Български учени проучват ДНК на бирата

Първото по рода си изследване за ДНК идентификация на  микроорганизмите в пивото с използването на метагеномика, реализираха български учени под ръководството на д-р Сергей Иванов от Центъра по биология на храните. С изучаването на микроорганизмите, осъществяващи ферментацията в пивоварния процес, учените могат да предвидят и контролират специфичните органолептични особености на бирата, т.е. - нейният вкус, аромат, пенливост, бистрота и чистота. Още повече, че контролът върху  дрождите и другите над 100 вида бактерии в пивото са от ключово значение за качествените показатели на напитката и цялостното представяне на продукта. Партньор на научния проект е Съюзът на пивоварите в България.

За изследването е използвана метагеномика - генетичен метод при който се работи едновременно с ДНК на всички микроорганизми в съответната проба. С иновативното проучване на българските учени са разчетени участъци от ДНК на микроорганизмите в бирата, като по този начин е установена тяхната пълна идентификация и научно описание. Изучаването на тази невидима за потребителите флора на практика предотвратява появата на нежелани микроорганизми, които не само могат да развалят напитката, но дори да се отразят върху безопасността на продукта. в случая – бира. В научния експеримент са използвани няколко традиционни български марки пиво.

След процес на концентриране, извличане и пречистване, чрез PCR се изследват  определени участъци от дългата верига на нуклеиновата киселина, наречени 16s рибозомална РНК. Данните се обработват и анализират с машинно разчитане и декодиране на генетичните последователности (секвениране на ДНК). Получената информация се подлага на биоинформационен анализ и се сравнява с бази данни на известните секвенции, съхранявани в генетичната банка. Така се стига до информацията какви таксономични единици присъстват в съответната проба пиво, което всъщност представлява определяне на микроорганизмите в напитката. Таксомична единица е термин, който обозначава един организъм или съвкупност от организми в тяхната класификационна система. 

Настоящият проект на българските учени е едно от първите изследвания в света за едновременна таксономична идентификация на всички микроорганизми в пивото. Тук е мястото да подчертаем, че дрождите и бактериите например, са от съществено значение за протичането на всички биохимични процеси в храните и напитките, в това число и бирата. 

„Резултатите от ДНК изследването на метагенома на бирата свидетелстват за огромното микробиологично разнообразие, което съдържа пивото. По време на научната работа открихме над 10 нови вида таксономични единици от дрождите и други микроорганизми.  Те са формирани по време на ферментацията и до този момент не са разпознавани и нямат аналози в генетичната банка. Така освен с практическо приложение, изследването ни е със съществен научен принос, защото има вероятност да са открити нови бактериални видове, непознати за науката“, сподели д-р Сергей Иванов.

По време на изследването са индентифицирани бактерии от 7  таксономични категории и 1 таксономична единица от род Halococcus. Досега общо са разграничени 139 вида бактерии, но работата по анализите от изследването продължава. За сега най-многобройни са микроорганизмите от вида  Acetobacter fabarum, за които по-рано не се предполагаше, че са преобладаващи в пивото. На второ и трето място са класическите млечнокисели бактерии от видовете Lactococcus lactis и Lactobacillus brevis, които традиционно присъстват в млечните продукти и туршиите. 

По литературни данни от международни и национални научни публикации, в пивото са описани над 600 съединения, влияещи върху органолептичните качества на бирата. В десетки предишни изследвания, осъществявани от родните учени, са проучвани химичният и микробиологичен състав на много от произвежданите в страната бири. Сред тях са антиоксиданти, вещества с антибактериално и антивирусно действие, витамини и минерали, натурални аромати, фибри, багрила и др. Някои от тях са с произход от растителните суровини, но повечето се синтезират от микроорганизмите в пивото. Ето защо контролът върху микробиологичната флора на кехлибарената напитка е от ключово значение за нейната чистота и качеството. 

През 2017 г. д-р Сергей Иванов чрез ядрено магнитен резонанс – ЯМР, изследва физико-химичните и микробиологични показатели на пивото, за да получи уникалния дигитален подпис на напитката. Днес, чрез иновативното изследване на метагенома на бирата може да се получи цялостна картина на сложната екосистема и взаимодействия на живи организми, съдържащи се дори в една чаша бира. В зависимост от използваните суровини и закваски са възможни безброй техни комбинации и свойства. Във ферментационните съдове за производство на пиво съществуват милиарди микроорганизми от всички таксономични класове, които придават на различните марки бира уникален вкус, вид и аромат. Изучаването на това многообразие спомага за насочване на производствения процес в желаната посока, което заедно с неговия контрол и усъвършенстване е толкова ценено от потребителите на пенливата напитка. 

Центърът по биология на храните извършва научни и научно-приложни изследвания по биология на храните, разработва нови технологии за хранително-вкусовата промишленост и изготвя анализи на качеството и безопасността на хранителните продукти. Партньор на проекта за ДНК идентификация на  метагенома с микроорганизмите в пивото е Съюзът на пивоварите.