Drojdia de bere – cea mai bună prietenă a omului?

Berea, vinul, pâinea şi cozonacii pufoşi – că tot se apropie sărbătorile -, atâtea bunătăţi ale vieţii, n-ar fi putut exista fără umila drojdie. În vremuri mai recente, importante studii de biologie moleculară şi genetică s-au sprijinit tot pe acest microorganism. Iar clipele de glorie ale drojdiei, departe de a fi trecut, abia urmează să vină: modesta ciupercă microscopică a luat deja parte la studii de astrobiologie şi cine ştie ce perspective ştiinţifice măreţe îi va deschide viitorul…

Dar, mai întâi, ce sunt drojdiile? Sunt ciuperci (adică aparţin regnului Fungi) unicelulare, microscopice; se cunosc aproximativ 1.500 de specii. Unele dintre ele sunt patogene (pot produce îmbolnăviri), la plante, la animale sau la om: aşa sunt, de pildă, unele specii de Candida, (ce pot produce la om infecţii fungice numite candidoze) sau Cryptococcus neoformans , care provoacă maladia numită criptococoză, de obicei cu localizare pulmonară, dar care, la pacienţii cu SIDA, poate îmbrăca şi forme foarte grave, cerebrale, determinând meningite sau encefalite.

• Exoplaneta Trappist-1 b ar putea avea atmosferă, dezvăluie Telescopul Webb
• Inima celei mai vulcanice lumi din Sistemul Solar este mai solidă decât s-a crezut

Alte drojdii sunt inofensive pentru om – având totuşi roluri importante în ecosistemele în care trăiesc – şi, în fine, există şi specii de drojdii care aduc omului, în mod direct, foloase imense. Iar dintre toate, cea mai cunoscută, mai utlizată şi mai studiată este buna şi vechea noastră prietenă, drojdia de bere, pe numele ei ştiinţific Saccharomyces cerevisiae.

La microscop, drojdia de bere apare formată din celule rotunde sau ovoidale, cu diametrul de 5-10 micrometri. Se înmulţeşte în mod obişnuit printr-un proces numit înmugurire, pe o celulă apărând un „mugure” – o altă celulă, care apoi se desprinde şi devine independentă.

Însuşirea care ne-o face nouă atât de utilă este o particularitate a metabolismului ei: drojdia de bere trăieşte pe seama substanţelor dulci, a zaharurilor, pe care le descompune, cu ajutorul enzimelor proprii, printr-un proces numit fermentaţie alcoolică, din care rezultă alcool şi dioxid de carbon. Iar acestui proces îi datorăm existenţa în viaţa noastră a pâinii şi a gogoşilor, a vinului, berii şi a altor băuturi fermentate – o întreagă istorie culinară care face parte integrantă din istoria culturală a omenirii.

Chiar fără să ştie nimic despre metabolismul drojdiei, despre celule şi detalile procesului de fermentaţie, oamenii au descoperit de mult că „ceva” făcea berea şi vinul să fermenteze, iar aluatul de pâine să crească. Acel ceva erau drojdiile sălbatice, prezente în aer sau pe coaja bobului de strugure, de fapt mai peste tot în jur, şi care, odată ajunse într-un mediu prielnic pentru ele, – unul cu zaharuri multe – începeau să facă ceea ce ştiu ele să facă: procesul de fermentaţie, descompunând zaharurile şi producând alcool etilic şi dioxid de carbon. Cu timpul, oamenii au stăpânit tot mai bine aceste proces şi au renunţat în mare măsură la drojdiile sălbatice, la ora actuală recurgând, în general, la tulpini selecţionate de drojdii, produse industrial, după un standard riguros. Dar esenţa procesului a rămas aceeaşi, iar drojdiile sunt la fel de utile, economic şi cultural, civilizaţiei umane actuale, cum le erau şi civilizaţiilor vechi, de acum câteva milenii.

Săpăturile arheologice au scos la iveală dovezi ale utilizării unor procese de fermentaţie cu drojdii, pentru fabricarea berii şi a pâinii, încă de acum 4.000 de ani, în Egipt, şi indicii ale fabricării vinului încă de acum cel puţin 6 milenii în Georgia, Armenia, Grecia… Organismul care făcea posibile aceste procese – drojdia de bere – a fost observat la microscop în 1680 de către Anton van Leeuwenhoek, naturalistul olandez considerat „părintele microbiologiei”, inventator al microscopului şi primul om care a observat şi studiat organisme unicelulare. (Totuşi, în privinţa drojdiei se pare că s-ar fi înşelat niţel, deoarece, când a văzut celulele ei la microscop, a crezut că nu e vorba despre forme de viaţă. ci despre nişte formaţiuni globulare oarecare.) Rolul drojdiei în fermentaţie a fost lămurit abia în 1857, de genialul Louis Pasteur, care a explicat în lucrarea sa Mémoire sur la fermentation alcoolique că fermentaţia alcoolică era produsă de un organism viu, drojdia de bere, şi nu de un catalizator chimic, aşa cum credeau mulţi pînă la el.

De la brutărie la zborul spaţial

Iată câteva dintre utilizările tradiţionale ale drojdiei de bere, precum şi câteva dintre cele mai puţin cunoscute. Cele tradiţionale se înscriu, în general, în sfera alimentară, în vreme ce utilizările mai noi se leagă de folosirea drojdiei în studii de biologie celulară şi moleculară şi în cercetări de genetică, precum şi de astrobiologie.

Fabricarea vinului se bazează pe capacitatea drojdiei de bere de a fermenta zaharurile prezente în mod natural în zeama de struguri (must), transformându-le în alcool. Multă vreme lucrurile au fost lăsate în seama naturii, mustul fermentând datorită drojdiilor săbatice prezente în aer şi pe coaja boabelor de struguri. Dar rezultatele erau imprevizibile, cu toată grija podgorenilor, căci nu ştiai ce specii şi ce tulpini de drojdie nimeresc în vin. Astăzi, pentru a controla procesul şi a asigura vinurilor o calitate uniformă, se folosesc culturi pure de drojdii, anume selecţionate, cu proprietăţi bine cunoscute; acestea sunt mai „puternice” şi suprimă activitatea drojdiilor sălbatice, acţionând singure şi dând astfel un rezultat previzibil.

Fabricarea berii are la bază acelaşi fenomen: maltoza – un zahar prezent în mustul de bere – trece prin procesul de fermentaţie alcoolică, sub acţiunea enzimelor specifice din drojdie, rezultând alcool şi dioxid de carbon. (Aici puteţi citi un articol detaliat despre fabricarea berii.)

Aici trebuie specificat că la fabricarea berii (ca de altfel şi a vinului) se utilizează predominant, dar nu exclusiv, specia Saccharomyces cerevisiae, numită de noi drojdia de bere; în funcţie de tehnologia aleasă de fiecare producător, se mai pot utiliza şi alte specii de drojdii, precum Saccharomyces bayanus, Saccharomyces beticus, Saccharomyces pastorianus, Saccharomyces uvarum (pentru vin) şi diferite specii din genul Brettanomyces (pentru bere).

Pâinea dospită, cozonacii şi orice alte produse din aluat dospit se fac azi, în mare măsură, cu ajutorul aceleiaşi credincioase şi eficiente drojdii de bere, sub forma unor culturi pure, selecţionate. Din zaharurile prezente în aluat (care includ şi amidonul din făină, ce se descompune în glucoză care va fi apoi fermentată de drojdia de bere) iau naştere etanolul (alcool), şi dioxidul de carbon. Spre deosebire de fabricarea băuturilor alcoolice, unde etanolul (alcoolul etilic) este produsul urmărit, în fabricarea pâinii dioxidul de carbon e cel care joacă rolul important: bulele de dioxid de carbon sunt cele care „umflă” coca de pâine (procesul cunoscut sub numele de dospirea sau creşterea aluatului), rămânând prinse în reţeaua de proteine formată de gluten (proteinele din grâu ori secară); la copt, proteinele se coagulează, stabilizând reţeaua de gluten şi reţinând în ea bulele de gaz carbonic şi astfel rezultă textura pufoasă a aluatului dospit, care ne încântă aşa de mult pe noi.

Alte utlizări alimentare ale drojdiei de bere?

• drojdia alimentară (nutritional yeast se numeşte în limba engleză) este o drojdie de bere inactivată, apreciată mai ales de adepţii regimului vegetarian sau vegan, care folosesc drept aliment sau condiment aceşti „fulgi de drojdie”, cu un gust ce aminteşte de brânză sau alune. Are un conţinut bogat de vitamine B, de diverse tipuri (dar nu şi B12, foarte necesară organismului; de aceea, uneori se adaugă această vitamină – sub formă sintetică – la fulgii de drojdie, rezultând o drojdie alimentară îmbogăţită cu B12)
• extractul de drojdie, obţinut prin prelucrarea drojdiei de bere cu ajutorul unor enzime sau prin alte procedee se prezintă sub formă de lichid, pudră sau pastă, de culoare brună şi, datorită conţinutul său bogat de glutamat, se foloseşte adesea pentru a crea gustul umami – unul dintre gusturile recunoscute „oficial” astăzi, asociat oarecum senzaţiei gustative date de carne, dând astfel un gust mai plin, mai biogat, unor alimente care altfel ar fi mult mai fade. În unele ţări se consumă în mod obişnuit pastă pe bază de extract de drojdie, care se unge pe pâine (adesea peste unt, fiindcă e foarte sărată); un exemplu este Marmite, aliment tradiţional în Marea Britanie.

Dincolo de aceste utlizări tradiţionale, drojdiei de bere i s-au găsit, în timpurile mai recente, şi alte întrebuinţări, în sfera cercetărilor de biologie.

Astfel, drojdia de bere este unul dintre organismele utilizate ca model biologic de către oamenii de ştiinţă, pentru a studia organismele eucariote, în general (eucariote se numesc acele organisme ale căror celule au un nucleu – ce conţine materialul genetic – şi alte organite celulare delimitate de membrane; dintre eucariote face parte şi specia umană. Spre deosebire de ele, aşa-numitele procariote, cum sunt bacteriile, nu au nucleu, cromozomul lor – ce reprezintă materialul genetic – plutind liber în citoplasmă.)

Drojdia de bere este foarte uşor de cultivat în laborator şi este o celulă eucariotă simplă,care poate servi drept model pentru înţelegerea unor procese biologice precum diviziunea celulară, ciclul celular, recombinarea genetică, replicarea ADN-ului, mutaţii şi alte interacţiuni dintre gene, metabolismul. Aproximativ 31% dintre genele care există la drojdia de bere există şi la om. Multe proteine care există şi în organismul uman şi au roluri vitale în celulă (precum proteine implicare în ciclul celular, în procesele de semnalizare celulară sau diferite enzime) au fost descoperite iniţial la drojdia de bere.

Un domeniu interesant în care studiie pe drojdie de bere s-au dovedit fundamentale este cel al biologiei procesului de îmbătrânire, iar drojdia s-a dovedit un model foarte bun, cu ajutorul ei fiind lămurile multe aspecte genetice ale acestui fenomen.

În 1996, drojdia de bere S. cerevisiae a fost primul organism eucariot al cărui genom a fost secvenţiat integral. Astăzi, graţie progreselor tehnologiei, acest proces este mai uşor de realizat, într-un timp mai scurt (deşi nu e simplu nici acum), dar în anii 90 a fost nevoie de o muncă titanică pentru a realiza aşa ceva. Timp de 7 ani, peste 100 de laboratoare din lume au muncit pentru a duce la bun sfârşit acest proiect.

Cu cele peste 12 milioane de perechi de baze azotate ale genomului ei, constituind 6.275 de gene, organizate în 16 cromozomi, drojdia de bere era, la vremea respectivă, cel mai complex organism al cărui genom fusese secvenţiat. (De atunci şi până în 2012, au fost secvenţiate şi publicate genoamele a peste 30 de specii de drojdii, ca şi ale altor organisme mai evoluate. Cel mai recent succes în domeniu este descifrarea genomului complex al grâului, publicat în urmă cu câteva săptămâni.)

Iar anul trecut (2011), S. cerevisiae a fost inclusă printre alte probe de microorganisme trimise în spaţiu la bordul unei capsule spaţiale ruseşti Fobos-Grunt, în cadrul unui proiect numit Living Interplanetary Flight Experiment. Scopul experimentului era acela de a afla dacă anumite forme de viaţă terestre ar putea supravieţui unei călătorii de mai mulţi ani prin spaţiul cosmic. Era o modalitate de a studia unul dintre aspectele transpermiei, ipoteza conform căreia unele forme de viaţă ar fi putut supravieţui călătoriilor inteplanetare dacă ar fi fost protejate în interiorul unior roci desprinse dintr-o planetă, în urma unui impact, şi ar fi ajuns pe o altă planetă, unde ar fi găsit condiţii bune de dezvoltare. Zborul interplanetar urma să dureze trei ani, la capătul cărora capsula urma să fie recuperată şi eventualii supravieţuitori analizaţi. N-a ieşit chiar cum se nădăjduia, deoarece capsula n-a reuşit să iasă de pe orbita terestră şi a reintrat în atmosferă, angajându-se într-o prăbuşire necontrolată, şi pierzându-se în apele Oceanului Pacific, în luna ianuarie a anului 2012.

Dar aceasta a fost doar o încercare, vor urma şi altele, poate reuşite, iar drojdia de bere va fi din nou vedeta astrobiologică a acestor studii, luând parte la explorarea cosmosului şi devenind astfel părtaşă (şi) la aventura spaţială a omenirii.