Из-за слишком большого количества переменных последовательность аминокислот этого предкового фермента нельзя было определить очень точно. Группа Беннера получила двенадцать возможных вариантов АДГА. Они экспериментировали со всеми этими версиями, добавляя в среду то этанол, то уксусный альдегид, – чтобы посмотреть, как дрожжи могут менять концентрацию этих веществ.
Оказалось, что АДГА гораздо лучше справлялся с превращением уксусного альдегида в этанол, чем этанола в уксусный альдегид.
Так что же – проблема решена? Древние дрожжи производили этанол, чтобы разрушить свои ферменты, а не для того, чтобы после подкрепляться алкоголем для поднятия духа.
К сожалению, все не так просто, говорит Беннер. «Дрожжи становятся устойчивыми к этанолу, – отмечает он. – Так же как и лакто-бактерии, мы с вами приобрели устойчивость к молочной кислоте. Это наш эволюционный выбор, связанный с особенностями окружающей нас среды». У дрожжей нет системы циркуляции, которая бы выводила из организма отходы – как это делает кровеносная система с нашими продуктами метаболизма, в том числе с молочной кислотой. В отличие от нас этим маленьким существам приходится полагаться на окружающую среду. Ученые предполагают, что до появления растений с цветами и плодами дрожжи жили в древесных экссудатах (соках), контактируя с воздухом. Что хорошо в этаноле – так это его летучесть, то есть способность легко испаряться (вспомним, почему Патрик Макговерн не мог найти следов этанола в археологических артефактах). Дрожжи не пытались обеззаразить свое окружение. Они всего лишь стремились избавиться от мусора в доме, и этанол оказался для этого самым эффективным инструментом.
Затем появились покрытосеменные растения. «И теперь дрожжи живут в мякоти фруктов, – говорит Беннер. – Но они стали устойчивы к этанолу. Так что дрожжи за последнее время резко эволюционировали. Мы изучаем то, что, по прошествии всего этого времени, мы считаем дрожжами, приспособившимися к жизни во фруктах. Но это неправильно».
Почему же дрожжи запускают брожение? Потому что с эволюционной точки зрения для них это оказалось самым эффективным способом выжить на меняющейся планете. «И, конечно, вы скажете – да и бог с ними, зато у меня есть спирт, и я не дам ему пропасть. И вы будете пить этот спирт, – говорит Беннер. – Но это так, просто истории».
Все эти штаммы дрожжей из паба White Labs производят этанол – не говоря уже о штаммах, при помощи которых производят вино, саке и дистилляты, а также о диких штаммах. При этом у продукта из каждого штамма получается свой особый вкус, который зависит от стартовых условий. «Пино-гриджио» по вкусу отличается от «Пино-нуар». Пиво по вкусу отличается от вина. Так что очевидно, что брожение – это не только превращение глюкозы в этанол. На пути превращения молекул глюкозы в молекулы алкоголя есть множество объездных дорог и съездов. Да, в результате метаболизма вырабатывается энергия, но помимо этого образуется питательная среда для формирования белков – строительного материала для клеточных оболочек и мембран, а также создаются условия для постоянного воспроизводства.
Первым это заметил Пастер – именно он понял, что в образуемом брожением веществе содержится не только этанол. Он обнаружил глицерин, масляную и янтарную кислоты, а также целлюлозу. Будучи весьма дотошным экспериментатором, он понял, что результат брожения зависит от того, какие дрожжи он использовал и как именно. Это было еще одним важным доказательством того, что живые клетки преобразуют одни органические вещества в совершенно другие[200], [201].
Некоторые из различий возникают не из-за дрожжей. Например, свой цвет вино приобретает благодаря пигментам[202], содержащимся в кожице винограда. А цвет пива в наибольшей степени зависит от молекул, называемых меланоидинами (тот же корень, что и у слова «меланин» – пигмент кожи). Температура в печи при обжаривании солода запускает в сахарах и аминокислотах ячменя реакцию Майяра – так же, как при зарумянивании выпечки в духовке. Поскольку ячмень для эля принято обжаривать более долгое время, эли обычно имеют более темный цвет по сравнению с лагерами[203].
Уроженец Южной Африки Айзек Преториус является вице-президентом по исследованиям и инновациям в Университете Южной Австралии, а раньше он возглавлял Австралийский институт исследования вина. Он работает над улучшением дрожжей для производства вина. Его исследовательская команда, состоящая из виноделов, микробиологов и генетиков, занимается всем – от опытов с виноградом на экспериментальной винодельне до поиска новых диких видов дрожжей. «На коммерческом рынке используется около 230 штаммов, и многие из них не сильно отличаются друг от друга, – говорит Преториус. – Но должен сказать, что по меньшей мере 150 из них действительно различаются. Они все относятся к виду Saccharomyces cerevisiae. Выглядят они почти одинаково, и большинство из них вырабатывает одинаковое количество этанола. Но вкусовые профили получаемых продуктов действительно очень разные»[204].
Вот пример: исследователи Стэнфордского университета и винодельни EJ Gallo, в которой ведутся активные лабораторные изыскания, взяли сок винограда сорта шардоне и подвергли его брожению при помощи 69 различных штаммов винодельческих дрожжей, купленных у различных поставщиков. Исследователи измерили количество выделенного этанола, а также 29 других продуктов обмена веществ – различных спиртов, сложных эфиров, уксусного альдегида, диоксида серы, глицерина и так далее. Если бы они использовали разные сорта винограда, можно было бы ожидать некоторых различий в результатах брожения. Например, разные аминокислоты в винограде привели бы к выработке разных спиртов. Но и в случае одинакового для всех виноградного сока исследователи зафиксировали не одну тысячу вариаций выработки дрожжами определенных веществ, и при этом скорость преобразования веществ тоже была различной для разных сочетаний штаммов[205].
Сам Преториус исследует виноград сорта совиньон-блан. Этот сорт отличается высоким содержанием веществ под названием тиолы. Это аналоги спиртов, отличительной чертой которых является содержание в них серы. Они соединены с аминокислотой под названием цистеин, которая лишает их летучести, и поэтому мы не можем ощущать их запах и вкус. «Но дрожжи способны отделять небольшое количество тиолов от цистеина, – говорит Преториус. – Благодаря этому совиньон-блан имеет свой типичный привкус „маракуйи“ или „тропических фруктов“. Эти вещества содержатся в винограде, но именно дрожжи в ходе своего метаболизма делают их летучими. То же самое происходит с пахнущими розой или фиалкой терпенами винограда сорта гевюрцтраминер. В соке они содержатся в связанном, не летучем виде. А дрожжи их высвобождают».
Вооруженный этими знаниями, Преториус работает над тем, чтобы усовершенствовать дрожжи и заставить их создавать определенные эффекты. В лаборатории Преториуса выделили из бактерии ген фермента, который разрушает связь между тиолами и цистеином, и привили этот ген винодельческим дрожжам. Затем Преториус взял сок винограда совиньон-блан из самых жарких регионов Австралии – там этот сорт дает довольно нейтральный вкус, потому что для правильного вызревания ему нужен более прохладный климат. Генномодифицированные дрожжи Преториуса преобразовали этот сок в вино, в котором уровень тиолов оказался в 20 раз выше, чем в вине, получаемом от обычных дрожжей. «Когда мы в моем кабинете переливали это вино из лабораторной колбы, через несколько секунд его запах почувствовали люди, находившиеся в зоне ресепшн в 50 метрах от нас. Это, конечно же, было чересчур, но суть была понятна», – говорит он.
Внедрение конкретного гена – или поиск штаммов, у которых этот ген уже есть (в конце концов Преториусу и его коллегам пришлось так и сделать – слишком велико было международное сопротивление, с которым они столкнулись при попытке продать свои генномодифицированные винодельческие дрожжи), – по сути, можно сравнить с печатаньем на клавиатуре двумя пальцами. А исследователям дрожжей хочется печать всеми пальцами – они стремятся понять, как каждый из генов связан с запахом или вкусом. Эта работа только началась. Хотя дрожжи и стали первым организмом с секвенированным геномом, генетики расшифровали лишь лабораторный штамм; при этом полученная последовательность недостаточно подробна и не позволяет выделить вкусы. Но начало уже положено: в White Labs работают с аппаратом для секвенирования Illumina – с его помощью они расшифровывают геномы многих своих штаммов. Исследователи надеются, что это лишь начало программы по определению роли каждого из генов в процессе и в получении результатов ферментации.
При изготовлении некоторых алкогольных напитков брожение происходит не только за счет дрожжей. Им помогают другие остающиеся в тени микроорганизмы, и даже профессиональным исследователям веселящей жидкости не всегда удается понять, как это происходит.
