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Desarrollan cerveza sustentable con sabor a lúpulo utilizando solamente levaduras biotecnológicas

La cerveza “hoppy” (elaborada con lúpulo) está de moda entre los cerveceros artesanales y los amantes de la cerveza, y ahora biólogos de UC Berkeley, Estados Unidos, han ideado una manera de crear su sabor y aroma único sin utilizar el lúpulo.

Los investigadores desarrollaron cepas genéticamente modificadas (GM) de levadura de cerveza que no solo fermentan la cerveza, sino que también proporcionan dos de las notables notas de sabor proporcionadas por el lúpulo. En pruebas de sabor de doble ciego, los empleados de Lagunitas Brewing Company en Petaluma, California, caracterizaron a la cerveza hecha con cepas GM como más “lupulada” que una cerveza control hecha con levadura común y lúpulo Cascade.

[Recomendado: Levadura transgénica podría reemplazar al lúpulo en la cerveza para ahorrar agua]

Bryan Donaldson, gerente de innovaciones en Lagunitas, detectó notas de “bucles de fruta” y “flor de azahar” sin sabores desagradables.

¿Por qué los cerveceros querrían usar levadura en lugar de lúpulo para impartir sabor y aroma? Según Charles Denby, uno de los dos primeros autores de un estudio que apareció esta semana en la revista Nature Communications, el cultivo de lúpulo usa mucha agua, sin mencionar los fertilizantes y la energía para transportar el cultivo, todo lo cual se podría evitar usando levadura para hacer un brebaje avanzado con sabor a lúpulo. Una pinta de cerveza (473 ml) artesanal puede requerir 50 pintas (23.6 L) de agua simplemente para cultivar el lúpulo, que son las flores secas de una planta trepadora.

Científicos de UC Berkeley han encontrado una manera de evitar los lúpulos (costosos, variables y que requieren mucha agua) al dotar a la levadura de la capacidad de crear un sabor a lúpulo. Video de Roxanne Makasdjian y Stephen McNally, UC Berkeley.

“Mi esperanza es que si podemos utilizar la tecnología para hacer una gran cerveza que se produce con un proceso más sostenible, la gente abrace eso”, dijo Denby.

Los componentes sabrosos del lúpulo, o aceites esenciales, también son muy variables de un año a otro y de campo a campo, por lo que el uso de una levadura estandarizada permitiría la uniformidad del sabor. Y el lúpulo es caro.

Denby, un ex becario postdoctoral de la Universidad de Berkeley, ha lanzado una start-up llamada Berkeley Brewing Science con Rachel Li, la segunda primera autora del estudio y candidata a doctorado de UC Berkeley. Esperan comercializar levaduras GM de lúpulo a cerveceros, incluidas cepas que contienen más componentes naturales del sabor del lúpulo, y crear otras cepas que incorporan nuevos sabores vegetales no típicos de la cerveza elaborada a partir de ingredientes canónicos: agua, cebada, lúpulo y levadura.

Usando tijeras de ADN

Las cepas de levadura modificadas se alteraron usando CRISPR-Cas9, una herramienta de edición de genes simple y económica inventada en UC Berkeley. Denby y Li insertaron cuatro genes nuevos más los promotores que regulan los genes en la levadura de cerveza industrial. Dos de los genes codifican enzimas (linalool sintasa y geraniol sintasa) que producen componentes de sabor comunes a muchas plantas. En este caso, los genes provienen de la menta y la albahaca, respectivamente. Los genes de otras plantas que se informó que tenían actividad tipo linalool sintasa, como el olivo y la fresa, no fueron tan fáciles de utilizar.

Los otros dos genes eran de levadura y aumentaron la producción de moléculas precursoras necesarias para producir linalool y geraniol, los componentes del sabor a lúpulo. Todos los componentes genéticos (el gen de Cas9, los cuatro genes de levadura, menta, albahaca y promotores) se insertaron en la levadura en un diminuto plásmido circular de ADN. Las células de levadura luego tradujeron el gen Cas9 a las proteínas Cas9, que cortan el ADN de la levadura en puntos específicos. Las enzimas reparadoras de levadura luego se empalman en los cuatro genes más los promotores.

Los investigadores utilizaron un programa de software especialmente diseñado para obtener la combinación correcta de promotores para producir linalool y geraniol en proporciones similares a las proporciones en cervezas comerciales producidas por Sierra Nevada Brewing Company, que opera una sala de agua no lejos de la star-up.

Luego le pidieron a Charles Bamforth, una autoridad de cerveza y malta en UC Davis, que elaborara una cerveza de tres de las variedades más prometedoras, usando lúpulo solo en la etapa inicial de elaboración de la cerveza, el mosto, para obtener la amargura sin el sabor a lúpulo. El sabor del lúpulo fue suministrado solo por las nuevas cepas GM de levadura. Bamforth también preparó una cerveza con levadura estándar y lúpulo, y le pidió a un ex alumno, Lagunitas Donaldson, que realizara una prueba ciega de comparación de sabor con 27 empleados de cervecería.

“Esta fue una de nuestras primeras pruebas sensoriales, por lo cual ser calificada como más ‘lupulada’ que las dos cervezas que eran de variedades secas de lúpulo convencional fue muy alentador”, dijo Li.

De combustibles sostenibles a cerveza sostenible

Denby llegó a UC Berkeley para trabajar en combustibles de transporte sustentables con Jay Keasling, un pionero en el campo de la biología sintética y profesor de ingeniería química y biomolecular. La estrategia desarrollada por Keasling es hacer que los microbios, principalmente las bacterias y las levaduras, incrementen su producción de moléculas complejas llamadas terpenos, y luego se insertan los genes que convierten estos terpenos en productos comerciales. Estos microbios pueden producir sustancias químicas como el fármaco antipalúdico, la artemisinina, los combustibles como el butanol y los aromas y sabores utilizados en la industria cosmética.

Pero el proyecto de elaboración de cerveza “me encontró”, dijo Denby

“Empecé una cervecería artesanal en casa por curiosidad con un grupo de amigos mientras comenzaba en el laboratorio de Jay, en parte porque disfruto de la cerveza y en parte porque estaba interesado en los procesos de fermentación”, dijo. “Descubrí que las moléculas que le dan al lúpulo su sabor a lúpulo son moléculas de terpeno, y no sería demasiado difícil pensar que podríamos desarrollar cepas que producen terpenos en las mismas concentraciones que se obtienen cuando se hace cerveza y les agrega el sabor a lúpulo”.

El último gancho fue que una cepa de levadura lupulada haría que el proceso de elaboración de la cerveza fuera más sostenible que el uso de lúpulo producido en la agricultura, que es un producto muy intensivo en recursos naturales, dijo.

“Comenzamos nuestro trabajo en ingeniería genética de microbios para producir isoprenoides, como sabores, fragancias y artemisinina, hace unos 20 años”, dijo Keasling. “Al mismo tiempo, estábamos construyendo herramientas para controlar con precisión el metabolismo. Con este proyecto, podemos utilizar algunas de las herramientas de otros y desarrollamos para controlar con precisión el metabolismo para producir la cantidad justa de sabores de lúpulo para la cerveza”.

Denby y Li primero tuvieron que superar algunos obstáculos, como aprender a modificar genéticamente la levadura de cerveza comercial. A diferencia de la levadura utilizada en los laboratorios de investigación, que tienen un conjunto de cromosomas, la levadura de cerveza tiene cuatro conjuntos de cromosomas. Descubrieron que necesitaban agregar los mismos cuatro genes más promotores a cada conjunto de cromosomas para obtener una cepa estable de levadura; si no, a medida que la levadura se propaga, pierden los genes agregados.

También tuvieron que averiguar, a través de análisis computacionales realizados por Zak Costello, qué promotores producirían las cantidades de linalool y geraniol en el momento adecuado para aproximarse a las concentraciones en una cerveza hoppy, y luego aumentar la fermentación por un factor de aproximadamente 100 de cantidades del tubo de ensayo a calderas de 40 litros.

Al final, pudieron beber su proyecto de investigación, y continúan haciéndolo en su star-up, ya que fermentan lotes de cerveza para probar nuevas cepas de levadura.

“Charles y Rachel han demostrado que usar las herramientas adecuadas para controlar la producción de estos sabores puede dar como resultado una cerveza con un sabor a lúpulo más consistente, incluso mejor de lo que la naturaleza puede hacer por sí misma”, dijo Keasling.

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1 Comment
  • Chilebio
    15 junio, 2018 at 6:46 pm

    qwadas

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