Мы знаем, что дрожжи производят молекулы, которые делают пиво таким вкусным. Но как они это делают?

Дрожжи наполняют пиво ароматическими молекулами, которые придают напитку вкус. Тем не менее, до сих пор мы не знали, как они это делают. Как выяснили биологи из Института биотехнологий Фландрии (Бельгия), характерный аромат пива обязан своим происхождением необычной стратегии, которую используют пивные дрожжи. Эти грибки научились имитировать запах зрелых плодов и тем самым привлекать внимание плодовых мушек, которые перемещают споры на новое место.

«Два абсолютно не связанных друг с другом биологических вида — мухи и дрожжи, выработали сложнейшую систему симбиоза, основанную на различных запахах. Мухи питаются дрожжами, а дрожжи при этом используют способность дрозофил передвигаться на большие расстояния», — удивляется автор исследования Кевин Верстрепен.

Последние 15 лет Кевин занимался изучением различных участков ДНК дрозофил, которые отвечают за работу их органов чувств и нервной системы, и ему удалось практически случайно совершить необычное открытие. «Когда я вернулся в лабораторию после выходных, я обнаружил, что одна из пробирок 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 ученый.

Это заставило Верстрепена вспомнить исследования времен аспирантуры, когда он изучал пивные дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) и занимался исследованием их влияния на вкус пива и вина. При этом он заметил, что те молекулы, которые вырабатывают грибки, очень похожи по запаху и структуре на летучие вещества, присутствующие в кожуре зрелых и переспелых плодов, которую так любят дрозофилы. Ароматы обязаны своим существованием одному гену в ДНК дрожжей — ATF1. Грибки не используют эти молекулы в своей жизнедеятельности, но при этом расходуют ресурсы на их производство. Ученый всерьез задумался, зачем они их выделяют и почему на них реагируют фруктовые мушки, поэтому он привлек к исследованию своих коллег-биологов.

Генетики вывели несколько новых штаммов дрожжей, которые светились красным или зеленым светом при облучении ультрафиолетом — это позволило им следить за тем, куда перемещались грибки и как они контактировали с насекомыми. Нейрофизиологи помогли Верстрепену модифицировать нейроны в центре обоняния насекомых таким образом, что они светились в тот момент, когда в эту часть нервной системы поступала информация о запахах, а энтомологи составили процедуру эксперимента, которая помогла ученым наконец найти ответ на интересовавшие их вопросы.

Во время первой части эксперимента ученые выпускали голодных дрозофил на «арену», похожую на четырехконечную звезду. В кончике каждого луча этой звезды находилась трубка, через которую на «арену» попадал воздух, пропущенный через емкости с дрожжами или чистой водой. Наблюдая за передвижениями мушек при помощи специального алгоритма, Верстрепен мог оценивать, какой из запахов был по нраву насекомым. Опыт подтвердил, что мушки реагировали на фруктоподобные вещества, которые дрожжи производят согласно инструкциям, заложенным в гене ATF1, и стремились попасть в тот луч, где их концентрация была максимально высокой.

Во второй фазе эксперимента ученые разместили емкости с двумя каплеобразными колониями дрожжей в углу «арены» и оставили их в компании с дрозофилами на ночь. Когда Кевин Верстрепен вернулся в лабораторию утром, он обнаружил, что лапки и брюшки 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, которые были расположены далеко от материнской колонии, дрозофилы сыграли роль перевозчиков, распространяющих споры грибка по емкости.

Самое главное, что дрозофилы соглашались «работать» перевозчиками только в тех случаях, когда дрожжи выделяли именно 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 «обычные» дрожжи пользовались услугами дрозофил в четыре раза чаще, чем их мутантные сородичи, лишенные фруктовых ароматов.

«Наши опыты показали, что дрозофил очень привлекали обычные грибки, если сравнивать их с мутантными дрожжами, которые не производили молекул фруктовых эфиров. Видимо, дрожжи научились синтезировать молекулы, которые дают нам возможность наслаждаться вкусом пива, ради того, чтобы завлекать мушек и использовать их для распространения по экосистемам», — восхищается нейрофизиолог Эмре Якси из Института биотехнологий Фландрии.

Обнаружить этот необычный симбиоз раньше ученым не удавалось из-за того, что лабораторные штаммы пивных дрожжей, которые используются в 99% экспериментов, почти не выделяют фруктовых эфиров, так как этого не требуется для выживания. «Мы недооценивали то, насколько важны дрожжи для пивоварения, а ведь выбор того или иного типа дрожжей объясняет разницу во вкусах между разными сортами пива», — подчеркивает Верстрепен.