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Innovación  
Descubriendo el código digital de las levaduras vínicas
Anthony R. Borneman, Angus H. Forgan, Paul J. Chambers e Isak S. Pretorius
The Australian Wine Research Institute, PO Box 197, Glen Osmond (Adelaide), SA 5064 Australia


Cada cuatro años los Juegos Olímpicos inspiran al mundo con actuaciones espectaculares y hazañas de resistencia, velocidad y elegancia. Nos maravillamos ante las proezas atléticas de los competidores y la mayoría de nosotros sólo nos podemos preguntar cómo hacen estos campeones para alcanzar semejantes estándares. ¿Qué es lo que hace a estos ganadores tan diferentes del resto de nosotros? ¿No somos la misma especie, y por tanto, no deberíamos tener todos el mismo potencial? ¿No podríamos también ganar nosotros una medalla de oro en natación o en atletismo si tuviésemos el mismo entrenamiento, dieta, estilo de vida, etc.?

La respuesta es negativa. Los atletas de élite nacen con un potencial que tiene el sello de «oro» ya estampado. Tienen los tipos de fibras musculares, el físico, la fisiología y la aptitud que, con entrenamiento, pueden llegar a ser perfeccionados para el éxito internacional. Desafortunadamente, la mayoría de nosotros requeriríamos de mucho más que este afinamiento para alcanzar este nivel de élite; hasta que la biónica nos permita reemplazar aquello con lo que nacimos, cuando hablamos de atletismo, la mayoría de nosotros nos tendremos que conformar con participar en una liga amateur o incluso menos.

La variación individual

Esas diferencias en el rendimiento de individuos de una misma especie no son sólo exclusivas de los seres humanos; de hecho, las observamos en todas partes en la naturaleza. Tomemos como ejemplo a la humilde levadura que los enólogos utilizan para producir el complejo e irresistible vino a partir del mosto de la uva. La mayoría de las levaduras vínicas son de la misma especie, Saccharomyces cerevisiae, pero no todos los miembros de este grupo son capaces de producir vino y, entre aquellas que lo son, hay una considerable variación en cuan eficientemente y fidedignamente hacen su trabajo y en la calidad del vino que producen.

Esto nos lleva a la siguiente pregunta: ¿Qué marca a una levadura vínica? ¿Qué existe en el funcionamiento interno de este atleta de élite, que le permite crecer en un ambiente tan hostil y lograr vinos con medallas de oro cuando otras cepas de S. cerevisiae no pasan del taco de salida? Estudios llevados a cabo en el Australian Wine Research Institute (AWRI) empiezan a desvelar los misterios de las variaciones entre especies de S. cerevisiae, siendo los primeros resultados obtenidos muy prometedores.La variación en el rendimiento que observamos entre cepas de S. cerevisiae es un atributo heredable; esto significa que está genéticamente determinado. Por tanto, el punto de partida para caracterizar esta variación se debería enfocar en la genética de levaduras. Afortunadamente, S. cerevisiae fue el primer organismo de su tipo en tener su genoma secuenciado. Esto fue realizado hace unos diez años en una cepa conocida como S288c, escogida por su idoneidad a las condiciones de laboratorio (para una información más detallada sobre que son los genes y los genomas, ver recuadro). A los científicos les encanta esta levadura ya que es muy fácil trabajar con ella, pero sin embargo no ganaría ninguna medalla en el campo de la producción de vino, de hecho, es posible que ni siquiera llegara a un nivel amateur. No obstante, para averiguar qué es lo que hace a una levadura vínica tan diferente de otras cepas de S. cerevisiae es necesario tener algo con lo que compararla, y S288c es un buen punto de partida.


Descifrando el código: genes y genomas

Los genes son recetas para fabricar proteínas. Por ejemplo, las células del lector poseen un gen o receta para hacer la proteína insulina, que es una hormona que regula los niveles de azúcar en sangre. También tenemos genes o recetas que instruyen a nuestras células sobre cómo hacer proteínas que controlen la estatura a la que creceremos, el color de nuestros ojos, la forma general de nuestro cuerpo, etc. Son estas mismas recetas de la vida las que dictan si dispondremos de potencial atlético o no y, debido a que las heredamos de nuestros padres, acabaremos pareciéndonos a ellos. Si los genes son recetas, entonces los genomas son libros de recetas. El genoma humano posee todas las recetas que se requieren para hacer las proteínas necesarias para construir un cuerpo humano, desde el momento de la concepción hasta la madurez, y para reparar y defender este cuerpo durante toda la vida. Toda nuestra fisiología y anatomía están moldeadas por una colección de 20 000 - 25 000 genes que abarcan el genoma humano. Y, a menos que tengamos un gemelo idéntico, nuestro libro de recetas es diferente del que tiene el resto de nuestros congéneres.

El lenguaje de los genes es muy diferente al de los lenguajes que se usan para comunicarnos los unos con los otros. Está basado en un alfabeto de tan sólo cuatro letras (A, T, G y C), y su léxico está limitado a palabras con tres letras, lo que significa que únicamente existen 64 palabras en el diccionario genético. Sin embargo, esto es más que suficiente para enhebrar todo el conjunto de instrucciones que permiten construir todas las proteínas (enzimas, hormonas, músculos, anticuerpos, cartílagos, etc.) que requerimos para la vida.

El papel en el que las palabras que hacen las recetas de la vida están escritas se conoce como DNA, y cuando nosotros leemos el libro de recetas completo de un organismo, descifrando lo que esta grabado en el DNA, decimos que estamos secuenciando su genoma. Lo que acabamos teniendo en este proceso es una larga secuencia de millones de letras A, T, C y G, sin espacios u obvios signos de puntuación, y que tenemos que descifrar. Afortunadamente, disponemos de programas informáticos que pueden hacer la mayor parte de este trabajo por nosotros.

El genoma de otra cepa de S. cerevisiae, YJM789, se ha secuenciado recientemente. El genoma de esta levadura, un patógeno oportunista aislado de los pulmones de un paciente con SIDA, resultó ser bastante diferente al de S288c. Así, contamos con dos versiones diferentes de S. cerevisiae con las que comparar la levadura vínica, y esto fue lo que encontramos.

La especificidad genética de la levadura vínica

Nuestra levadura vínica presenta más diferencias con las dos cepas previamente secuenciadas, que las que presentan aquellas entre ellas. Cerca del 0,6 % de las letras genéticas de la secuencia de la levadura vínica son diferentes de las de la cepa de laboratorio. Esto puede parecer una muy pequeña diferencia, pero si se considera que la distancia genética entre dos especies como humanos y chimpancés es de sólo 1–2 %, es una cifra bastante considerable para dos cepas de una misma especie.

Sin embargo, lo que quizás sea más interesante, es que haya secuencias de DNA adicionales en la levadura vínica; que son suficientes para incluir al menos 27 genes que no están presentes en las dos levaduras con las que fue comparada. De hecho, algunas de las secuencias en este DNA adicional no se asemejan a nada encontrado en otras especies de Saccharomyces. Al parecer estas secuencias son más similares a genes encontrados en hongos bastante lejanos filogenéticamente. Aún no sabemos cómo llegaron al genoma de la levadura vínica, pero tenemos curiosidad en averiguar si estas secuencias están involucradas en la diferenciación entre levaduras vínicas y otras S. cerevisiae, particularmente en lo referente a las características necesarias para producir vino.

Algunos de los genes específicos en la levadura vínica codifican, probablemente, proteínas asociadas con la pared celular, un rasgo de la levadura que es sin lugar a dudas importante para su resistencia en ambientes inhóspitos. Nos gustaría averiguar si estos genes tienen algún impacto en la robustez de la levadura vínica, una característica que es de suma importancia para completar la fermentación. Nos preguntamos, por ejemplo, si estos genes hacen a la levadura vínica más o menos vulnerable a fermentaciones lentas o paradas fermentativas.

También hemos identificado genes que probablemente codifican proteínas asociadas con la captura de aminoácidos (un transportador de aminoácidos neutro) y su metabolismo (una aspartato transaminasa). Ya que el metabolismo de aminoácidos está directamente relacionado con el desarrollo de compuestos asociados a sabor y aroma, es tentador sugerir que estos genes podrían tener un impacto en los atributos sensoriales del vino, aunque, por supuesto, esto tendrá que ser confirmado.

Además, existen multitud de genes de los cuales aun no podemos inferir su(s) función(es), y éstos podrían resultar ser los más interesantes de todos; el tiempo y el trabajo experimental nos lo dirán.

De manera muy interesante, también hemos encontrado algunos reordenamientos cromosómicos en el genoma de la levadura, sobre los cuales también estamos interesados, aunque aún no podemos inferir cual será su verdadera importancia.

Los miembros del equipo investigador australiano.De izquierda a derecha: Paul Chambers, Angus Forgan, Sakkie Pretorius i Anthony Borneman.

Lo que hace a una levadura vínica

¿Qué es lo que el futuro nos depara ahora que tenemos esta enorme fuente de información sobre una levadura vínica? Por supuesto que determinaremos cuales de estos rasgos únicos del genoma de una levadura vínica son importantes en el ámbito de la producción de vino. Sin embargo, también nos planteamos acumular más datos a partir de este proyecto mediante la secuenciación y comparación de los genomas de otras levaduras vínicas, las que poseen diferentes propiedades en su capacidad para producir vino. Esto nos permitirá determinar qué es común a todas las levaduras vínicas (por ejemplo, cuáles son los requisitos fundamentales de una levadura vínica) y que diferencias entre ellas les conducen a la producción de vinos con diferentes calidades (por ejemplo, la predisposición a producir aromas y sabores frutales determinados).

Una vez entendamos qué es lo que marca el destino de una levadura vínica, y el significado de estas variaciones entre levaduras vínicas, estaremos en mejor posición para desarrollar cepas de este microorganismo que puedan completar la maratón de la fermentación sin retrasarse o quedarse paradas en el camino, produciendo al mismo tiempo vinos de medalla de oro; y todo esto sería posible sin añadir aditivos que aumenten su rendimiento.

Al igual que nuestros olímpicos en el deporte, el sector del vino también debe tener aspiraciones a medallas de oro. Con el apoyo de una ciencia de calidad y una investigación robusta, debería ser todo oro para los productores de vino.

Agradecimientos

Los miembros del equipo del AWRI responsables de dilucidar el mapa genético de la levadura vínica son los doctores Anthony Borneman, Angus Forgan, Paul Chambers y Sakkie Pretorius. El Australian Wine Research Institute, uno de los miembros del Wine Innovation Cluster en Adelaida, dispone del apoyo económico de los productores de uva y de vino a través de su organismo de inversión, el Grape and Wine Research and Development Corporation, además de una subvención equivalente del Gobierno Australiano. La investigación en el área de la biología de sistemas en el AWRI es realizada con recursos provenientes en parte del National Collaborative Research Infrastructure Strategy, una iniciativa del Gobierno Australiano, con fondos adicionales del Gobierno del Estado de South Australia. Agradecemos la contribución de la Australian Genome Research Facility, miembro de Bioplatforms Australia, donde la secuenciación del genoma de la levadura vínica fue llevada a cabo. También agradecemos a Sharon Mascall y Rae Blair por la ayuda en la redacción, y a Jeff Eglinton por la preparación de las ilustraciones. Los resultados científicos detallados de este trabajo han sido publicados en la revista FEMS Yeast Research.

Bibliografía

  1. Borneman, A.R.; Forgan, A.; Chambers, P.J.; Pretorius, I.S.: «Comparative genome analysis of a Saccharomyces cerevisiae wine strain», FEMS Yeast Research 2008; 8: 1185-1195.
  2. Borneman, A.R.; Forgan, A.H.; Chambers, P.J.; Pretorius, I.S.: «Unravelling the genetic blueprint of wine yeast», Australian and New Zealand Wine Industry Journal 2008; 23:21-23.
  3. Borneman, A.R.; Forgan, A.H.; Chambers, P.J.; Pretorius, I.S.: «Cracking the genetic code of wine yeast», Wine Business Monthly 2008, octubre: 41-43.
  4. Borneman, A.R.; Chambers, P.J.; Pretorius, I.S.: «Yeast Systems Biology: modelling the winemaker’s art», Trends in Biotechnology 2007; 25: 349-355.
  5. Goffeau, A.; Barrell, B.G.; Bussey, H.; Davis, R.W.; Dujon, B.; Feldmann, H.; Galibert, F.; Hoheisel, J.D.; Jacq, C.; Johnston, M.; Louis, E.J.; Mewes, H.W.; Murakami, Y.; Philippsen, P.; Tettelin, H.; Oliver, S.G.: «Life with 6000 genes», Science 1996; 274 (546): 563-567.

[30.12.08]
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