Acabo de regresar de Santa Cruz (Valle de Colchagua) donde se celebró el XXXI Congreso de la Sociedad Chilena de Microbiología y les comentaré algunas de las verdades microbiológicas que se ocultan detrás del vino. Estas verdades no solo las aprendí de las charlas de Eduardo Agosín y Sylvie Dequin en el simposio de microbiología sino que afortunadamente las pude comprobar con ellos catando los mejores ejemplares de la zona.

Pablo Neruda alguna vez escribió “El vino abre las puertas con asombro y en el refugio de los meses vuelca su cuerpo de empapadas alas rojas“. Para mi asombro, en una hermosa tarde de diciembre en Colchagua, el vino me abrió las puertas para una dia maravilloso. Aprendí del trabajo de unos colegas científicos que intentan descifrar y dominar lo que sucede durante “el refugio de los meses” que mencionaba Neruda y.para mi fortuna, el dia culminó con las mejores “alas rojas” que jamás me hayan empapado.

El vino es una bebida obtenida de la uva (variedad Vitis vinifera) mediante la fermentación alcohólica producida por la acción metabólica de las levaduras que transforman los azúcares del fruto en alcohol etílico y gas en forma de dióxido de carbono.

Si bien nadie discute la importancia de las levaduras en este proceso, nunca ha sido un blanco enológico para los mejoramientos del vino. El terroir, la exposición a la madera y la combinación de distintas variedades son las variantes preferidas por los enólogos para expresar sus ideas en el vino.

¿Por qué las levaduras no han tenido tanto protagonismo entre los enólogos?

En los 34 años que lleva mi padre y en los 12 que llevo yo en la elaboración de vinos, nunca una levadura comercial de calidad alteró las propiedades organolépticas del vino, nos confesó Aurelio Montes (hijo) enólogo de Viña Montes, una de las más embleméticas de Colchagua y de Chile. Es decir, siempre que se utilice alguna cepa reconocida de levadura vinifera, se lograrán buenas fermentaciones. Solo en el caso de la elaboración de los vinos blancos utilizamos una cepa diferente pues soporta mejor las bajas temperaturas que se utilizan en la fermentación de los mismos.

¿Es posible mejorar la calidad de los vinos mejorando las cepas de las levaduras o conociendo detalladamente todos los factores que influyen en la fermentación alcohólica?

Eduardo Agosin y Sylvie Dequin piensan que si y su trabajo demuestra que muchos aspectos importantes en la elaboración de los vinos como el contenido final de alcohol, glicerol y otros compuestos secundarios que aporten organolépticamente, pueden ser controladas modificando genéticamente las levaduras y/o estudiando desde un punto de vista global el trabajo que hacen las levaduras en diferentes condiciones fermentativas.

La levadura Saccharomyces cerevisiae es la encargada no solo de la elaboración del pan sino también del vino, sin embargo la variedad de la levadura “panera” que se utiliza en la elaboración del pan no puede ser utilizada en la elaboración de los vinos.

¿Por qué si son cepas de una misma especie no pueden ser utilizadas indistintamente? ¿Tienen alguna diferencia a nivel genómico?

Para responder esta pregunta el grupo de Sylvie Dequin secuenció completamente el genoma una de la levaduras comerciales que más se utiliza en la elaboración de los vinos, S. cerevisiae EC1118. Aunque muy parecidas de manera general, esta levadura diferían notablemente de las otras cepas de S. cerevisiae de laboratorio particularmente en 3 grandes regiones únicas. Curiosamente, estas regiones incluian 34 genes implicados en funciones claves de la fermentación del vino.

También demostraron que uno de estas regiones se originó a partir de una especie estrechamente relacionada con el género Saccharomyces, mientras que la otra de las regiones provenia de Zygosaccharomyces bailii, un contaminante principal de la fermentación del vino. Esta evidencia demostró la transferencia horizontal de genes entre especies de diferentes géneros que comparten un mismo nicho. Estos resultados apuntan a que el genoma de la levadura del vino esta en constante evolución a través de la adquisición de genes foráneos. Esto le ha permitido adaptarse a las condiciones que se dan en la fermentación vitivinícola como la alta concentración de azúcares y alcohol, la presencia de sulfitos y la ausencia de nitrógeno. En palabras de Eduardo Agosin “Estas cepas de levaduras son microorganismos transgénicos naturalemente, han adquirido fragmentos de ADN de individuos de otra especie”

¿Qué beneficios tiene el conocimiento del genoma de la levadura del vino?

El grupo de Sylvie Dequin ha utilizado esta información para modificar genéticamente las levaduras con el objetivo de lograr, por ejemplo, tener levaduras que al concluir la fermentación y logren una menor concentración de alcohol y/o una mayor cantidad de glicerol. Ambos aspectos muy deseados para obtener vinos de buena calidad.

Por su parte el grupo de Eduardo Agosin, director del Centro de Aromas de la Pontificia Universidad Católica de Chile ha aprovechado la secuenciación del genoma de la levadura del vino para estudiar las diferencias entre las cepas de laboratorio y las vínicas durante los procesos fermentativos mediante la biología de sistemas.

Un trabajo de este grupo demostraró que las diferencias de temperatura en la fermentación (15ºC y 30ºC) influyen fuertemente en el metabolismo del nitrógeno, en la respuesta al estrés térmico y en los niveles de trehalosa. Las respuestas diferenciales entre las cepas se centraron en la absorción del azúcar, el metabolismo del nitrógeno, y curiosamente en la expresión de los genes relacionados con las propiedades organolépticas.

Estos  estudios proporcionan una visión global de cómo los factores ambientales y las características genéticas de las levaduras pueden influir no solo en convertir el azúcar en alcohol, sino también de aportar en las propiedades organolépticas deseadas en los vinos de calidad.

Referencias

Novo M, Bigey F, Beyne E, Galeote V, Gavory F, Mallet S, Cambon B, Legras JL, Wincker P, Casaregola S, Dequin S. Eukaryote-to-eukaryote gene transfer events revealed by the genome sequence of the wine yeast Saccharomyces cerevisiae EC1118. Proc Natl Acad Sci USA. 2009; 106(38):16333-8. Epub 2009 Sep 9.

Pizarro F., Jewett M., Nielsen J., Agosin E. (2008) Growth temperature exerts a differential physiological and transcriptional response in laboratory and wine strains of Saccharomyces cerevisiae. Applied and Environmental Microbiology, 74, 20, 6358-6368

Los científicos han observado este mismo sexo en el modo de reproducción de otros hongos como Criptococcus neoformans, pero esta es la primera vez que se han identificado en Candida albicans, la más levadura más común encontrada en los humanos en las enfermedades causadas por hongos patógenos.

“Este descubrimiento realmente nos sorprendió”, dijo Richard Bennett, profesor asistente de biología en el Departamento de Microbiología Molecular e Inmunología de la Universidad de Brown. “Candida albicans tiene dos tipos de apareamiento (“sexos”) – “a” y  “alfa” – y se supone que el apareamiento sólo puede ocurrir entre estos dos tipos de células con diferente tipo de apareamiento. Ahora sabemos que existe un mecanismo de acoplamiento entre el mismo sexo, y por tanto, podrían ser más frecuentes en esta especie que lo anteriormente reconocido “.

Los detalles se destacan en la edición de agosto 2009 la revista Nature.

Bennett dijo que su laboratorio aprendió que los mecanismos de reproducción sexual para Candida albicans son más variadas e interesantes que lo que se pensaba. Los investigadores también demostraron que el mecanismo por el cual las parejas del mismo sexo se apareaban era impulsada por altos niveles de las feromonas de apareamiento.

Bennett considera que las conclusiones de su laboratorio que sugieren que el sexo puede tener lugar dentro depoblación un unisexual – una vez que la población piensa que es completamente asexual, ya que sólo tienen uno de los dos sexos. Esto puede aumentar las posibilidades de sexo en las poblaciones naturales de las células de Candida.

En la naturaleza existen muchas especies que sólo tienen un sexo. “Estamos tratando de demostrar que estas especies de un solo sexo tienen el mismo mecanismo de señalización de feromonas que hemos descubierto en Candida albicans,” dijo Bennett.

Los investigadores que llevan a cabo su estudio utilizaron 19 especímenes, o aislamientos de Candida albicans, durante los dos años del proyecto. Estos resultados del laboratorio de Bennett sugieren, junto al caso del apareamiento entre parejas del mismo sexo en Cryptococcus neoformans, un mecanismo común de los hongos patógenos en humanos. Esta especie de C. neoformans no está relacionada con Candida albicans, lo que sugiere el apareamiento del mismo sexo se ha desarrollado en dos diferentes patógenos.

Esta unión de especies del mismo sexo pueden sin dudas ser un mecanismo muy importante para la patogénesis microbiana.

Referencia

Alby et al. Homothallic and heterothallic mating in the opportunistic pathogen Candida albicans. Nature, 2009; 460 (7257): 890 DOI: 10.1038/nature08252

Christopher Voigt y sus colegas notaron en nuevo estudio que el uso de los residuos de cultivos para producir halogenuros de metilo es una de las formas más atractivas  para transformar la biomasa en combustibles líquidos y materias primas químicas derivados del petróleo. Las plantas y los microbios producen metil haloideos naturalmente, pero en cantidades demasiado pequeñas para su uso comercial.

Mediante el uso de una base de datos de 89 genes de plantas, hongos y bacterias conocidas para producir halogenuros de metilo, los investigadores identificaron los genes que son los más susceptibles de producir los más altos niveles de estas sustancias. Los científicos entonces introdujeron estos genes en la levadura de la cerveza (Saccharomyces cerevisiae) – utilizada también en la elaboración de la cerveza y el vino – de modo que la células de la levadura producen los haluros de metilo en lugar de alcohol.

En los estudios de laboratorio, los dos microbios genéticamente modificados estimulan la producción de haluros de metilo desde mijo, cáscaras de mazorca de maíz, residuos de caña de azúcar y madera de álamo a altos niveles con potencial comercial.

Referencia:

Bayer et al. Synthesis of Methyl Halides from Biomass Using Engineered Microbes. Journal of the American Chemical Society, 2009; 131 (18): 6508 DOI: 10.1021/ja809461u