Evolutie van gist: bier, wijn en genetica

Onderzoeker:  Kevin Verstrepen (KU Leuven)

 
Kevin Verstrepen onderzoekt samen met zijn team waarom bepaalde kenmerken van gistcellen sneller evolueren dan andere. Met die kennis ontwikkelt hij nieuwe giststammen voor een breed scala aan toepassingen: van bier en wijn en brood tot industriële ethanol.

Tegelijkertijd levert zijn onderzoek nieuwe inzichten op over de evolutieleer en de menselijke geneeskunde. Door bepaalde delen van het genoom veel sneller te laten evolueren dan andere, slagen de gistcellen erin om zich vlot aan te passen aan veranderende omstandigheden. Verstrepen onderzoekt met welke genetische trucs gist is uitgerust om dat voor elkaar te krijgen, en of dezelfde principes ook werkzaam zijn in hogere organismen zoals mensen. Omdat de cellulaire werking van gisten sterk gelijkt op die van mensen, heeft het onderzoek ook geneeskundige toepassingen.

Voor zijn werk gebruikt hij een mix aan genetische technieken, bio-informatica en wiskunde. 

Snelle evolutie zorgt voor flexibele levensstijl

Veranderingen in het genetisch materiaal, lijken op het eerste gezicht vooral hinderlijk. De wijzigingen gebeuren volledig willekeurig, en kunnen de werking van een organisme helemaal in de war sturen. Toch zijn er bepaalde plaatsen in het genoom waar veel meer mutaties voorkomen dan in andere. Voorbeelden hiervan zijn zogenaamde "tandem herhalingen" (plaatsen in het genoom waar korte stukjes DNA telkens herhaald worden) en telomeren (de uiteinden van chromosomen). Die plaatsen zijn er niet toevallig, zoals Verstrepen met zijn werk heeft aangetoond. Ze stellen het organisme, in dit geval gist, in staat om zich snel aan te passen aan veranderingen in de leefomgeving. Met andere woorden, hoewel gistcellen geen hersenen hebben, kunnen ze hun gedrag toch bijsturen als de omgeving verandert. De cellen die beter aangepast zijn aan de omstandigheden, zullen overleven en hun kenmerken doorgeven aan de volgende generatie. Veranderen de omstandigheden opnieuw, dan begint het proces van voor af aan.  

Gist, beter bestand tegen alcohol

Met de kennis die het onderzoeksteam verzamelt over de snelle evolutie van gist, zijn ze  aan de slag gegaan om industriële processen te verbeteren.

Zo werkt Verstrepen aan giststammen die
  • meer smaak geven aan bier
  • makkelijker neerslaan (zorgt voor helder bier)
  • minder neerslaan (zorgt voor troebel wit bier)
  • ingewikkelde suikers kunnen verteren
  • beter bestand zijn tegen hogere alcoholpercentages of temperaturen sneller en beter kunnen fermenteren

Van bier naar geneeskunde

Gistcellen zijn niet alleen uiterst geschikt voor de productie van drank en voedsel. Ze zijn ook één van de belangrijkste modelorganismen voor genetisch en geneeskundig onderzoek. Gistcellen zijn vergelijkbaar met een vereenvoudigde versie van menselijke cellen – maar wel veel gemakkelijker te kweken en uitermate geschikt om genetische experimenten uit te voeren. Het is daarom eenvoudiger om bepaalde biologische processen te ontrafelen in gistcellen, en die principes dan te testen op mensen.
 

Klevende gistcellen geven troebel bier

Het lab van Verstrepen onderzoekt waarom bepaalde giststammen meer aan elkaar klitten dan andere. Dat wordt  onder meer veroorzaakt door zogeheten tandem repeats, identieke stukjes DNA die verschillende keren na elkaar voorkomen. Die stukjes DNA zijn erg onstabiel en veroorzaken gemakkelijk mutaties. Omdat de tandem repeats bij de genen liggen die bepalen hoe hard de gistcellen aan elkaar kleven, treedt daar veel variatie in op. Waarom is het belangrijk te weten hoe het komt dat gistcellen al dan niet aan elkaar kleven? Tijdens het brouwen zakken grote vlokken gist sneller naar beneden.
 
Maar de tandem repeats zijn niet alleen van belang voor het brouwen van een fris witbier. Ook bij mensen blijken ze een belangrijke bron van genetische variatie te vormen – een terrein dat Verstrepen samen met andere labo’s nog maar net begint te onderzoeken.

 Surplus, met gist ontwikkeld door Kevin Versterpen
© David Pinte

Tumulus 800, met gist ontwikkeld door Kevin Verstrepen
© Bart Landuyt, 2011