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CIENCIA Y TECNOLOGÍA OTROS ARTÍCULOS CIENTÍFICOS  

Desarrollo de cepas dianas de levadura para la industria vínica

Ricardo Cordero
Grupo de Biotecnología Enológica, Departamento de Bioquímica y Biotecnología,
Facultad de Enología, Universitat Rovira i Virgili (URV), Tarragona

El mayor progreso en biotecnología microbiana enológica de los últimos años ha sido hecho en el desarrollo de nuevas cepas vínicas de levadura. Sin embargo, dos décadas después del lanzamiento de la primera levadura genéticamente modificada para uso industrial, la industria enológica entra en el tercer milenio sin contar con una levadura vínica genéticamente modificada lo suficientemente robusta para su uso a escala industrial. Aspectos económicos, comerciales, técnicos, científicos, legales y sociales condicionan el uso de levaduras vínicas transgénicas. Siendo tantas las variables implicadas en este problema, resultaría naíf defender el desarrollo de cepas vínicas genéticamente modificadas desde un punto de vista puramente comercial. Sin embargo la vasta información científica y las plataformas tecnológicas que actualmente existen para el estudio de cepas de la levadura Saccharomyces cerevisiae de laboratorio pueden utilizarse para la comprensión de genomas más complejos como los de las cepas industriales, permitiendo de esta manera una comprensión de la dinámica diferencial de los genomas de las diferentes cepas de levaduras vínicas –silvestre o genéticamente modificadas– durante la fermentación alcohólica.

Cepas genéticamente modificadas de uso industrial

El desarrollo de cepas de organismos genéticamente modificados para uso industrial (con su concomitante evaluación a escala industrial) es el único camino que permite la validación de las observaciones obtenidas en estudios precedentes. Estas cepas de nueva generación deberán ser sometidas a sofisticados y costosos peritajes, ya reglamentados en algunos países, para su posible uso en la industria como organismos genéticamente modificados (OGM), al margen de sus reconocidos aspectos particulares provechosos tanto para el productor como para el consumidor de vino. Finalmente en trabajo conjunto con los defensores del tradicionalismo y los consumidores alarmistas, deberá superarse el último y, quizá, más difícil desafío: la construcción de una imagen más equilibrada de los riesgos y beneficios de este tipo de productos. La evaluación de las cepas de levaduras genéticamente modificadas se verá facilitada gracias al conocimiento actual del genoma, proteoma y metaboloma de varias cepas vínicas comerciales, permitiendo demostrar su no-toxicidad.

La técnica de hibridación entre cepas diferentes con relevantes caracteres para el productor de vino es la más popular para la obtención de nuevas cepas vínicas comerciales. Las cepas de levadura desarrolladas por técnicas de modificación genética sólo encuentran su esplendor en la industria farmacéutica global, ya que en el sector de alimentos fermentados muchos países prohíben el uso de cepas genéticamente modificadas.

En la actualidad sólo dos cepas vínicas de la levadura S. cerevisiae genéticamente modificadas por la técnica del DNA recombinante han obtenido el estatus GRAS (Generally Regarded As Safe) por parte de la Food and Drug Administration (FDA) de Estados Unidos, autorizándose así su comercialización. La primera de estas cepas es la «cepa maloláctica» ML01, que expresa en el locus URA3 los genes codificantes para la malato permeasa (mae1) de Schizosaccharomyces pombe, y la enzima maloláctica (mleA) de Oenococcus oeni, ambos bajo las secuencias reguladoras del gen PGK1 de S. cerevisiae.1 Esta cepa genéticamente modificada cuenta con la capacidad de realizar la fermentación maloláctica al mismo tiempo que ocurre la fermentación alcohólica (fig. 1).

Figura 1. Evolución de las fermentaciones de mosto chardonnay realizadas con la cepa genéticamente modificada ML01 y la cepa de referencia silvestre S92

 

ECMo01 es la segunda de las cepas que obtuvo el estatus GRAS. En ella se sobreexpresan los genes propios de S. cerevisiae DUR1 y DUR2, que codifican para dos enzimas ATP-urea amidoliasas por medio del reemplazo de las secuencias reguladoras nativas de estos genes por las del gen PGK1. El supuesto compuesto cancerígeno etil carbamato (uretano) se forma espontáneamente en el vino por la combinación entre urea y etanol. La actividad de la cepa ECMo01 reduce los niveles de urea libre en el vino, reduciendo indirectamente, por disminución de uno de los reactivos, la formación de etil carbamato en el vino.2

La bibliografía especializada da cuenta de otras cepas vínicas genéticamente modificadas para la producción de enzimas con actividad carbohidrasa similares a las utilizadas en las preparaciones comerciales (pectinasas, células y hemicelulasas) para el mejoramiento de procesos como la filtración o la extracción de color. La levadura S. cervisiae cuenta con actividad polisacarasa muy limitada, por lo que la expresión heteróloga de genes que codifican polisacarasas específicas en las cepas vínicas de levadura ayudaría a mejorar algunos de los pasos del proceso de vinificación. Si el enólogo pudiera contar con estas levaduras genéticamente modificadas evitaría el uso de costosas preparaciones enzimáticas comerciales con actividades secundarias impredecibles para el productor. Louw et al.3 generaron una cepa de S. cerevisiae que expresa los genes XYN2 que codifican para una xilanasa de Trichoderma reesei y end1 codante para la endoglucanasa de Butyvibrio fibriosolvens. En la comparación de los vinos producidos con la cepa genéticamente modificada respecto a los de la cepa de referencia silvestre no se detectaron variaciones significativas en los parámetros químicos resultantes de la fermentación alcohólica, los primeros presentaron un color más intenso, y algunos de ellos obtuvieron mejores calificaciones por parte de un panel de catadores.


Cepas con mayor capacidad pectinasa

Muchas son las tácticas desarrolladas usando genes de diferente origen microbiano para incrementar la capacidad pectinasa de la levadura S. cerevisiae. Teniendo en consideración que algunas cepas de levadura cuentan con actividad PG debido a la presencia de un único gen (PGU1), el incremento de la actividad transcripcional del mismo debería verse reflejado en un incremento de actividad poligalacturonasa (PG) por parte de la cepa. Este cambio transcripcional fue abordado desde estrategias diferentes tales como: mutaciones en el gen de estructura PGU1, cambios en las vías metabólicas de regulación de la secuencia promotora del gen y el reemplazo de las secuencias de regulación nativas del gen PGU1 por otras más potentes.

Esta última fue ensayada en colaboración científica por los profesores Isabel Briones y Ricardo Cordero.4 La técnica para crear esta cepa recombinante se basó en el uso de secuencias de DNA propias de S. cerevisia, y el cassette de expresión se integró en el genoma para lograr una mayor estabilidad genética sin tener que utilizar compuestos químicos que forzaran la estabilidad del mismo durante el proceso de vinificación. El cassette de expresión estaba formado por el gen PGU1 en fusión transcripcional con la secuencia promotora del gen PGK1. Este cassette de expresión fue integrado en el alelo mutado de ilv2 de la cepa vínica UCLMS-1M, que codifica para la acetolactato sintetasa que provee resistencia al herbicida sulfometurón-metil. La reparación de este alelo por parte del cassette de expresión fue utilizada como marcador de selección positiva para la obtención de la cepa genéticamente modificada UCLMS-1M que presenta actividad poligalacturonasa (fig. 2). Se obtuvo así una nueva cepa vínica que no presenta DNA bacteriano, y que cumple con la normativa para OGM de Estados Unidos y Europa. La patente de esta cepa fue registrada el primero de julio del 2003 en España, y publicada con el número de registro WO/2004/00519. Los vinos obtenidos a partir de fermentaciones llevadas a cabo con esta cepa genéticamente modificada presentaron perfiles aromáticos y palativos similares a los realizados con la cepa de referencia UCLMS-1. Los vinos tintos producidos con la cepa genéticamente modificada incrementan un 7 % de zumo obtenido a partir del prensado del hollejo generando vinos de color más intenso y más fáciles de filtrar.

Figura 2. Los halos claros en la placa de la derecha representan la actividad poligalacturonasa de la cepa UCLMS-1M, diferenciándose de las colonias de la placa de la izquierda donde se inoculó la cepa de referencia UCLMS-1


Perspectivas

Los avances recientes en citología, bioquímica, química y biología molecular permiten entender los cambios metabólicos que realiza S. cerevisiae durante la fermentación alcohólica y el impacto de su metabolismo en el producto final. Asimismo, estas plataformas tecnológicas facilitan el análisis del vino producido por las cepas de levaduras genéticamente modificadas, cumpliéndose así con las exigencias del productor y del consumidor exigente. Estoy persuadido que la máxima transparencia en este tipo de evaluaciones permitirá que las cepas de levadura genéticamente modificadas encuentren su lugar como herramientas biotecnológicas microbianas para el productor y como certificado de vinos de buena calidad para los consumidores de vino.

Bibliografía

1 Husnik JI, Volschenk H, Bauer J, Colavizza D, Luo Z, van Vuuren HJJ: «Metabolic engineering of malolactic wine yeast». Metabolic Engineering 2006; 8: 315-323.
2 Coulon J, Husnik JI, Inglis DL, van der Merwe GK, Lonvaud A, Erasmus DJ, van Vuuren HJJ: «Metabolic Engineering of Saccharomyces cerevisiae to minimize the production of ethyl carbamate in wine». American Journal of Enology and Viticulture 2006; 57: 113-24.
3 Louw CT, Pretorius IS, van Rensburg P: «The effect of polysaccharide-degrading wine yeast transformants on the efficiency of wine processing and wine flavour». Journal of Biotechnology 2006; 125: 447-461.
4 Fernández-González M, Úbeda JF, Cordero-Otero RR, Thanvanthri Gururajan V, Briones AI: «Engineering of an oenological Saccharomyces cerevisiae strain with pectinolytic activity and its effect on wine». International Journal of Food Microbiology 2005; 102: 173-183

[31.08.10]