Виноделы работают с огромным разнообразием микроорганизмов (дрожжей и бактерий), которые играют важную роль в технологии изготовления вин, влияя на их качество и безопасность. Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН исследовали совместный геном (метагеном) дрожжей и других микроорганизмов, которые были обнаружены в дрожжевой пленке при изготовлении российских хересных вин, чтобы проверить стабильность производственных штаммов дрожжей. Исследование проводилось в рамках проекта научного центра мирового уровня «Агротехнологии будущего», который реализуется при поддержке национального проекта «Наука и университеты».
Крепость хересных вин выше 15% и дрожжевым клеткам трудно выжить при такой концентрации этанола. Поэтому они развиваются на поверхности вина, образуя флор —складчатую пленку. За счет длительной выдержки под хересной пленкой вино приобретает особые вкус и аромат, характерные для вин типа херес. Впервые херес стали делать в южной части Испании, но постепенно виноделы научились производить вина типа херес и в других регионах мира. Биологически выдержанный херес, как мансанилья и фино, вызревает под пленкой до требуемых кондиций, а херес типа амонтильядо какое-то время проводит без флора. Генетики ФИЦ Биотехнологии РАН исследовали микробные сообщества, которые присутствуют в пленке, и изучили, насколько стабильны производственные штаммы, используемые в Крыму для получения хересных вин.
— Главную роль в создании такой пленки играют дрожжи Saccharomyces cerevisiaeно. За длительный цикл жизни пленки в ней могут развиваться и другие микроорганизмы. В научной статье мы рассказываем о результатах метагеномного анализа флора на поверхности хересных вин. Также мы сравниваем геномы заводских образцов флора с исходным штаммом I-329, чтобы предположить сохранение его генетической стабильности и конкурентоспособность в стрессовых условиях промышленных виноделен, — рассказал доктор биологических наук, заведующий лабораторией геномики микроорганизмов и метагеномики ФИЦ Биотехнологии РАН, научный сотрудник НЦМУ «Агротехнологии будущего» Андрей Марданов.
Ученые использовали штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae под названием I-329 (херес 96-KM) из коллекции микроорганизмов виноделия «Магарач», которая более 60 лет поддерживается Всероссийским национальном научно-исследовательским институтом виноградарства и виноделия «Магарач» РАН и используется на винодельнях Ореанды (Ялта, Крым). Первая серия была запущена в производство в 1962 году. Вино выдерживается в 500-литровых дубовых бочках (по 300 литров в каждой) по три месяца, после чего треть объема сливают, заменяя таким же количеством крепленого вина. От нее в конце созревания вина было получено два образца, которые ученые промаркировали M6 и M11. Вторая серия поддерживается с 1992 года. Вино этой серии делают в 16 5000-литровых металлических бочках, заполненных на 60%. Каждый день 100 литров вина из бочки переливается в следующую по «старшинству» бочку. При этом в первую добавляют свежее крепленое вино, а из последней в ряду сливают готовое вино. Образцы флора брали из первой бочки (M7 (M3)) и из предпоследней (M9 (M4)).
Обе серии поддерживались десятки лет без искусственной замены флора. Таким образом, можно было сравнить лабораторную версию (исходный образец) с двумя вариантами-потомками с разницей в 30 лет. Несмотря на долгий (по меркам дрожжей) период эволюции в стрессовых условиях, они накопили только несколько десятков «однобуквенных» мутаций. Метагеномный анализ также показал, что кроме основного вида дрожжей в образцах присутствовали небольшие количества Pichia membranifaciens и Malassezia restricta. Примерно 20% сообщества из 60-летнего образца в сумме составляли молочнокислые бактерии Oenococcus oeni и Lentilactobacillus hilgardii, но в 30-летнем образце их содержание было меньше 1%.
— Штамм Saccharomyces cerevisiae I-329 имел тройной набор всех хромосом, помимо первой и третьей, которых у него две копии. Учитывая, что за 60 лет в используемых на винодельнях штаммах появилось всего 54 однонуклеотидных полиморфизма, это показывает высокую генетическую стабильность штамма в производственных условиях, — добавил Андрей Марданов.
