Jak drożdże uratowały świat
Wystarczy zaledwie parę piw, aby dojść do logicznego wniosku, że pierwszymi zwierzątkami oswojonymi przez człowieka były drożdże. Przepełnieni troską zapewniliśmy im prawidłowy rozwój, daliśmy dach nad głową, a z czasem pozwoliliśmy schronić się w bezpiecznych, stalowych tankach i szklanych butelkach.
Ten trudny proces udomawiania spowodowany zapewne nagłym wybuchem altruizmu (zwykle robimy się tkliwi po paru łykach sfermentowanego napoju), zakończył się w niespodziewany dla nas sposób, kiedy to, bardziej niż kiedykolwiek, staliśmy się kukiełkami w nieistniejących drożdżowych rękach.
O czym rozmawiają drożdże?
Naukowo rzecz biorąc, drożdże są jednokomórkowymi grzybami z dość rozbuchanej rodziny drożdżakowatych. Według naukowców wyewoluowały z wielokomórkowych organizmów[1] i – pozostawione same sobie na mniej niż dwa miesiące – na powrót tworzą wielokomórkowe grupy, które zachowują się jak oddzielne organizmy[2]. Poszczególne komórki komunikują się ze sobą i w zależności od umiejscowienia w grupie potrafią przyjmować różneAlkohol funkcje. Czasem formują tzw. pseudFermentaostrzępki, które są dokładnie tym, o czym myśli człowiek, czytając słowo „pseudostrzępki”. Rozmnażają się, zależnie od rodzaju, warunków i czasem humoru, przez mitozę lub mejozę, a wtedy w roztworze zaczyna się robić klimat jak z dobrego opowiadania science–fiction[3], ponieważ wytwarzają drożdżowy odpowiednik feromonów, które zachęcają komórki a do połączenia się z komórkami α i odwrotnie.
O tym, czy dany grzyb jest drożdżem, czy nie, nie decydują cechy morfologiczne, lecz sposób życia. Drożdże są czymś w rodzaju samotnych wilków w świecie grzybów, ponieważ nie tworzą strzępek (jak pleśnie), a większość z nich, szczególnie interesująca nas grupa Saccharomyces cerevisiae, prawie jak bohater drugiej części Biblii, potrafi zamienić cukry w alkohol[4]. Naukowcy od lat poświęcają tym organizmom wiele uwagi i dzięki temu dokonali wielu niesamowitych odkryć[5]. Zapomnieli jednak, że – parafrazując Nietzschego – „kiedy spoglądasz na drożdża, on również patrzy na ciebie”. Ale o tym później.
Słowo Saccharomyces pochodzi z greki i oznacza właściwie „cukrowe grzyby”, co po paru piwach i dużej skłonności do abstrakcyjnego humoru mogłoby również oznaczać użytkowników pewnego popularnego portalu społecznościowego. Cerevisiae znaczy po prostu „piwne”, choć współcześni doskonale wiedzą, że organizmów z tej grupy używa się również m.in. w piekarnictwie, a samo piwo możemy uzyskać również przy pomocy innych organizmów (nie tylko Brettanomyces[6], ale przede wszystkim Saccharomyces pastorianus, czyli drożdży dolnej fermentacji). Zasadniczo Saccharomyces Cerevisiae to dość złożony gatunek charakteryzujący się paroma podobieństwami, a często i mylnie traktowany jest jako synonim słowa „drożdże”. Temat jest oczywiście bardzo szeroki i skomplikowany, a ja nie chciałbym pisać o rzeczach, na których się nie znam (gwałtowne uniesienie brwi czytelnika potraktuję jako łagodne zainteresowanie dalszym wywodem) i dopowiem tylko, że jego częścią są drożdże górnej fermentacji.
Czy muszki owocówki śnią o elektrycznych drożdżach?
Jedną z najciekawszych cech drożdży piwnych jest ich zadziwiający metabolizm, a konkretnie zaobserwowany efekt Crabtee, który nasi bohaterowie wykształcili, aby żerować na roślinach zawierających dużo cukrów. Gdy taki owoc zostaje uszkodzony, mikroorganizmy rozpoczynają zajadłą walkę o dominację nad dostępem do jego słodkich węglowodanów. Drożdże zwykle wygrywają wyścig, ponieważ przy wysokim stężeniu cukrów korzystają z tlenu, tylko aby gwałtownie się namnożyć. W chwilę potem rozpoczynają szesnastokrotnie mniej efektywny sposób wytwarzania energii, produkując alkohol, który jest toksyczny dla większości innych mikroorganizmów i w najgorszym wypadku mocno ogranicza ich wzrost (to, że wybierają mniej efektywny sposób pozyskania masy, jest właśnie efektem Crabtee). Dopiero po osiągnięciu pewnego stężenia alkoholu, który mógłby być dla nich niebezpieczny, mając dostęp do tlenu, rozkładają go na aldehyd octowy, wykorzystywany dalej do uzyskania energii[7]. W efekcie dominują środowisko i niszczą ściany komórkowe owocu, jednocześnie chroniąc go przed bakteriami, które błyskawicznie namnożyłyby się na jego powierzchni i przyśpieszyły proces gnicia.
W tym miejscu chciałbym wprowadzić nowego bohatera. To muszka owocowa zwana przez polskich biologów (zapewne dla ułatwienia) wywilżną karłowatą. Z pozoru reprezentuje ciemną stronę mocy, ponieważ żywi się drożdżami (choć nie pogardzi przejrzałymi owocami i ich sokiem, albo resztkami organicznymi czy grzybami). Przyciągają ją ulotne, owocowe aromaty jabłka czy brzoskwiń, a już zupełnie wariuje, czując słodki aromat banana. Brzmi znajomo? Według najnowszych badań to właśnie estry pochodzące od drożdży, a nie owoców, przyciągają do siebie muszki[8]. Na pierwszy rzut oka to kolejny przykład na to, jak drożdże poświęcają część swojej populacji i pożywienia, aby dostać się do cukrów zawartych w owocach, ponieważ muszki naruszają jego strukturę i składają larwy w miąższu, ułatwiając drożdżom dostęp do soku. Okazuje się też, że niektóre drożdże (zależnie od ilości i gatunku) przeżywają wycieczkę po żołądkowo-jelitowym układzie insekta, dzięki czemu ten przenosi je na kolejne owoce[9]. Jednym z nich jest Saccharomyces cerevisiae[10].
Nie przypadkiem w browarach i multitapach muszki owocówki roją się niczym miłośnicy dobrego piwa. Najchętniej żerują na świeżych drożdżach, brzydząc się starymi i wyschniętymi. I nie byłoby w tym nic dziwnego, gdyby nie fakt, że skonsumowane mikroorganizmy mają znaczny wpływ na zachowanie się muszek, a w szczególności, jakie zapachy je przyciągają, jakie owoce preferują i jak szybko się rozwijają. Drożdże wspomagają nawet ich układ immunologiczny! I choć młode muszki nie mają swoich preferencji względem konkretnych odmian drożdży, nabierają ich po pierwszym śniadaniu. Ciekawostką jest również, że optimum rozwoju owady osiągają w temperaturach, w których drożdże wytwarzają właśnie najwięcej aromatów (ok. 25°C). Taki związek dwóch organizmów nazywa się mutualizmem fakultatywnym. Jest podobny do symbiozy, ale nie jest konieczny do przetrwania każdego z gatunków. Ponieważ jednak drożdże w większy sposób wpływają na owada niż ten na populację grzybów, możemy śmiało postawić tezę, że jest to tak naprawdę egzaptacja[11]. Czyli, mówiąc prostszym językiem, drożdże wytworzyły nową cechę, która sprzyja ich adaptacji. Tak jak wcześniej wytwarzanie alkoholu w odpowiednich warunkach pomogło im zdominować środowisko. Drożdże, produkując estry, przyzywają do siebie muszkę owocową, aby nakarmić ją swoimi komórkami i wydzielinami, a następnie z jej pomocą zasiedlić nowe środowiska. Choć jesteśmy dużo bardziej skomplikowanymi organizmami, w tym miejscu zupełnie naturalnie powinniście już poczuć niewielki niepokój.
Mikrobowy konglomerat
Jednak nie tylko drożdże zamieszkują muszki owocowe. Od eonów była to triada szczególnych mikroorganizmów, czyli: grzyby (głównie drożdże, ale nie tylko), bakterie kwasu mlekowego i octowego. Te same, które spotykamy w piwach warzonych tradycyjnymi metodami, choć drożdże zawsze wiodły w tej grupie prym. Przez tysiące lat wspólnej koegzystencji chroniły nas i dbały o to, abyśmy byli zdrowi. Przemieniały zatrutą wodę w pełne witaminy B i składników odżywczych piwo, które świetnie uzupełniało dietę ubogą w mięso. Drożdże piwne, wraz z bakteriami, na stałe zmieniły nie tylko wnętrze owocówek, ale też florę jelit naszych przodków. I zaczęły z nimi rozmawiać.
O ile niektóre bakterie kwasu mlekowego po prostu zamieszkały w naszych ciałach, o tyle żywe drożdże piwne zwykle nie funkcjonują we wnętrzu i na skórze człowieka[12], a jeśli tak, to raczej są to stany chorobowe – ich komórki unieszkodliwiane są przez specjalne przeciwciała[13]. Jednak sam skład piwa, włączając w to komórki drożdży (żywe czy martwe), ma istotny wpływ na mało dotychczas zbadane relacje między tysiącami drobnoustrojów zamieszkujących nasze jelita. Niektóre z bakterii, którym wyjątkowo smakuje konsumowane przez nas piwo, wytwarzają substancje informujące nasz system immunologiczny i mózg, że tego właśnie potrzebujemy. Ponieważ 90% serotoniny wytwarzane jest właśnie w błonie śluzowej jelit, zależnie od tego, co jemy (jej syntezę pobudza np. czekolada) i jakie organizmy jedzenie to rozkładają, czujemy się lepiej, kiedy im dogadzamy. A ponieważ to mózg decyduje, kiedy i co konsumujemy, nasza mikroflora motywuje nas, abyśmy dostarczyli kolejną porcję smakowitego piwa. Niestety poszczególne zależności między mikroorganizmami i naszym ciałem są jeszcze mało znane[14].
Wspomniana grupa mikrobów przez lata wychowywała człowieka, żądając od niego jedynie udoskonalenia przygotowywanego dla nich pokarmu i warunków fermentacji. Udane warki nagradzała przyjemnymi wieczorami, a nieudane karały kacem. Z początku człowiek nie uczył się zbyt szybko, choć fermentacją zajmowały się jedne z największych umysłów, ale z czasem udoskonalił proces produkcji niemalże do perfekcji i zbudował wielkie browary dokarmiające drożdże na masową skalę.
Z czym do ludzi?
Nie wiadomo do końca dlaczego, ale w XX wieku, tradycyjne piwa dzikie i górnej fermentacji niemal zupełnie przestały być warzone, a nasze życie zdominował Saccharomyces pastorianus, który z początku jeszcze lepiej podporządkował sobie nowego nosiciela. Nauczył go przygotowywać idealny pokarm – brzeczkę piwną ze słodu jęczmiennego. Po raz pierwszy też uzyskał niepodzielną dominację – pozbył się konkurencji w postaci innych szczepów i bakterii i sam zaczął królować w gigantycznych tankofermentorach. Jakże pyrrusowe okazało się jednak to zwycięstwo, kiedy blaszane królestwo zamieniło się w złota klatkę, która mimo swojej wartości została zwykłym więzieniem. Coś musiało zawieść w tym idealnym planie dominacji nad światem, ponieważ na masową skalę ludzie upowszechnili swoje najnowsze odkrycia: najpierw pasteryzację, potem mikrofiltrację, która usunęła z piwa nawet nieaktywne komórki drożdży. W codziennym życiu coraz mniej łączyło nas z cywilizacją, która towarzyszyła ludzkości od tysięcy lat. Musiało to zmienić samego człowieka i zamieszkującą go florę.
Nastał czas okropnych, ogólnoeuropejskich wojen na masową skalę i rosła też liczba samobójstw (może z powodu braku serotoniny?). Kulminacją tego dziwnego, ogólnoświatowego trendu było – z punktu widzenia drożdży – zupełnie niezrozumiałe szaleństwo i anarchia, zwana prohibicją, która na wiele lat wyczyściła amerykańskie jelita, z rzadka dezynfekowane na domiar destylowanym w ukryciu spirytusem. Przez lata wydawało się, że wszystko zostało już stracone.
Trudno powiedzieć, co się zmieniło. Pojawiły się nowe technologie? Nowe szczepy bakterii? A może sama natura nie mogła znieść tej smutnej próżni, która nastała po odejściu drożdży? Może trochę zmądrzeliśmy (sic!), a może drożdże piwne znalazły nowego sojusznika w coraz większych dawkach chmielu, który ograniczał wzrost bakterii? Może po prostu nie trzeba było już pasteryzować piwa, które nie psuło się mimo braku pasteryzacji? Faktem jednak jest, że dzięki współpracy tysięcy piwowarów domowych, którzy znów uczynili z siebie bezwolne maszyny, opętane realizacją wyższego celu, drożdże jeszcze raz ujarzmiły człowieka, rozpoczynając erę, którą nazywamy piwną rewolucją.
Czy tak faktycznie się wydarzyło? W opowiedzianej przeze mnie historii są jeszcze białe plamy, które na pewno dopiero rozjaśni nauka lub dopowie gawęda nad szklaneczką gęstego niefiltrowanego piwa. Jestem tego pewien. Ponieważ wystarczy zaledwie parę piw, aby dojść do logicznego wniosku, że pierwszymi zwierzątkami udomowionymi przez drożdże byli właśnie ludzie.
Przypisy:
[1] https://www.nature.com/news/yeast-suggests-speedy-start-for-multicellular-life-1.9810
[2] http://www.pnas.org/content/109/5/1595
[3] W „Śniadaniu Mistrzów” Kurt Vonnegut wspomina o fikcyjnej postaci, swoim alter ego pisarza, który napisał opowiadanie „w formie rozmowy między dwoma drożdżami. Spożywając cukier i dusząc się we własnych ekskrementach dyskutowały nad celem życia. Z powodu swej ograniczonej inteligencji nigdy nie wpadły na to, że robią szampana”.
[4] Swego czasu urzekła mnie teoria spiskowa, według której Jezus tak naprawdę w Kanie Galilejskiej zamienił wodę w piwo, ponieważ słowo użyte w języku hebrajskim oznacza sfermentowany napój, niestety okazało się to nieprawdą, a szkoda: https://nadziejaniezawodzi.wordpress.com/tag/hebrajski/
[5] Nie jestem w stanie oszacować ilości publikacji na temat drożdży. Badając je uczymy się o biologii poszczególnych komórek, szlakach metabolicznych, sztucznej inteligencji, inteligencji rozproszonej i wielu, wielu innych.
[6] O tych radosnych chłopakach można, trzeba i z pewnością napisze się oddzielne artykuły i książki, początkującym polecam tekst redakcyjnej koleżanki: http://blog.homebrewing.pl/charakterystyka-drozdzy-brettanomyces/
[7] Na marginesie Brettanomyces przetwarzają glukozę na alkohol w środowisku tlenowym, a nie robią tego, gdy pozbawione są dostępu do tlenu.
[8]https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1365-2435.2012.02006.x
[9]http://aem.asm.org/content/78/20/7327.full
[10] Przy czym Brettanomyces wytwarzają estry głównie, kiedy fermentują cukry bez pomocy innych drożdży. Nie wiadomo jak z poszczególnymi szczepami, ale np. Brettanomyces naardenensis giną zjedzone przez muszkę owocową: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4556146/
[11]https://www.researchgate.net/publication/325875526_Do_yeasts_and_Drosophila_interact_just_by_chance
[12] Choć inne odmiany tzw. drożdży probiotycznych uznawane są za pożądane, część piwowarów stosuje je nawet do fermentacji piw.
[13] Przeciwciała te, wytworzony do walki przeciw drożdżom, mają nadal wpływ na działanie naszego organizmu: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC187603/
