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domingo, 29 de diciembre de 2019

Levaduras, moscas, quesos y yogures

En un artículo publicado el pasado 5 de diciembre en Current Biology [1], un grupo de microbiólogos y genetistas explica que la levadura de leche (un microorganismo capaz de descomponer la lactosa de la leche para elaborar queso y yogur) tuvo su origen en el encuentro casual entre una mosca de la fruta y un cubo de leche hace unos 5.500 años. Ese afortunado encuentro permitió que los pueblos prehistóricos domesticaran la levadura tal y como lo habían hecho con plantas y animales, y que empezaran a producir los quesos y yogures de los que hoy disfrutan miles de millones de personas.
Los granjeros neolíticos dieron con la práctica de la domesticación de microbios cuando intentaron preservar la comida fermentándola. La fermentación depende de microbios como las bacterias, las levaduras y otros hongos microscópicos que incrementan la acidez de los alimentos evitando que se descompongan. Los microbios que resultaban eficaces para la elaboración de productos fermentados sabrosos y sanos se conservaban para elaborar el siguiente lote de productos, de tal forma que esos microrganismos fueron perfeccionándose poco a poco a medida que iban siendo domesticados.
Los historiadores a menudo sitúan el origen de la civilización humana hace 10.000 años, cuando tribus del Neolítico se hicieron sedentarias y comenzaron a cultivar la tierra en la Media Luna Fértil, una región que se extiende por buena parte de Oriente Próximo, Mesopotamia y Persia. Los pueblos neolíticos desarrollaron técnicas agrícolas para obtener los frutales y los cereales que se siguen cultivando hoy. Al mismo tiempo, ayudados por lobos a los que habían amansado, criaron razas domésticas de ovejas, cabras y bóvidos a partir de sus parientes salvajes, lo que les permitió asegurar un suministro estable de carne y leche.
Pero aproximadamente en la misma época en que se domesticaban plantas y animales con fines agropecuarios, los humanos neolíticos también estaban domesticando microbios: La levadura de cerveza (Saccharomyces cerevisiae) fue un microbio tomado del medio natural para elaborar cerveza, vino y otras bebidas fermentadas hace 13.000 años. La mejora de las técnicas de cultivo mediante la hibridación y la selección artificial condujo a la elaboración de las cervezas que mejor se adaptaban a una determinada zona.
Por ejemplo, las levaduras de cerveza lager son híbridos de dos especies estrechamente relacionadas: la levadura Saccharomyces cerevisiae y Saccharomyces eubayanus. S. cerevisiae produce cervezas com mucho sabor, como las ales británicas, pero crece mejor a temperaturas más cálidas. S. eubayanus crece mejor en climas más fríos, pero produce compuestos que alteran el sabor de la cerveza. Los híbridos de levadura lager combinan lo mejor de ambos: buenos sabores de S. cerevisiae y crecimiento a temperaturas más frías, gracias a S. eubayanus. Así se consiguieron crear unos híbridos excelentes para elaborar cerveza en los fríos inviernos de Europa, donde se inventaron las cervezas.
Los humanos han usado levaduras para hacer queso y kéfir durante milenios. Los análisis de restos de tartar encontrados en placas dentales calcificadas demuestran que hace unos 5.500 años los seres humanos ya consumían leche de cabra y de oveja casi siempre en forma de quesos u otros productos fermentados como el yogur y el kéfir.
La capacidad de fermentar la lactosa contenida en la leche se encuentra en solo unas pocas especies de levaduras, de las cuales la principal es de la leche Kluyveromyces lactis. Dos genes, LAC12 (lactosa permeasa) y LAC4 (lactasa), son suficientes para la absorción de la lactosa y su hidrólisis a glucosa y galactosa.
Es bien sabido que los humanos domesticaron la levadura de cerveza y ahora se piensa que otra levadura es también el producto de la actividad humana. Los autores de esta figura que resume el proceso postulan que un progenitor de la levadura de la leche asociada a insectos (K. lactis var. drosophilarum) adquirió los genes que permiten la fermentación de lactosa de una población adaptada a los lácteos de K. marxianus¸ transformándose en la variedad lactis de la que hoy se obtienen varios productos lácteos. 
El sistema de utilización de la lactosa encontrado en K. lactis depende principalmente de dos genes vecinos, LAC12 y LAC4. LAC12 es una permeasa de membrana que importa lactosa en la célula, y LAC4 una lactasa intracelular que hidroliza la lactosa en los monosacáridos fácilmente catabolizables, glucosa y galactosa. La absorción de lactosa por LAC12 y su hidrólisis por LAC4 son suficientes para permitir el crecimiento fermentativo de K. lactis y las razas lácteas de K. marxianus en condiciones limitantes de oxígeno. K. marxianus también se puede aislar de plantas y en otros hábitats ajenos a la leche. Se reconocen dos variedades de K. lactis: K. lactis var. lactis, ligada a la leche, y K. lactis var. drosophilarum, ligada a las moscas de la fruta del género Drosophila.
K. lactis var. lactis se encuentra hoy en quesos elaborados a partir de leche no pasteurizada y en bebidas lácteas de fermentación natural como el kéfir. Pero los genetistas saben que el ancestro de esta levadura era exclusivo a la mosca de la fruta. Si eso es así, ¿cómo es posible que terminara produciendo muchos de los productos lácteos que hoy consumimos?
Los investigadores postulan la hipótesis de que la actual levadura de leche (K. lactis var. lactis) debe su existencia a una mosca que cayó en leche fermentada y con ello desencadenó un intercambio sexual que condujo a una feliz hibridación. La mosca en cuestión era una de la fruta que llevaba consigo K. lactis. La mosca murió ahogada, pero la levadura sobrevivió para enfrentarse a un problema: no podía usar la lactosa de la leche como fuente de alimento.
Cuando K. lactis cayó en el cubo de leche su pariente K. marxianus ya prosperaba allí. K. marxianus es capaz de nutrirse de la lactosa debido a que posee LAC12 y LAC4, lo que le permitía descomponer la lactosa en azúcares simples de los obtiene energía. Un poco de sexo un tanto incestuoso y ¡hecho!: las dos primas hermanas se reprodujeron y los genes necesarios para nutrirse de la lactosa pasaron desde K. marxianus a K. lactis. El resultado final fue que K. lactis adquirió dos nuevos genes que le permitieron fermentar la lactosa y sobrevivir por sí sola ahora convertida en una flamante variedad: la variedad lactis.
El producto fermentado que produjo esta nueva variedad debió resultar tan sabroso y nutritivo que fue usado para comenzar la nueva fermentación que hoy, perfeccionada, es una rutina en cualquier industria láctea moderna que, como la vida misma, comenzó con un poco de sexo. © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.


 [1] Una vez publicada esta entrada, un lector amigo me dice que el artículo fue resumido en The Conversation el pasado 18 de diciembre. Este es el enlace.