Những thực phẩm này đều phụ thuộc vào vi sinh vật vì hương vị đặc biệt của chúng. ảnh lề / Shutterstock.com

Thật khó để tưởng tượng một bàn ăn ngày lễ mà không có bánh mì, thịt, rau, rượu, bia hoặc một miếng pho mát Pháp cho những người có khẩu vị phiêu lưu hơn. Thưởng thức những món ngon này với gia đình và bạn bè là một phần của những gì làm cho ngày lễ trở nên thú vị.

Những thực phẩm và đồ uống này là lịch sự của việc thuần hóa một số động vật, thực vật và vi khuẩn khác nhau. Việc thuần hóa thực vật và động vật đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, vì nó được cho là đã được sự thay đổi nhất thời trong lịch sử loài người gần đây.

Tuy nhiên, các nhà khoa học biết rất ít về việc thuần hóa vi khuẩn, và kết quả là, xã hội không đánh giá cao những đóng góp quan trọng của họ đối với thực phẩm và đồ uống mà chúng ta thưởng thức suốt cả năm.

Tôi là một nhà sinh vật học tiến hóa nghiên cứu về nấm, một nhóm các vi khuẩn mà việc thuần hóa đã cho chúng ta nhiều sản phẩm ngon. Từ lâu tôi đã bị mê hoặc bởi hai câu hỏi: những thay đổi di truyền dẫn đến việc thuần hóa chúng là gì? Và làm thế nào trên trái đất, tổ tiên của chúng ta đã tìm ra cách thuần hóa chúng?

Tò mò quá? Các nghiên cứu gần đây đã làm sáng tỏ những câu hỏi này, vì vậy hãy lấy một ít phô mai Camembert và một cốc bia, và tiếp tục đọc.

Cảm ơn sự đa dạng của các loại vi khuẩn, bao gồm cả nấm, vì loại phô mai quốc tế này. Umomos / Shutterstock.com

Các giống lai trong lager của bạn

Đối với việc thuần hóa có liên quan, thật khó để đứng đầu trong việc mài giũa men bia. Nền tảng của các ngành công nghiệp làm bánh, sản xuất bia và sản xuất rượu vang, men bia có khả năng vượt trội để biến đường của các loại trái cây và ngũ cốc thực vật thành rượu. Làm thế nào mà men bia phát triển sự linh hoạt này?

Bằng cách khám phá các loài nấm men mới và giải trình tự bộ gen của chúng, các nhà khoa học biết rằng một số loại men được sử dụng trong sản xuất bia là giống lai; nghĩa là, họ là hậu duệ của các hiệp hội giao phối cổ xưa của các cá nhân từ hai loài nấm men khác nhau. Các giống lai có xu hướng giống với cả hai loài bố mẹ - nghĩ về wholpin (cá voi-cá heo) hoặc sư tử (sư tử-hổ).

Các tế bào của men bia hùng mạnh, nền tảng của các ngành công nghiệp làm bánh, sản xuất bia và sản xuất rượu vang. wikipedia

Ví dụ, men bia lager là giống lai của hai loài có liên quan chặt chẽ với nhau: men bia Saccharomyces cerevisiae và Saccaromyces eubayanus. Saccharomyces cerevisiae sản xuất các loại bia ngon, như ales của Anh, nhưng phát triển tốt hơn ở nhiệt độ ấm hơn. Ngược lại, Saccaromyces eubayanus phát triển tốt hơn trong cái lạnh nhưng tạo ra các hợp chất làm mất đi hương vị của bia. Lager men lai kết hợp tốt nhất của cả hai - hương vị tốt từ Saccharomyces cerevisiae và tăng trưởng ở nhiệt độ lạnh hơn, nhờ Saccaromyces eubayanus. Điều này làm cho những giống lai này trở nên tuyệt vời để sản xuất bia trong mùa đông lạnh giá ở châu Âu, nơi phát minh ra các loại bia.

Các nhà nghiên cứu cũng đã phát hiện ra con lai tự nhiên từ sự kết hợp của người khác Saccaromyces loài. Điều vẫn chưa được biết là liệu lai tạo là tiêu chuẩn hay ngoại lệ trong các loại men mà con người đã sử dụng để làm đồ uống lên men trong nhiều thiên niên kỷ.

Để giải quyết câu hỏi này, một nhóm được lãnh đạo bởi sinh viên tốt nghiệp Quinn Langdon tại Đại học Wisconsin và một đội khác được dẫn dắt bởi đồng nghiệp sau tiến sĩ Brigida Gallone tại Đại học Ghent và Leuven ở Bỉ kiểm tra bộ gen của hàng trăm loại men liên quan đến sản xuất bia và làm rượu vang. Điểm mấu chốt của họ? Quy tắc lai.

Ví dụ, một phần tư men được thu thập từ môi trường công nghiệp, bao gồm các nhà sản xuất bia và rượu vang, là giống lai.

Thật đáng ngạc nhiên, một số giống lai truy nguyên nguồn gốc của chúng ba hoặc bốn loài khác nhau. Tại sao tất cả sự lai tạo này?, Bạn có thể hỏi. Giống như các giống lai lager, những giống lai mới được phát hiện này khác nhau ở những gì chúng thích ăn và chúng phát triển nhanh như thế nào. Những sở thích này, được phép lịch sự lai tạo, ảnh hưởng không chỉ đến cách mọi người sử dụng chúng trong sản xuất bia mà còn cả hồ sơ hương vị của các loại bia kết quả.

Sự kết hợp của các phong cách và hương vị bia đến từ các loại men bia và sự ưa thích của chúng đối với sự lai tạo. Brent Hofacker / Shutterstock.com

Các đột biến trong phô mai của bạn

So sánh bộ gen của nấm thuần hóa với họ hàng hoang dã của họ giúp các nhà khoa học hiểu được những thay đổi di truyền đã tạo ra một số thực phẩm và đồ uống yêu thích. Nhưng làm thế nào mà tổ tiên chúng ta thực sự thuần hóa những loại nấm hoang dã này? Không ai trong chúng tôi ở đó để chứng kiến ​​tất cả bắt đầu như thế nào. Để giải quyết bí ẩn này, các nhà khoa học đang thử nghiệm các loại nấm hoang dã để xem liệu chúng có thể tiến hóa thành các sinh vật giống như những sinh vật mà chúng ta sử dụng để chế biến thức ăn ngày nay hay không.

Benjamin Wolfe, một nhà vi trùng học tại Đại học Tufts, và nhóm của ông giải quyết câu hỏi này bằng cách hoang dã Penicillium nhào nặn và phát triển các mẫu trong một tháng trong phòng thí nghiệm của mình về một chất có chứa phô mai. Điều đó có vẻ như là một khoảng thời gian ngắn đối với con người, nhưng nó là một giai đoạn kéo dài nhiều thế hệ cho nấm.

Các loại nấm hoang dã có liên quan rất chặt chẽ với các chủng nấm được sử dụng bởi ngành công nghiệp phô mai trong quá trình sản xuất phô mai Camembert, nhưng trông rất khác so với chúng. Ví dụ, các chủng hoang dã có màu xanh và mùi, tốt, mốc so với các chủng công nghiệp màu trắng và không mùi.

Các khuẩn lạc của nấm Penicillium phân lập từ một loại phô mai xanh. Thuộc địa màu trắng là một phiên bản thuần hóa của nấm mốc hoang dã. Benjamin Wolfe, CC BY-SA

Đối với Wolfe, câu hỏi lớn là liệu anh ta có thể tái tạo bằng thực nghiệm hay không, và ở mức độ nào, quá trình thuần hóa. Các chủng hoang dã trông và có mùi như thế nào sau một tháng tăng trưởng trên phô mai? Đáng chú ý, những gì ông và nhóm của mình tìm thấy là, vào cuối thí nghiệm, các chủng hoang dã trông giống với các chủng công nghiệp đã biết hơn nhiều so với tổ tiên hoang dã của chúng. Ví dụ, chúng có màu trắng và mùi ít mốc hơn.

Nấm dành nhiều năng lượng để tạo ra các sắc tố và các hợp chất cay cho phép chúng cạnh tranh và tự vệ. Sống thoải mái với chế độ ăn phô mai và an toàn trước những kẻ săn mồi đồng nghĩa với việc mất khả năng sản xuất, giả sử, sắc tố thực sự có thể là lợi thế. Đó là bởi vì năng lượng tiết kiệm thay vào đó có thể được dành cho sự phát triển của thuộc địa nấm.

Nhưng làm thế nào mà chủng hoang dã biến thành một phiên bản thuần hóa? Nó đã đột biến? Bằng cách giải trình tự bộ gen của cả tổ tiên hoang dã và hậu duệ được thuần hóa và đo lường hoạt động của các gen khi phát triển trên phô mai, nhóm của Wolfe đã phát hiện ra rằng những thay đổi này đã không xảy ra thông qua đột biến trong bộ gen của sinh vật. Thay vào đó, rất có thể chúng xảy ra thông qua thay đổi hóa học làm thay đổi hoạt động của các gen cụ thể nhưng không thực sự thay đổi mã di truyền. Cái gọi là sửa đổi biểu sinh có thể xảy ra nhanh hơn nhiều so với đột biến. Con đường thuần hóa dường như nhanh hơn so với suy nghĩ trước đây, điều này có lẽ sẽ khuyến khích các nhà sản xuất phô mai phiêu lưu bắt đầu thử nghiệm việc thuần hóa nấm hoang dã để có hương vị mới.

Trong khi bạn thưởng thức các loại thực phẩm và đồ uống yêu thích của mình trong mùa lễ này, hãy suy nghĩ về những loại nấm siêu nhỏ này, cách chúng phát triển sức mạnh to lớn của chúng và thế giới của chúng ta sẽ nhạt nhẽo hơn bao nhiêu nếu không có chúng.

Lưu ý

Antonis Rokas, Chủ tịch Cornelius Vanderbilt về Khoa học Sinh học và Giáo sư Khoa học Sinh học và Tin học Y sinh, Đại học Vanderbilt

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

sách_science