Fokken met gist is goed voor de bakker

Zoals bij het fokken van honden kun je ook gistcellen op wenselijke eigenschappen selecteren. Onderzoek bij het Kluyver Centre for Genomics focust zich nu op wat dit selectieproces op genetisch niveau teweeg brengt.

DSM-Gist in Delft zoekt al decennia lang naar een bakkersgist met supereigenschappen. Dit gist moet zich zo snel mogelijk kunnen voortplanten. Daarnaast moet het gist het deeg zo snel mogelijk laten rijzen, door veel koolzuurgas te maken.

En hier zit de crux. Beide processen vragen suiker- en zuurstofconcentraties die precies met elkaar in tegenspraak zijn. Een gist dat vanuit zijn kweekbed in brooddeeg wordt gebracht, ontmoet plotseling een omgeving met een hoog suikergehalte en nauwelijks zuurstof. Precies het tegenovergestelde van de omstandigheden waar het werd gekweekt, en voor veel cellen is die overgang te groot. Ze presteren daardoor slechter en dat is niet goed voor de bakker.

Deels dankzij dit probleem blijkt van deze micro-organismen ook leuke wetenschap te bakken. Dit gebeurt bij het Kluyver Centre for Genomics, waar prof.dr. Jack Pronk en de zijnen zich al jaren wijden aan de studie van het metabolisme van saccharomyces cerevisiae. Tenminste, zo laat de eencellige bakkersgist zich in het Latijn aanspreken.

Een belangrijke onderzoeksvraag voor de komende jaren is hoe je een gist kunt kweken met zowel een maximale celopbrengst als een goede deegrijscapaciteit. En hoe je vervolgens de eventuele dna-codes van deze eigenschapscombinatie kunt achterhalen. Deze codes vormen namelijk het combinatieslot van een kluis waarin het ideale broodgist zit opgesloten. Zijn de codes eenmaal bekend, dan kan met een beetje sleutelen zelf zo'n gistcel gemaakt worden.
Generaties

In het lab bij Pronk deed promovendus Mickel Jansen daarom in vier jaar na, wat de Delftse gistfabriek al decennia lang doet. Hij 'fokte' met giststammen, zoals een hondenfokker dat met honden doet om bijvoorbeeld de beste jachthond te kweken.

Jansen selecteerde de gistcellen op maximale celopbrengst onder lage suikerconcentraties. Vervolgens testte hij ze op gasproductie onder deegomstandigheden, dus met hoge suikerconcentratie. Zo kreeg hij gistculturen die na tweehonderd generaties een groot deel van de gasproductiecapaciteit verloren hadden. Anders dan bij hondenfokkers keek Jansen ook wat er na kweek op genetisch gebied in de cellen veranderde.

"We zijn benieuwd wat er op dna-niveau gebeurt als je gisten op uiterlijke eigenschappen gaat kweken", zegt Jansen. "Soms is een gistcultuur door aanpassing aan een nieuw milieu zo veranderd, terwijl de messenger-RNA-moleculen in de cel (moleculen die genetische informatie van het dna overzetten naar eiwitten - RZ) nauwelijks veranderd zijn."

Toch probeerde Jansen te achterhalen welk onderdeel van de gistcel voor welke eigenschap verantwoordelijk is. "Je wilt uiteindelijk per gewenste eigenschap de dna-code kraken", zegt hij. "Dan kun je zelf een gistcel met die eigenschap maken. Maar niet iedere eigenschap wordt rechtstreeks door het dna gedicteerd, zo blijkt ook bij de gist. Daarom moet je ook op andere niveaus in de gistcel kijken wat er verandert als je giststammen selecteert."

Een dergelijke totaalstudie wordt ook wel vertical genomics genoemd. Verticaal, omdat je naar zowel de fysiologie van de gistcellen kijkt als naar de verandering op dna-, RNA-, eiwit- en metabolietniveau (stofwisselingsmoleculen). Dit is momenteel erg hot onderzoek, niet alleen bij het Kluyver Centre. Want het wordt steeds duidelijker dat dna niet alle eigenschappen van een gistcel dicteert. Daardoor ligt een heel onderzoeksgebied open met de vraag hoe deze eigenschappen dan wel worden bepaald.

Het onderzoek van Jansen is een van de eerste vertical genomics-promoties aan het Kluyvercentre. "Mijn onderzoek was een beetje pionieren", zegt hij. "Ik keek of je met evolutie fysiologische verandering kunt krijgen, die je vervolgens probeert te verklaren met genomicstechnieken. Een opvolger zal het optimale gist moeten vinden, waarnaar DSM al een eeuw zoekt."

De zoektocht naar een bakkersgist met supereigenschappen moet nog heel wat dna-codes kraken. (Foto: Hans Stakelbeek/FMAX)