I principali obiettivi del miglioramento genetico dei lieviti birrari riguardano l’ottenimento di lieviti in grado di migliorare sia l’efficienza del processo produttivo sia la qualità della birra, non solo dal punto di vista organolettico e sensoriale ma anche da quello nutrizionale e salutistico. Considerato che la birra lager costituisce circa il 90% della produzione mondiale non stupisce che gran parte degli studi relativi al miglioramento genetico dei lieviti birrari si riferisca al bottom yeast. Il fatto che questi siano allopoliploidi, caratterizzati da scarsa efficienza di sporulazione e bassa vitalità delle spore, e siano generalmente omotallici ha limitato l’utilizzo dell’ibridazione sessuale e favorito l’impiego di altri metodi tra i quali la fusione protoplasti e la mutagenesi con agenti fisici o chimici, l’ingegneria metabolica inversa e l’ingegneria evoluzionistica.
Alcune di queste tecniche, nonostante la casualità del risultato e la difficoltà di combinare i tratti fenotipici di interesse in un unico ceppo e la possibilità di generare mutazioni con effetto deleterio sulla fitness dei lieviti, sono state e sono tutt’ora ampiamente utilizzate.
La fusione dei protoplasti viene applicata alla tecnica del “genome shuffling” che consente di combinare più tratti fenotipici in un unico individuo attraverso la fusione di genomi. questa tecnica, che prevede la selezione delle progenie dei fusanti per la ricerca degli individui che portano i caratteri desiderati, è stata applicata al miglioramento per la produzione di etanolo e della capacità fermentativa. l’ingegneria metabolica razionale si basa sull’assunto secondo cui modulando l’espressione di geni codificanti proteine è possibile ottenere il tratto fenotipico desiderato.
Quest’approccio è stato utilizzato per l’ottenimento di lieviti impiegabili sia per il miglioramento dell’efficienza del processo fermentativo sia per il miglioramento della qualità della birra.
Nel primo caso sono stati ottenuti: lieviti con incrementato trasporto del maltosio e del maltotrioso e quindi in grado di fermentare il mosto di malto in maniera rapida e completa e di produrre birra con elevato contenuto di etanolo, lieviti in grado di utilizzare la prolina, l’amminoacido più abbondante nel mosto di malto, normalmente inutilizzato dai lieviti ed lieviti latamente flocculenti per facilitarne la rimozione a fine fermentazione.
Nel secondo caso, con l’intento di migliorare l’aroma della birra, è stata incrementata la produzione di solfiti ed esteri e ridotta quella di diacetile, DMS e idrogeno solforato. per migliorarne il contenuto salutistico si è tentato di ridurre il contenuto di etanolo e quello degli zuccheri, in particolare destrine, nella birra.
Mentre l’ingegneria metabolica razionale richiede la conoscenza della relazione esistente tra genotipo e fenotipo, l’ingegneria metabolica inversa parte dalla ricerca del fenotipo desiderato in una popolazione selvatica o mutagenizzata, e utilizza un approccio combinatoriale per identificare i loci genici importanti per quel fenotipo di interesse. questa tecnica è stata applicata al miglioramento delle performance fermentative in mosto ad elevata concentrazione zuccherina, all’incremento della produzione di solfiti e alla riduzione della produzione di diacetile. l’ingegneria metabolica razionale e l’ingegneria metabolica inversa portano alla produzione di microorganismi geneticamente modificati il cui impiego in birrificazione è limitato sia dalle normative vigenti in diversi paesi produttori di birra, sia dalla percezione negativa di una larga fascia di consumatori rispetto all’utilizzo di organismi geneticamente modificati in campo alimentare.
Una soluzione a questo problema è offerta dall’ingegneria evoluzionistica, questa tecnica si basa sulla individuazione di un fenotipo selezionabile per esempio capacità di fermentare mosto ad elevata concentrazione zuccherina, e sull’applicazione di condizioni colturali/nutrizionali in grado di creare una forte pressione selettiva sul lievito e ottenere una progenie mutata che presenta il fenotipo di interesse. l’ingegneria evoluzionistica non richiede necessariamente l’impiego della ingegneria genetica e può consentire di ottenere in breve tempo lieviti con fenotipi migliorati e utilizzabili in processi industriali.
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