啤酒基因组学：几百年间人类如何驯化啤酒酵母

9月11日消息，勒芬大学遗传学家对近二百多株啤酒酿造细菌进行测序，揭示了酵母进化。而经过基因改造的啤酒风味更佳。

遗传学家对啤酒对将近两百株啤酒酿造酵母菌进行测序。揭示了几百年间人类驯化野生酵母细菌，以产生各种美酒的历史。

酵母是将糖类发酵成酒精和二氧化碳，并产生气泡，它也产生了一些类似香蕉或者丁香的味。酿酒酵母产生代谢产物的多少各异，而且对酒精的容忍度也不尽相同。

为了弄清楚是什么造就这些不同，勒芬大学遗传学家Kevin Verstrepen和弗兰德斯生物技术研究所领导的团队对157种酿酒酵母菌进行了基因测序。这些酿酒酵母菌能用于酒，日本米酒和面包的制造。本研究的详细介绍见9月8日的细胞（Cell）论文。

酵母菌数的进化树表明了用于制造葡萄酒，面包和日本米酒等菌属之间的亲缘关系，以及两株关系较远用于制造麦芽酒的菌属。所测试的酵母菌来自比利时，德国，英国和美国。

这本麦芽酒菌属的百科全书将会造福研究者们，美国威斯康星–麦迪逊大学的进化遗传学家Chris Hittinger这样评价该项工作。而Verstrepen的团队也正在利用基因组学快速生产一种新型啤酒酵母。

古老的酒类饮料

啤酒是人类最古老的酒类饮料之一。在五千年前苏美尔人石碑上就描述了一种小桶，和后来出现的爱尔兰、中国北部的小桶相似，人们在这种桶里盛放酿酒残渣，如大麦和其他发酵产物。Verstrepen据此推测，最早的现代酿酒技术应该有几千年历史。

他的团队却发现人类酿酒技术开始于十六世纪后期和十七世纪早期。他称这项发现，与期酿酒技术从家庭转向酒店或修道院，相一致。他猜测，早期的专业酿酒师携带酵母周游欧洲，甚至带到了新世界，如美国。因为美国的酿酒酵母和英国酵母菌很相似。

Verstrepen还推测，在十九世纪后期之前，啤酒酿造商并没有特意的筛选酵母菌；当时的人们在酿造一批新啤酒之前，对沉积物进行处理时，无意间改良了酿酒酵母菌。人们无意中缓慢地优化了酿酒酵母菌，使其效果、风味更佳。

而由新里斯本大学进化遗传学家Paulo Sampaio开展的独立研究，也得出了许多与Verstrepen相同的结论。Verstrepen对28种酿酒，酵母菌进行测序，其研究结果将于下个月发表在当代生物（Current Biology）

不过Hittinger称他不确定Verstrepen研究中“驯养后的啤酒酵母出现在十七世纪”这一结论。该结论是根据酵母菌的DNA突变速率，而与其他研究相比，该研究中的突变速率快了五十倍；如果研究改用慢一点的突变速率，驯化后的酵母出现时间会更早一点。Verstrepen坚持这一结论，因为他认为生活在酒精中的酵母，突变速率非常快，所以他不认为50倍的速率有何异常。

基因改造的啤酒

尽管所有的工业酵母都受人类影响，酿酒酵母菌无疑是受到最大影响。酿酒菌属携带啤酒的主要糖类麦芽糖和麦芽三糖相关的基因变异和重复。

大多数的酿酒酵母都会经过变异，以限制乙烯基愈创木酚(4-VG)的产生。这种物质充满了丁香和烟味儿，而大多数的饮酒者都不喜欢这个味道。不过也有一个例外，那就是德国小麦啤酒，以这种丁香味出名。这些酿酒酵母中含有一小片DNA，可产生4-VG，这基因可能来源于葡萄酒酵母菌。

Verstrepen认为这些酿酒酵母菌是麦芽糖菌属和葡萄酒酵母菌的杂交结合体，前者从而获得了产生丁香味道物质的能力。

除了学术发现外，这项新菌株的发现，也许会震惊啤酒制造业。Verstrepen的实验室正在培育不同的酵母菌，并选择某一特定的基因突变杂交体，在这篇论文中她们就发现了一种杂交酵母菌具有很高的耐酒精能力并且不产生4-VG。

他的实验室还培育出一种基因改造酵母菌可产生香蕉味道的物质，不过他只能借助传统的啤酒厂。而家庭啤酒酿造商Loren Miraglia为本论文提供了一些经过测序的酵母菌属，他就考虑过利用基因编辑工具来改良酵母菌。不过他怀疑消费者们是否接受CRISPR基因编辑后的啤酒。

Hittinger甚至希望啤酒瓶上会有4-VG含量的信息。4-VG含量可根据PAD1和FDC基因突变来测量出来。“4-VG是我最讨厌的味道，我希望在点啤酒之前检查下PAD1和FDC1的状态，来决定我要不要这瓶啤酒。”