Как мухи на пиво

Фото: Matthias Schrader / AP

Пивные дрожжи используют фруктовых мушек в качестве «извозчиков», заманивая их при помощи фруктового аромата

Александр Телишев

9 октября, 2014 20:30

7 мин

Характерный аромат пива и других напитков, полученных путем брожения, обязан своим происхождением любопытной стратегии выживания, которую используют пивные дрожжи. Как выяснили бельгийские биологи, эти грибки научились имитировать запах зрелых плодов. Ароматом они привлекают внимание плодовых мушек-дрозофил, на ножках которых их споры перемещаются на новое место обитания. Как показывает многовековая история человечества, этот запах одинаково эффективно привлекает не только мух, но и людей. О том, как ученые раскрыли эту тайну пива, рассказывает Институт биотехнологий Фландрии.

«Два, казалось бы, абсолютно не связанных друг с другом вида, мухи и дрожжи, выработали сложную и интересную систему симбиоза, основанную на различных запахах. Мухи питаются дрожжами, а последние используют способность дрозофил передвигаться на большие расстояния», — рассказывает автор открытия Кевин Верстрепен из Католического университета Лёвена (Бельгия).

Как признаются сами ученые, это открытие не совсем соответствует их профилю — Верстрепен и его коллеги — генетики. В последние 15 лет они практически неотрывно занимались изучением различных участков ДНК в геноме дрозофил, которые отвечают за работу их органов чувств и нервной системы. И, как это часто бывает, бельгийские ученые переключились на новую для себя сферу и совершили необычное открытие благодаря воле случая и халатности сотрудников других лабораторий.

«Когда я вернулся в лабораторию после выходных, я обнаружил, что одна из склянок со зловонной культурой дрожжей кишела фруктовыми мушками, которые сбежали из соседней с нами генетической лаборатории. При этом стоявшая рядом пробирка с мутантным штаммом дрожжей, из ДНК которых был удален ген запаха, не привлекала внимания насекомых», — вспоминает генетик.

Это происшествие заставило Верстрепена вспомнить молодость — в самом начале своей карьеры, будучи аспирантом, он изучал не мушек-дрозофил, а пивные дрожжи (Saccharomyces cerevisiae). В те времена его интересовало то, как грибки влияют на вкус вина и пива. Во время этих исследований он заметил, что те молекулы, которые вырабатывают грибки, очень похожи по запаху и структуре на летучие вещества, присутствующие в кожуре зрелых и переспелых плодов — любимой пищи дрозофил. Львиная доля этих ароматов обязана своим существованием одному единственному гену в ДНК дрожжей — ATF1, который содержит в себе инструкции по сборке их молекул.

По сути, грибки не используют эти молекулы в своей жизнедеятельности и при этом расходуют значительные ресурсы на их производство. Это заставило бельгийского генетика задуматься, зачем они их выделяют и почему на них реагируют фруктовые мушки. Пытаясь ответить на этот вопрос, он объединил усилия с представителями других биологических дисциплин, в число которых входили нейрофизиологи, энтомологи и специалисты по психологии животных.

Пивные дрожжи (Saccharomyces cerevisiae). Изображение: microbiologyonline.org.uk

Пивные дрожжи (Saccharomyces cerevisiae). Изображение: microbiologyonline.org.uk

Сами генетики вывели несколько новых штаммов дрожжей, которые светились красным или зеленым светом при облучении ультрафиолетом. Метки позволили им следить за тем, куда перемещались грибки и как они контактировали с насекомыми. Нейрофизиологи помогли Верстрепену модифицировать нейроны в центре обоняния в «мозге» насекомых таким образом, что они светились в тот момент, когда в эту часть нервной системы поступала информация о запахах. И, наконец, энтомологи и психологи составили процедуру эксперимента, которая помогла разношерстному коллективу бельгийских биологов найти ответ на интересовавший их вопрос.

Во время первой части эксперимента ученые выпускали рой мушек, голодавших на протяжении суток, на «арену», похожую по своей форме на четырехконечную звезду. В кончике каждого луча этой звезды находилась трубка, через которую в арену попадал воздух, пропущенный через емкости с дрожжами или с чистой водой. Наблюдая за передвижениями дрозофил при помощи специального компьютерного алгоритма, Верстрепен и его коллеги могли оценивать, какой из запахов (или же его отсутствие) больше нравился насекомым.

Опыт подтвердил, что мушки действительно реагировали на фруктоподобные вещества, которые дрожжи производят по инструкциям, заложенным в гене ATF1, и стремились попасть в тот луч, где их концентрация была максимально высокой.

Убедившись в справедливости своих подозрений, Верстрепен перешел ко второй фазе эксперимента — он размещал емкости с двумя каплеобразными колониями дрожжей в одной из частей «арены» и оставлял их в компании с мушками на протяжении всей ночи.

Когда генетик вернулся в лабораторию, он обнаружил, что лапки и брюха многих насекомых светились. Это означает, что дрозофилы съели часть дрожжей, а часть грибков прилипла к их конечностям. Судя по большому количеству светящихся точек в тех уголках питательной среды, которые были расположены далеко от материнской колонии, обед не достался насекомому бесплатно — ему пришлось сыграть роль извозчика, распространяющего споры грибка по емкости.

Что самое важное, дрозофилы соглашались работать переносчиками только в тех случаях, когда дрожжи выделяли те летучие вещества, которые были идентичны запаху цветов, спелых груш, бананов и других фруктов. Это можно было легко увидеть по тому, что практически все клетки дрожжей в желудках мушек и в удаленных уголках питательной среды были окрашены в тот цвет, который соответствовал грибкам с нормальной ДНК. В среднем, нормальные дрожжи пользовались услугами дрозофил в четыре раза чаще, чем их мутантные сородичи, лишенные фруктовых ароматов.

«Наши опыты показали, что мушек очень сильно привлекали обычные клетки грибков, если сравнивать их с мутантными дрожжами, которые не производили молекул фруктовых эфиров. Похоже, что дрожжи научились синтезировать молекулы, которые дают нам возможность наслаждаться пенным напитком, ради того, чтобы завлекать мушек и использовать их для распространения по экосистемам», — добавляет нейрофизиолог Эмре Якси из Института биотехнологий Фландрии, отслеживавший активность центра обоняния у дрозофил во время экспериментов.

Почему ученым не удавалось раньше обнаружить этот необычный пример симбиоза? Как отмечает сам Верстрепен, проблема заключается в том, что лабораторные штаммы пивных дрожжей, которые используются в 99% экспериментов, практически не выделяют фруктовых эфиров, так как им этого не требуется для выживания. Более того, авторы открытия совершили его только со второго раза, когда они перешли с лабораторной версии Saccharomyces cerevisiae на те культуры, которые используются в пивоварении и в других отраслях пищевой промышленности.

«Мы очень долгое время недооцениваем то, насколько важны дрожжи для процесса варения пива. Последние исследования показывают, что выбор того или иного сорта или варианта дрожжей объясняет разницу во вкусах между разными винами и марками пива. Более того, дрожжи могут отвечать и за такую вещь, как "терруар" — предполагаемую связь между вкусом вина и той местностью, где рос виноград, которую ценители вина раньше объясняли различиями в структуре и составе почв», — заключает генетик.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе