ONS BINDT DE VRIENDSCHAP EN DE WIJN SCHENKT ONS VREUGDE

    Positie: Vinificatie -> Artikelen Gisten  
 
Over ons
Actueel
Leden
Activiteiten
Wijnbouw
Vinificatie
 
 
Vooraf
Wijnmaken basics
Werkbladen
Alcoholische gisting
Malolactische gisting
Zuren (en meten)
Ontzuren
Enzymen
Gistsoorten
Sulfiet
Overige hulpstoffen
Bewaren hulpstof
Hout en wijn
Problemen
Suzuki-aantasting
Meten en registreren
HygiŰne
Diversen
Meer lezen en links
Artikelen vinificatie
Artikelen Gisten
Werkgroep Vin
Bottelen
Wijnproeven
Overige
Sponsors
Sitemap/search



 

Onderwerp Artikelen Gisten

Beneden
 

Nieuwe wegen voor het ontwikkelen van giststammen

Inleiding

De beslissing omtrent de wijnstijl die een wijnmaker nastreeft is gebaseerd op vele factoren. Hij kan kiezen voor een wijn die past bij een specifieke markt, of een wijn die het beste past bij de streek waar deze vandaan komt, of een wijn met unieke eigen kenmerken, of een combinatie hiervan. 
Hoe kan de wijnmaker inspelen op veranderingen die zich in relatief korte tijd voordoen? De huidige wijntechnologie kent slechts beperkte middelen de wijnstijl te wijzigen van de ene oogst op de andere. Echter, innoverend wijngistonderzoek wijst nieuwe wegen. Het aanbrengen van grote veranderingen in de wijnstijl kan wel eens gaan neerkomen op het kiezen van eenvoudigweg de juiste gist voor zo’n klus.

Aanpak

Om succes te behouden in de huidige overvolle en van aanbod overlopende mondiale wijnmarkt moet een wijn zich onderscheiden in zijn prijsklasse en de klant dermate tevreden stellen dat de vervolgaankoop zekergesteld is. Maar voor producenten die een nieuwe wijnstijl overwegen is een snelle omschakeling moeilijk te realiseren.
Eén van de dingen die wijnmakers in staat zouden stellen uiteenlopende wijnstijlen te maken, zou zijn het kunnen beschikken over een hele reeks verschillende giststammen die aan wijn een gekend en voorspelbaar karakter zouden geven. Terwijl de ene stam ontwikkeld zou zijn om aan wijn donkere fruitaroma’s bij een matig alcoholgehalte te geven, zou een andere misschien meer geschikt zijn voor het ontwikkelen van tropische fruitaroma’s die doen denken aan de grote Sauvignon Blanc wijnen. Verschillende gisten dus, om verschillende wijntypen te maken.

Hoe beginnen we zo’n ontwikkeling? Dat begint met een beter begrip van de interne processen van een gistcel, van haar stofwisseling dus, en vervolgens met het gebruiken van deze kennis bij het ontwikkelen van nieuwe giststammen die wijn maken volgens de eisen van de wijnmaker.

Begrip krijgen van de interne werking van een gistcel is niet eenvoudig. Levende organismen zijn zeer complex, en dat geldt zelfs voor het eenvoudigst uitziende organisme. Wijngist, Saccharomyces Cerevisiae bijvoorbeeld, bestaat uit enkelvoudige ellipsvormige cellen die ongeveer 0,005 tot 0,01 mm ‘lang’ zijn en 0,003 tot 0,007 mm ‘breed’. Zij hebben geen andere onderscheidende kenmerken dan hier en daar wat kraterachtige littekens, die ontstaan zijn door het afstoten van dochtercellen in het reproductie-proces. Zie Figuur 1. Maar de inhoud van een boek moet je niet beoordelen op basis van het kaft. Ga naar binnen in een gistcel en je komt terecht in een drukke mini-metropool, net als in je eigen cellen. De cel zit vol met ingewikkelde stelsels van zeer gestructureerde bouwwerken van compartimentjes die organellen genoemd worden , ‘kleine organen’, vergelijkbaar met onze eigen organen; ze staan op zichzelf en hebben elk een eigen functie. Er zijn transportsystemen die in de vorm van sporen bezorgroutes hebben. Voertuigen vervoeren lading langs deze sporen naar bepaalde bestemmingen, van het ene organel naar het andere. Het adresseersysteem voor het zekerstellen van een nauwkeurige bezorging is verbazingwekkend, maar daarover een andere keer.

 

Figuur 1) Gistcel met een knop en littekens waar knoppen gezeten hebben. De moeder en de dochters (knoppen) zijn genetisch identiek. De voortplanting is ongeslachtelijk. Onder optimale omstandigheden verdubbelt Saccharomyces Cerevisiae elke 90 minuten haar massa. De voortplanting stopt wanneer de moedercel geheel bedekt is met littekens.

Genoom
 

De plannen voor de bouw, het onderhoud en het functioneren van deze intracellulaire metropolen liggen opgeslagen in een reeks instructies, de genen, die zich bevinden op de chromosomen in een compartiment dat bekend staat als de celkern. Een gistcel bevat meer dan 6000 genen en elk gen bevat de informatie voor het maken van een specifiek eiwit. Zo’n eiwit kan een enzym zijn voor het maken van alcohol, een eiwit dat bijdraagt aan de architectuur van de cel, een voertuig dat materialen vervoert door de cel, of een veerbootje dat voedingsstoffen de cel inbrengt vanuit het druivensap.

De chromosomen en de genen die erop liggen, worden nauwkeurig gereproduceerd, zoals het fotokopiëren van een plattegrond, elke keer als een cel zich deelt. Aan elke nieuwe dochtercel wordt een komplete kopie, het genoom van de cel, meegegeven, zodat de dochter haar eigen minimetropool kan opbouwen, kan onderhouden en kan laten functioneren op exact dezelfde manier als haar moeder.

Bepaalde instructies in het gistgenoom regelen het produceren van alcohol uit suikers, waarmee de gistcel energie kan halen uit druivensap. Andere genen bevatten instructies voor enzymen die de smaak- en aromamoleculen maken (bijvoorbeeld esters en thiolen) in de wijn. Weer andere bevatten instructies voor nieuwe celcomponenten, compartimenten of voor hele nieuwe cellen.

Als deze activiteiten van de gistcel zijn cruciaal voor het voortbestaan en de groei van het organisme en voor de wijnmaker om druivensap te kunnen veranderen in ‘gebottelde zonneschijn’. Daarom is een van de doelen van de wijnwetenschap de complexiteit van de interne processen van de gist beter te begrijpen, zodat we betere methoden kunnen ontwikkelen voor het werken met gist en nieuwe en betere giststammen kunnen maken voor de wijnmaker.

Analyse

Hoe ontwarren we deze complexe wereld en hoe krijgen we er een goed beeld van? Hoe creëren we dit beeld zodanig dat we in staat zijn nieuwe giststammen te maken waarmee de wijnmaker de wijnstijl van zijn keuze kan maken? 

Om de interne werking van een organisme te begrijpen, isoleren biologen traditioneel kleine delen van cellen en bestuderen deze in het laboratorium. Bijvoorbeeld, ze isoleren een eiwit, zoals een enzym, en onderzoeken dit om erachter te komen tot welke chemische reacties het enzym aanzet. Met moderne moleculair-biologische technieken zijn we in staat het gen te bepalen dat de instructies bevat om dit enzym te maken. Zo kom je er bijvoorbeeld achter wat de expressie van het gen is, dat wil zeggen hoe de instructies om het enzym te maken precies werken en hoe deze expressie [dus] geregeld is.

Geleidelijk ontstaat er een beeld van de biochemie van het onderzochte enzym. Maar wat zegt ons dat over zijn rol in de levende gistcel, waarin het geproduceerd wordt samen met duizenden ander eiwitten, waarvan er vele van invloed kunnen zijn op z’n activiteiten en z’n productie? Hoe meer we te weten komen over de samenstellende delen van een cel, hoe meer inzicht we krijgen in de complexiteit van de fysiologie en de biochemie van de cel.

Proteoom

Gelukkig zijn er nieuwe technieken ontstaan waarmee we de interne werking van cellen op een meer complete, holistische manier kunnen bestuderen. Bijvoorbeeld we kunnen tegenwoordig een soort inhoudsopgave maken van de eiwitsamenstelling van een cel, wat een proteoom genoemd wordt. We hoeven ons niet langer te beperken tot het volgen van één of een paar eiwitten in een experiment; moderne analytisch-chemische instrumenten worden ingezet op het terrein van de proteomen en die geven ons meer toegang tot de bouwstenen van de architectuur, de werking en de infrastructuur van de intracellulaire metropool.

Metaboloom

Op een ander niveau, speciaal van belang voor wijnmakers, ligt het metaboloom, waartoe je met vergelijkbare technieken toegang kunt krijgen als die welke gebruikt worden voor het proteoom. Het metaboloom is de gehele verzameling metabolieten - stofwisselingsproducten – van de cel; organische zuren, vetzuren, aminozuren, suikers, alcoholen, thiolen en nog veel meer. De chemische bestanddelen dus die van de wijn de smaak, het aroma, de textuur (mondgevoel) en de kleur bepalen.

Je kunt stellen dat wijn in feite de metabolomische footprint is van wijngist die zich ontwikkeld heeft in druivensap. Juist dit uitgangspunt wijst nieuwe wegen voor het wijnonderzoek. Bijvoorbeeld, voorheen zouden we streven naar het onderzoeken van 40 tot 50 bekende metabolieten in fermentatie-producten. In plaats daarvan vergroten we het vangnet om zoveel mogelijk metabolieten te vangen en we beperken het onderzoek niet tot bekende stoffen, zodat de kans om nieuwe te ontdekken groter wordt.

Het metabolietenonderzoek zal ongetwijfeld een vollediger beschrijving en begrip opleveren van de samenstelling en de kwaliteit van wijn en hoe deze gevormd worden door gist. Als dit onderzoek gedaan wordt naast het aanvullende genomische en proteomische onderzoek van wijngist is een compleet beeld van de complexe samenstelling van de cel binnen bereik.

Hoe worden we wijs uit die enorme hoeveelheid data die zich zal opstapelen door die verschillende ‘omieën’ - genomie, proteomie en metabolomie - zoals je die onderzoeksrichtingen kunt noemen? Het groeiende onderzoeksgebied van de systeembiologie zal ons helpen die laatste stap te zetten. Ze gebruikt reken- en wiskundige instrumenten in het bewerken van de ‘omieëndata’ tot begrijpelijke resultaten. Zie fig. 2.
 

Toekomstige ontwikkelingen

Als we eenmaal beschikken over krachtige wiskundige modellen van de functies van de gistcel zijn we in staat nieuwe giststammen in silico – op de computer – te ontwerpen en te testen, in plaats van tijdrovende en kostbare vergistingsprocessen door te voeren met nieuwe gistprototypes. In andere industrieën wordt deze benadering al tientallen jaren toegepast; auto’s, vliegtuigen, schepen etc. worden in silico ontworpen en getest en alleen de ontwerpen die verbeteringen opleveren zien ooit het daglicht. Gist op de computer ontworpen op specificatie van de wijnmaker en op de computer getest zal de Australische wijnmakers het concurrentievoordeel opleveren dat ze nodig hebben in de toenemend overvolle markten.

Een groot probleem waar de wetenschappers tegenaan lopen die de big science willen bedrijven die nodig is voor systeembiologie is dat er zeer veel expertise en de allernieuwste (en dure) hulpmiddelen bij nodig zijn. Zoiets is niet beschikbaar in één enkel laboratorium; dat dwingt de onderzoekers op te gaan in grote samenwerkingsverbanden, platforms.

Hoe komt het Autralische wijnonderzoek zover? De Australische overheid financiert het ontwikkelen van vier serviceplatforms:

  1. Genomics Australia,
  2. Proteomics Australia,
  3. Metabolomics Australia en
  4. Bioinformatics Australia (voor de rekenkracht).

De activiteiten van deze vier zeer autonome platforms worden bij elkaar gehouden door Bioplatforms Australia.
Als steun in de rug voor de Autralische wijnsector heeft Bioplatforms Australia de wijngistfermentatie gekozen als een soort demonstratiemodel voor het bedrijven van systeembiologie.
Dit project brengt Australië aan het front van het internationale wijnonderzoek en maakt het wijnonderzoek tot het front van de Australische wetenschapsbeoefening.


Figuur 2 ‘Systeembiologie van gist en het ‘omieënonderzoek’

Toelichting bij Figuur: Omieënonderzoek is een revolutie in het wijnonderzoek. We hoeven ons niet langer te beperken tot het volgen van een paar metabolieten (bijv. glycerol, aceton, ethanol etc.) bij fermentatieëxperimenten. We kunnen nu honderden metabolieten in één experiment volgen, van vele daarvan weten we niet eens wat het is. Dat is metabolomie (metabolomics). Op vergelijkbare manier is genomie (genomics) gericht op het vaststellen van het genoom, d.w.z. alle genen en genetisch materiaal van een organisme, en is proteomie (proteomics) gericht op het identificeren van alle eiwitten in een cel. Andere niveau’s van omieën die essentieel zijn voor het wijn-onderzoek zijn transcriptomie (transcriptomics) en fluxomie (fluxomics).

Transcriptomie (transcriptomics) bepaalt het messenger-RNA van de cel, de kopie van de instructies die in een gen opgeslagen liggen. De kopie wordt gemaakt in de celkern, waar het gen zich bevindt, en wordt naar buiten in het cytoplasma gebracht waar het gelezen en vertaald wordt teneinde het eiwit te maken waarvoor het gen codeert.

Fluxomie (fluxomics) is net als metabolomie (metabolomics) gericht op de stofwisseling, maar in dit geval is het gericht op het vaststellen van de fluctuaties in de stofwisselingsproducten (metabolites) en van de voorwaarden van hun ontstaan.
Als we bijv. nieuwe giststammen willen maken die bepaalde smaken produceren en/of minder ethanol maken, is het met fluxomics mogelijk de essentiële stappen in de stofwisseling vast te stellen die beïnvloed moeten worden, en die sterker of zwakker gemaakt moeten worden teneinde het gewenste vergistingsprodukt te verkrijgen.

Bioinformatica (bioinformatics) levert de rekenkracht om de enorme hoeveelheden data te verwerken die uit deze experimenten voortkomen. Vervolgens worden met computers nieuwe giststammen ontworpen met verbeterde eigenschappen voor het maken van [een bepaald type] wijn.

Bron: Paul J. Chambers e.a., Australian Wine Research Institute (Wine Industry Journal 24/3, mei/juni 2009).

Vertaling: PS voor de BWB
Datum: 15/3/2013 

Index
Werking van gist
Ontwikkeling van giststammen
  Top

© De Brabantse Wijnbouwers 2018 -=- Cookieverklaring -=- Privacyverklaring -=- Met dank aan Nervatuur Groep. Powered by