Deze voedingsmiddelen zijn allemaal afhankelijk van micro-organismen vanwege hun onderscheidende smaak. margouillat foto / Shutterstock.com

Het is moeilijk om een ​​vakantietafel voor te stellen zonder brood, vlees, groenten, wijn, bier of een bord Franse kazen voor mensen met meer avontuurlijke smaakpapillen. Genieten van deze lekkernijen met familie en vrienden maakt deel uit van wat de vakantie zo leuk maakt.

Deze voedingsmiddelen en dranken zijn afkomstig van de domesticatie van verschillende dieren, planten en microben. De domesticatie van planten en dieren is goed bestudeerd, omdat men denkt dat dat zo was de meest ingrijpende verandering in de recente menselijke geschiedenis.

Wetenschappers weten echter veel minder over de domesticatie van microben, en als gevolg daarvan waardeert de samenleving hun cruciale bijdragen aan de voedingsmiddelen en dranken die we het hele jaar door niet eten.

Ik ben een evolutionaire bioloog die schimmels bestudeert, een groep microben wiens domesticatie ons heeft gegeven veel smakelijke producten. Ik ben al lang gefascineerd door twee vragen: wat zijn de genetische veranderingen die hebben geleid tot hun domesticatie? En hoe hebben onze voorouders er in vredesnaam achter komen hoe ze hen kunnen domesticeren?

Nieuwsgierig ook? Recente studies werpen licht op deze vragen, dus pak wat Camembert-kaas en een biertje en blijf lezen.

Dank de grote verscheidenheid aan microben, waaronder schimmels, voor dit assortiment internationale kazen. Umomos / Shutterstock.com

De hybriden in je pils

Wat de domesticatie betreft, is het moeilijk om het honen van biergist te overtreffen. De hoeksteen van de bak-, brouw- en wijnindustrie, biergist heeft het opmerkelijke vermogen om de suikers van plantaardig fruit en granen om te zetten in alcohol. Hoe heeft biergist deze flexibiliteit ontwikkeld?

Door nieuwe gistsoorten te ontdekken en hun genomen te bepalen, weten wetenschappers dat sommige gisten die bij het brouwen worden gebruikt hybriden zijn; dat wil zeggen, ze zijn afstammelingen van oude parende vakbonden van individuen uit twee verschillende gistsoorten. Hybriden lijken vaak op beide oudersoorten - denk aan wholpins (walvis-dolfijn) of ligers (leeuw-tijger).

Cellen van de machtige biergist, de hoeksteen van de bak-, brouw- en wijnindustrie. wikipedia

Pils van lagerbier zijn bijvoorbeeld hybriden van twee nauw verwante soorten: de biergist Saccharomyces cerevisiae en Saccharomyces eubayanus. Saccharomyces cerevisiae produceert smakelijke bieren, zoals het Britse bier, maar groeit beter bij warmere temperaturen. In tegenstelling tot, Saccharomyces eubayanus groeit beter in de kou maar produceert verbindingen die de smaak van het bier aantasten. Lagere gisthybriden combineren het beste van beide - goede smaken uit Saccharomyces cerevisiae en groei bij lagere temperaturen, dankzij Saccharomyces eubayanus. Dit maakt deze hybriden geweldig voor het brouwen van bier in de koude winters van Europa, waar lagers werden uitgevonden.

Onderzoekers hebben ook ontdekt natuurlijke hybriden van de unie van andere Saccharomyces soorten. Wat nog onbekend is, is of hybridisatie de norm of de uitzondering is in de gisten die mensen al duizenden jaren gebruiken voor het maken van gefermenteerde dranken.

Om deze vraag te beantwoorden, werd een team geleid door afgestudeerde student Quinn Langdon aan de Universiteit van Wisconsin en een ander team onder leiding van postdoctorale collega Brigida Gallone aan de universiteiten van Gent en Leuven in België onderzocht de genomen van honderden gisten die betrokken zijn bij het brouwen en het maken van wijn. Hun bottom line? Hybriden regel.

Bijvoorbeeld een kwart gisten verzameld uit industriële omgevingen, inclusief bier- en wijnproducenten, zijn hybriden.

Verbazingwekkend is dat sommige hybriden hun oorsprong vinden in drie of vier verschillende ouderlijke soorten. Waarom al deze hybridisatie? Vraagt ​​u zich misschien af. Net als de pils hybriden, deze nieuw ontdekte hybriden verschillen in wat ze graag eten en hoe snel ze groeien. Deze voorkeuren, die voortvloeien uit hybridisatie, beïnvloeden niet alleen hoe mensen ze gebruiken bij het brouwen, maar ook de smaakprofielen van de resulterende brouwsels.

Dit assortiment bierstijlen en smaken komt met dank aan brouwergisten en hun voorliefde voor hybridisatie. Brent Hofacker / Shutterstock.com

De mutanten in je kaas

Door de genomen van gedomesticeerde schimmels te vergelijken met hun wilde familieleden, begrijpen wetenschappers de genetische veranderingen die aanleiding gaven tot enkele favoriete voedingsmiddelen en dranken. Maar hoe hebben onze voorouders deze wilde schimmels eigenlijk gedomesticeerd? Niemand van ons was er om te getuigen hoe het allemaal begon. Om dit mysterie op te lossen, experimenteren wetenschappers met wilde schimmels om te zien of ze kunnen evolueren naar organismen die lijken op die we gebruiken om ons voedsel vandaag te maken.

Benjamin Wolfe, een microbioloog aan de Tufts University, en zijn team heeft deze vraag aangepakt door wild te worden Penicillium schimmel en de monsters gedurende één maand in zijn laboratorium laten groeien op een stof die kaas bevatte. Dat klinkt misschien als een korte periode voor mensen, maar het is er een die vele generaties beslaat voor schimmels.

De wilde schimmels zijn zeer nauw verwant met schimmelsoorten die door de kaasindustrie worden gebruikt bij het maken van Camembert-kaas, maar zien er heel anders uit. Wilde soorten zijn bijvoorbeeld groen en ruiken goed, beschimmeld in vergelijking met de witte en geurloze industriële soorten.

Kolonies van Penicillium-schimmel geïsoleerd uit een blauwe kaas. De witte kolonie is een gedomesticeerde versie van de wilde schimmel. Benjamin Wolfe, CC BY-SA

Voor Wolfe was de grote vraag of hij het proces van domesticatie experimenteel kon nabootsen. Hoe zagen en ruikten de wilde soorten na een maand groei op kaas? Opmerkelijk genoeg ontdekten hij en zijn team dat de wilde soorten aan het einde van het experiment veel meer leken op bekende industriële soorten dan op hun wilde voorouder. Bijvoorbeeld, ze waren wit van kleur en rook veel minder beschimmeld.

Schimmels spenderen veel energie aan het produceren van pigmenten en scherpe verbindingen waarmee ze kunnen concurreren en zichzelf kunnen verdedigen. Comfortabel leven op een kaasdieet en veilig voor roofdieren betekent dat het verliezen van het vermogen om bijvoorbeeld pigmenten te produceren, daadwerkelijk voordelig kan zijn. Dat komt omdat de bespaarde energie in plaats daarvan kan worden besteed aan de groei van de schimmelkolonie.

Maar hoe veranderde de wilde soort in een gedomesticeerde versie? Is het veranderd? Door de genomen van zowel de wilde voorouders als de gedomesticeerde nakomelingen te sequencen en de activiteit van de genen te meten tijdens het kweken op kaas, ontdekte Wolfe's team dat deze veranderingen gebeurde niet door mutaties in de genomen van de organismen. Ze zijn eerder waarschijnlijk doorgekomen chemische veranderingen die de activiteit van specifieke genen wijzigen maar verander de genetische code niet echt. Zo'n zogenaamde epigenetische modificaties kan veel sneller optreden dan mutaties. De weg naar domesticatie lijkt sneller te zijn dan eerder gedacht, wat misschien avontuurlijke kaasproducenten zal aanmoedigen om te gaan experimenteren met het domesticeren van wilde schimmels voor nieuwe smaken.

Terwijl u deze feestdagen geniet van uw favoriete eten en drinken, moet u een gedachte houden aan deze microscopische schimmels, hoe ze hun machtige krachten hebben ontwikkeld en hoeveel saaier onze wereld zonder hen zou zijn.

Over de auteur

Antonis Rokas, Cornelius Vanderbilt Voorzitter in Biological Sciences en hoogleraar Biological Sciences and Biomedical Informatics, Vanderbilt University

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

books_science