппу внутри ранее описанной группы Beer 1 [8]. Геномная оценка дрожжей Guinness подтвердила, что дрожжи Guinness генетически схожи при разных фенотипах, что демонстрирует важность фенотипической проверки дрожжей для пивоварения. Оценка вариаций хромосомы дрожжей Guinness и вариации числа копий генов (CNV) подтверждает предыдущие выводы относительно роли числа копий гена и фенотипа.
Основные выводы, сделанные учеными заключаются в том, что штаммы дрожжей Guinness тесно связаны и произошли от общего предка. Наблюдаемая разница в фенотипе между дрожжами Guinness представляет интерес для пивоваров, поскольку данные, представленные в этом исследовании, показывают, что генотипически схожие дрожжи могут быть фенотипически разнообразными.
Один из первых анализов, применяемых для изучения генетики пивных дрожжей стал анализ однонуклеотидных полиморфизмов. Он позволил определить их происхождение, оказалось, что Saccharomyces родом из Азии [4]. Многие из промышленных штаммов S. cerevisiae обладают полиплоидными и анеуплоидными геномами. Такие изменения характерны для некоторых организмов в процессе одомашнивания. Эти одомашненные дрожжи несут мутации, придающие им свойства, которые делают их пригодными для брожения пива. К ним относятся образование спектра метаболитов пивных дрожжей, способность использовать сахара, такие как мальтотриоза и мальтоза; толерантность к этанолу и способность отделяться от пива в конце брожения посредством процесса флокуляции [5].
Дальнейший анализ промышленных штаммов позволил совершить шаг вперед в установлении их филогении. Ученые оценили 13 штаммов дрожжей Guinness, известных именно в пивоварении. Среди них два производственных штамма и шесть других исторических штаммов Guinness, чтобы установить происхождение и природу дрожжей Guinness [6]. Изучаемые штаммы дрожжей ученые секвенировали с использованием платформы Illumina MiSeq. Секвенирование длинных фрагментов ДНК обеспечивает более полную оценку генома, на основе которой, в том числе, можно собрать и аннотировать эталонный геном [7].
Проанализировав полученные данные исследователи установили, что дрожжи Guinness образуют подгруппу внутри ранее описанной группы Beer 1 [8]. Геномная оценка дрожжей Guinness подтвердила, что дрожжи Guinness генетически схожи при разных фенотипах, что демонстрирует важность фенотипической проверки дрожжей для пивоварения. Оценка вариаций хромосомы дрожжей Guinness и вариации числа копий генов (CNV) подтверждает предыдущие выводы относительно роли числа копий гена и фенотипа.
Основные выводы, сделанные учеными заключаются в том, что штаммы дрожжей Guinness тесно связаны и произошли от общего предка. Наблюдаемая разница в фенотипе между дрожжами Guinness представляет интерес для пивоваров, поскольку данные, представленные в этом исследовании, показывают, что генотипически схожие дрожжи могут быть фенотипически разнообразными.
Источники
1. Peter J. et al. Genome evolution across 1,011 Saccharomyces cerevisiae isolates //Nature. – 2018. – Т. 556. – №. 7701. – С. 339-344.
2. Botstein D., Fink G. R. Yeast: an experimental organism for 21st century biology //Genetics. – 2011. – Т. 189. – №. 3. – С. 695-704.
3. Boulton, C. & Quain, D. Brewing Yeast and Fermentation (John Wiley & Sons, 2008).
4. Peris D. et al. Macroevolutionary diversity of traits and genomes in the model yeast genus Saccharomyces //Nature communications. – 2023. – Т. 14. – №. 1. – С. 690.
5. Gonçalves M. et al. Distinct domestication trajectories in top-fermenting beer yeasts and wine yeasts //Current Biology. – 2016. – Т. 26. – №. 20. – С. 2750-2761.
6. Kerruish D. W. M. et al. The origins of the Guinness stout yeast //Communications Biology. – 2024. – Т. 7. – №. 1. – С. 68.
7. Nijkamp J. F. et al. De novo sequencing, assembly and analysis of the genome of the laboratory strain Saccharomyces cerevisiae CEN. PK113-7D, a model for modern industrial biotechnology //Microbial cell factories. – 2012. – Т. 11. – С. 1-17.
8. Gallone B. et al. Domestication and divergence of Saccharomyces cerevisiae beer yeasts //Cell. – 2016. – Т. 166. – №. 6. – С. 1397-1410. e16.
1. Peter J. et al. Genome evolution across 1,011 Saccharomyces cerevisiae isolates //Nature. – 2018. – Т. 556. – №. 7701. – С. 339-344.
2. Botstein D., Fink G. R. Yeast: an experimental organism for 21st century biology //Genetics. – 2011. – Т. 189. – №. 3. – С. 695-704.
3. Boulton, C. & Quain, D. Brewing Yeast and Fermentation (John Wiley & Sons, 2008).
4. Peris D. et al. Macroevolutionary diversity of traits and genomes in the model yeast genus Saccharomyces //Nature communications. – 2023. – Т. 14. – №. 1. – С. 690.
5. Gonçalves M. et al. Distinct domestication trajectories in top-fermenting beer yeasts and wine yeasts //Current Biology. – 2016. – Т. 26. – №. 20. – С. 2750-2761.
6. Kerruish D. W. M. et al. The origins of the Guinness stout yeast //Communications Biology. – 2024. – Т. 7. – №. 1. – С. 68.
7. Nijkamp J. F. et al. De novo sequencing, assembly and analysis of the genome of the laboratory strain Saccharomyces cerevisiae CEN. PK113-7D, a model for modern industrial biotechnology //Microbial cell factories. – 2012. – Т. 11. – С. 1-17.
8. Gallone B. et al. Domestication and divergence of Saccharomyces cerevisiae beer yeasts //Cell. – 2016. – Т. 166. – №. 6. – С. 1397-1410. e16.