Biergist belangrijk bij de omschakeling naar een duurzame economie

Zonder de gist Saccharomyces cerevisiae zou er geen wijn, bier, cake of brood zijn. En er is meer. Als kleine “celfabriekjes” produceren zij op industriële schaal geneesmiddelen en grondstoffen. Dit micro-organisme werd gekozen door de Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM) tot microbe van het jaar 2022, aldus de VAAM in een persbericht.

De microbe van het jaar 2022 is een groot brouwmeester, hoewel hij zo klein is dat tien van zijn cellen op elkaar gestapeld nauwelijks de dikte van papier hebben. Gisten zijn kleine eencellige organismen en worden daarom tot de microben gerekend. Ook al hebben zij – in tegenstelling tot bacteriën – een celkern en behoren zij dus tot de zogenoemde eukaryoten.

De brouwgist werd pas zichtbaar met de uitvinding van de lichtmicroscoop (1680) in de vorm van vele kleine deeltjes die het bier troebel maken. Het duurde nog bijna 200 jaar voordat Louis Pasteur ontdekte dat levende gistcellen zorgen voor de alcoholische vergisting.

Ook interessant: Biotechnologen TU Delft bouwen gist om tot mini-fabriekjes van medicijnen

Mensen maken al duizenden jaren gebruik van vergisting. Zelfs de oude Egyptenaren maakten een soort bier. In vroeger eeuwen was dit een drank, zelfs voor kinderen, omdat het veel minder ziektekiemen bevatte dan het vaak vervuilde water. Wijn en sake zijn ook gebaseerd op de fermentatieactiviteit van gist. Voor de schuimvorming in mousserende wijn wordt bij de tweede gisting een gistvariant (Saccharomyces bayanus) gebruikt, die teruggaat op drie verschillende gisten, waaronder bakkersgist.

Van nature voeden gistcellen zich met suikerverbindingen uit bladeren en vruchten. Ze breken glucose of fructose af in koolzuurbellen (CO₂) en de alcohol ethanol. De alcohol geeft de gist een voordeel: het doodt concurrerende micro-organismen. Zodra de gist de suiker heeft opgegeten, kan hij doorgaan met de afbraak van het ethanol dat hij zelf heeft geproduceerd.

Rijsmiddel

De eencellige gistschimmels produceren ook koolzuurbellen in taartdeeg. Meel bestaat uit gekoppelde suikers (koolhydraten), die door Saccharoymces cerevisiae worden omgezet in CO₂. Door krachtig te kneden, verspreiden de gistcellen zich in het deeg. Een lichte warmte stimuleert hun metabolisme en vermenigvuldiging. De ontstane luchtbellen maken het gistdeeg los: het rijst.

Bakkerijen, brouwerijen, wijnkelders en mousserende wijnkelders gebruiken een groot aantal verschillende giststammen en -soorten. In de zuurdesem die voor brood wordt gebruikt, ondersteunen melkzuurbacteriën de gist. De precieze samenstelling en de gebruiksvoorwaarden zijn vaak goed bewaarde bedrijfsgeheimen. Bovendien doen de CO₂-belletjes het gistdeeg rijzen.

Model voor geneesmiddelen

Gisten lijken op plantaardige, dierlijke en menselijke cellen. Dit maakt ze tot een ideaal onderzoeksobject. Als kleine “celfabriekjes” produceren zij op industriële schaal geneesmiddelen en grondstoffen. Saccharomyces cerevisiae was het eerste eukaryote organisme met een volledig gesequenced genoom. Er zijn nu stammencollecties waarin elk van de circa 6300 gistgenen kan worden gewijzigd. Met bakkersgist als modelorganisme is het relatief gemakkelijk om de basisstructuur en -functie van eukaryote cellen te bestuderen, omdat gistcellen een structuur hebben die vergelijkbaar is met die van menselijke cellen.

Gistcellen dienen ook als cellulaire fabriek. Diabetici, bijvoorbeeld, hebben hier al tientallen jaren baat bij. Het menselijke insulinegen is “geïmplanteerd” in het gistgenoom, zodat dit minuscule organisme een groot deel van het menselijke hormoon voor de behandeling van diabetes produceert. Gist is ook in staat om natuurlijke suikers uit hout (xylose) om te zetten in ethanol met behulp van genen van schimmels en bacteriën.

Polyester

Dit betekent dat plantenafval nu kan dienen als grondstof en energiebron. Gemodificeerde gistcellen kunnen ook barnsteenzuur produceren, een bouwsteen voor de industriële productie van polyester. Het antimalariamiddel artemisinine (bekroond met de Nobelprijs in 2015) wordt geproduceerd door een geraffineerde “omleiding” van het gistmetabolisme. Dit proces diende ook als uitgangspunt voor de productie van de chemisch verwante vervangende vliegtuigbrandstof farneseen.

Een belangrijke rol voor de biotechnologie is weggelegd voor een eigenschap die gisten onderscheidt van alle eukaryoten. Zij bezitten met membranen omsloten organellen die een ruimtelijke scheiding van verschillende biochemische processen mogelijk maken. Dit maakt het bijvoorbeeld mogelijk om giftige tussenproducten in de cel af te scheiden.

Onderzoekers zijn er onlangs in geslaagd enzymen voor de voorloper van nylon te “verpakken” in vesikelachtige blaasjes. Dit is een voorbeeld van hoe de taakverdeling in de cel kan worden geoptimaliseerd door nieuwe reactieruimten. Saccharomyces cerevisiae zal een belangrijke rol spelen in de maatschappelijke omschakeling naar duurzamere vormen van economie.