Estabilidad Genética De La Levadura

La aparición de la levadura de cerveza domesticada

La levadura cervecera moderna es el resultado de milenios de crianza selectiva. El lento proceso de domesticación, desde las fermentaciones espontáneas de cereales en cerámicas neolíticas hasta las macrocervecerías modernas de acero inoxidable, ha dado lugar a una especie de levadura muy diferente de sus antepasados salvajes.

El resultado de esta domesticación es que la especie Saccharomyces cerevisiae se ha adaptado bien a nichos de entorno creados por el ser humano que no existen en la naturaleza. A diferencia de la levadura salvaje, el genoma de S. cerevisiae suele ser bastante «desordenado», resultado de la selección artificial y las presiones ambientales en entornos creados por el hombre, como las cervecerías. Un ejemplo común de estas adaptaciones es la pérdida de los genes funcionales PAD1 y FDC1, que en su forma funcional son responsables de la producción de sabores fenólicos «POF» en la cerveza.

Además, las especies domesticadas de Saccharomyces han desarrollado mecanismos únicos para metabolizar rápidamente carbohidratos complejos como la maltotriosa, una valiosa fuente de energía que se encuentra en el mosto de cerveza y que no suele ser metabolizada por las levaduras salvajes. Otras características únicas, como un número anormal de cromosomas, la presencia común de homocigotos (cuando hay genes idénticos diferentes cromosomas) y la incapacidad para aparearse y someterse a la reordenación meiótica a través de la esporulación, contribuyen a que S. cerevisiae domesticada nos resulte tan útil para la producción de cerveza.

Cerveza consistente gracias a la estabilidad genética de la levadura

No se puede subestimar la utilidad de la domesticación de levaduras para los cerveceros modernos. Estas adaptaciones tienen un enorme costo biológico, a menudo dificultando la reproducción sexual de las levaduras cerveceras domesticadas, lo que disminuye aún más su capacidad de adaptación y evolución a diferentes condiciones ambientales. Esto hace que la levadura domesticada sea menos competitiva en la naturaleza, pero extremadamente útil para un cervecero, ya que esta estabilidad genética conduce a un rendimiento de fermentación constante.

En la práctica, la «estabilidad genética» minimiza los cambios observables en el rendimiento y el sabor de la fermentación durante un uso industrial común, aunque acumula mutaciones lentamente durante un uso prolongado. Se trata de un rasgo muy deseable de las levaduras cerveceras y clave para su capacidad de producir resultados consistentes y confiables, de un lote a otro.

La deriva genética es inevitable

Aunque las levaduras cerveceras son resistentes al cambio, también es importante comprender que las mutaciones genéticas son inevitables. Cada vez que una célula se divide, existe la posibilidad de que se produzca un error al replicar el ADN, lo que puede alterar el comportamiento de la nueva célula. Cuando se propaga una levadura para su uso en la elaboración de cerveza, la población aumenta en más de seis órdenes de magnitud, pasando de unos pocos cientos de células por mililitro de mosto a mil millones de células por mililitro (¡o más!). Cuando miles de millones de células se dividen, viven, metabolizan, etc., las mutaciones no son sólo una posibilidad, sino algo inevitable. Afortunadamente, la mayoría de las mutaciones no alteran el comportamiento deseado de la levadura. Pero, en ocasiones, se produce una mutación en una vía metabólica importante que afecta a todo el proceso de elaboración de la cerveza de forma imprevista.

Estabilidad genética durante la producción de levadura

Así pues, dado que la deriva genética es inevitable, ¿qué podemos hacer para garantizar un rendimiento constante de la levadura? ¡Afortunadamente podemos hacer mucho! Como productores de levadura, gestionamos cuidadosamente nuestra colección de cultivos para garantizar la estabilidad a largo plazo de nuestras cepas de levadura mediante pruebas y documentación rigurosas.

Caracterización de las cepas

Cuando se aisla o desarrolla una nueva cepa, se somete a una prueba de apareamiento para determinar su capacidad de esporulación y apareamiento. La documentación de la capacidad de apareamiento puede proporcionar información valiosa sobre las posibilidades de que se produzcan apareamientos o reordenamientos cromosómicos espontáneos en la cervecería. También nos da la oportunidad de explorar el desarrollo de nuevas cepas mediante hibridación.

Actualmente, existen dos métodos principales para desarrollar cepas nuevas: la hibridación y la bioingeniería. La hibridación es un proceso complejo que, si se realiza de forma incorrecta, puede provocar una disfunción de todo el genoma, lo que da lugar a un organismo genéticamente inestable y totalmente inadecuado para la elaboración de cerveza u otras aplicaciones industriales. Los mismos conceptos se aplican a la levadura obtenida por bioingeniería, ya que las modificaciones genéticas pueden reducir la aptitud del organismo e introducir una presión selectiva contra esta modificación. Para garantizar que el organismo resultante pueda integrar plenamente cualquier cambio introducido en su genoma y transmitir con éxito estos rasgos a las generaciones siguientes sin pérdida de función, es necesario realizar cuidadosos filtros y selecciones de la descendencia. En nuestros laboratorios, el rigor con el que se prueban los rasgos novedosos en la levadura obtenida por bioingeniería supera a menudo las 100 generaciones microbianas, lo que equivale aproximadamente a 25 reutilizaciones en una cervecería.

Almacenamiento y gestión del banco de levaduras

Los bancos de cepas de levadura se almacenan a largo plazo en estado latente a temperaturas criogénicas de ≤ -150°C, lo que garantiza que las mutaciones aleatorias se mantengan al mínimo. Estos bancos criogénicos de levadura sirven como copia de seguridad para que las cepas nunca se pierdan en caso de una catástrofe. Todos los cultivos comerciales derivan de nuestro banco y se gestionan cuidadosamente para minimizar el número de generaciones a partir del cultivo original, para garantizar consistencia en la producción. En estas condiciones, se espera que no se produzcan cambios importantes en el genoma. No obstante, nuestro equipo de colección de cultivos realiza secuenciaciones genéticas rutinarias de nuestras cepas para monitorear la posible aparición de cambios genéticos durante el almacenamiento. Esto puede lograrse mediante la secuenciación inicial de todo el genoma cuando el cultivo se almacena por primera vez, y luego la secuenciación rutinaria del subgenoma de las vías metabólicas importantes.

Control de calidad en la producción de levadura

Durante la producción de levadura, cuando la división celular es elevada, nuestras plantas de producción vigilan secciones clave del genoma de las levaduras mediante secuenciación genética. Al minimizar las presiones selectivas durante el proceso de propagación, nos aseguramos de que la levadura seca Lallemand Brewing Premium sea genéticamente consistente de una producción a otra, lista para su uso y posterior reutilización. Aunque los cambios genéticos son inevitables en cualquier sistema biológico, mitigamos ese riesgo mediante un riguroso control de la calidad. A través de una gestión cuidadosa de nuestra colección de cultivos de levadura, nos aseguramos de que cuando un cultivo comienza
a cambiar de manera indeseable, seamos capaces de proporcionar un cultivo fresco con el perfil genético original deseado.

Monitoreo de la deriva genética en la cervecería

A pesar de la estabilidad inherente a cualquier cepa de levadura que saquemos al mercado, el cambio genético es inevitable. El estrés de una fermentación normal de cerveza dará lugar a un nivel muy bajo de deriva genética en el cultivo de levadura. La mayoría de las cervecerías no están equipadas para secuenciar el ADN o gestionar adecuadamente un banco de cultivos de levadura. Entonces, ¿qué puedes hacer como cervecero para gestionar el riesgo habitual de deriva genética en la levadura?

Para garantizar una cerveza de alta calidad constante, vigila la levadura para detectar cualquier cambio en su rendimiento a lo largo del tiempo. Los cambios en la cinética de fermentación, la fase de latencia y la atenuación pueden indicar que la levadura tiene una capacidad reducida para importar y metabolizar determinados azúcares. Las colonias pequeñas en placas de agar pueden indicar «mutaciones petites», que resultan de alteraciones en el ADN mitocondrial. Los cambios en el perfil sensorial podrían indicar mutaciones en una de las muchas vías bioquímicas implicadas en la producción o el metabolismo de ésteres, compuestos fenólicos, alcoholes superiores, compuestos azufrados y diacetilo. Es importante vigilar de cerca la floculación, ya que la cosecha repetida de levadura del cono o de la superficie de la cerveza puede cambiar el comportamiento de floculación. La cosecha del cono seleccionará las células de sedimentación rápida, mientras que la cosecha de la superficie seleccionará las células que prefieren permanecer en la parte superior del tanque. Como siempre, analiza si hay contaminación por levaduras salvajes o bacterias y examina la levadura al microscopio para evaluar la viabilidad y la morfología de las células. Minimiza el riesgo limitando el número de reutilizaciones (5-8 como máximo) y restablece tu cultivo con una levadura pura de primera generación si tienes alguna duda sobre el rendimiento de la levadura reutilizada. Siguiendo las mejores prácticas de manejo y reutilización de la levadura conseguirás una cerveza de alta calidad constantemente.