Bollicine di felicità: arriva il nuovo luppolo made-biotech

Il sapore amarognolo e speziato insieme alla presenza di una bella schiuma compatta sono tra le caratteristiche più appetibili per gli amanti della birra ed ovviamente le qualità più ricercate a livello della produzione industriale.

Durante il processo di birrificazione, Saccaromyces cerevisae converte gli zuccheri presenti nei cereali in etanolo, e l’aggiunta delle parti floreali della pianta Humulus lupulus, prima o dopo il processo di fermentazione, ne determina la rinomata fragranza “a luppolo”. Ma, in quali molecole si nasconde questo aroma segreto?

Gli ingredienti principali sono racchiusi nelle secrezioni oleose delle ghiandole luppoline, localizzate alla base delle parti florali del luppolo e consistono in un complesso di molecole della famiglia dei terpeni, tra cui le piú rilevanti sono i monoterpeni linalolo e geraniolo.

Il luppolo rappresenta un ingrendiente pregiato e abbastanza costoso per la produzione della birra tanto a livello industriale quanto domestico ed i suoi raccolti necessitano una ingente apporto di risorse naturali: un totale di 100 milioni di acqua sono necessari per l’irrigazione annua del luppolo domestico e una considerevole infrastruttura é richiesta per il trasporto dell’acqua dalle sorgenti fino alle aziende agricole.

In questo scenario, lo studio condotto da un team di ricercatori dell’ Universitá di California, in Berkeley, rappresenta la potenziale frontiera biotech nella produzione industriale di birra con aroma “a luppolo”, ma senza luppolo.

Durante il processo di birrificazione, S. cerevisiae converte il mosto, una soluzione d’estratto d’orzo e cereali ricca in zuccheri, in etanolo e altri sotto-prodotti. Il luppolo è aggiunto prima o durante il processo di fermentazione in modo da conferire il sapore “luppolato”.

 

L’ingegnerizzazione genetica di un nuovo ceppo di S. cerevisiae caratterizzato dall’over-espressione di enzimi di biosintesi dei monoterpeni è alla base di questo studio. Le sintasi dei monoterpeni sono responsabili della conversione del linalolo e del geraniolo in luppolo, ma la loro sequenza genica non è stata ancora identificata.

Tuttavia, la disponibilità della sequenza genica di sintasi appartenenti ad altre specie di piante, ha permesso agli studiosi di applicare un approccio bioinformatico di predizione genica basato solo sulla conoscenza di un modulo di genetico conservato all’interno della putativa sintasi ricercata. Grazie a questo metodo sono state identificate sei sintasi contenenti il motivo genico di interesse e la loro attività in S. cerevisiae è stata testata grazie a procedure di espressione eterologa.

A questo punto sorge spontanea un domanda: abbiamo un enzima di biosintesi del del geraniolo straordinariamente efficace in S. cerevisae, ma il substrato della reazione?

Bene, i lieviti sono naturalmente in grado di produrre i precursori del geraniolo (GPP ed FPP) ma come incrementare questa scorta? Ancora una volta, l’ingengneria genetica ci viene in aiuto, tramite la modificazione dei geni check-point della via di biosintesi di GPP e FPP.

Una ricerca assolutamente all’avanguardia per gli esperti nel campo dell’ingegneria genetica, frutto della collaborazione tra approcci bioinformatici di predizione di funzionalitá geniche e tecnologie avanzate di modificazione genica, quali la metodologia del CRISPR-Cas9.

Tutto questo ingegnioso lavoro rimarrebbe peró una mera speculazione sperimentale se un progetto di tale potenziale non fosse applicabile a livello industriale. I ricercatori quindi hanno testato il livello dei monoterpeni biosintetizzati da S. cerevisae in diverse repliche di processi di fermentazione ad una scala-piloto (usando bioreattori di  8 litri) e lo hanno comparato con quello prodottio dalla fermentazione di diversi tipi di luppuli.

Conclusione? Sorprendentemente, i lieviti geneticamente ingegnerizzati sono in grado di produrre quantitativi significativamente maggiori di monoterpeni rispetto a processi di fermentazione tradizionali e questi sono relativamente associati ad un incrementato “aroma a luppolo”.

Serena Galiè

Fonti:

  • “Industrial brewing yeast engineered for the production of primary flavor determinants in hopped beer” (M.Denby et al., 2018)

Laureata in Biotecnologie Mediche con curriculum internazionale in Management in Medical Biotechnology presso l’Università Alma Mater Studiorum di Bologna. Master in Biotechnology of Environment and Health presso l’Università di Oviedo, in Spagna. Attualmente studentessa di un PhD in Nutrizione e Metabolismo presso l’Università Rovira I Virgili, a Tarragona in Spagna.

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Laureata in Biotecnologie Mediche con curriculum internazionale in Management in Medical Biotechnology presso l'Università Alma Mater Studiorum di Bologna. Master in Biotechnology of Environment and Health presso l'Università di Oviedo, in Spagna. Attualmente studentessa di un PhD in Nutrizione e Metabolismo presso l'Università Rovira I Virgili, a Tarragona in Spagna.

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