El pan, el vino y la cerveza son casi tan antiguos como la civilización y las técnicas de fermentación casi tan antiguas como la agricultura y la ganadería. Entre los años 7000-3000 aC se producían bebidas fermentadas en China, Irán y Egipto. Durante mucho tiempo, esta práctica milenaria se perfeccionó únicamente desde la praxis ya que se desconocía la razón científica de las transformaciones. Con la irrupción del mundo microscópico, la levadura fue observada como ser vivo y en el siglo XIX como responsable de algunas las reacciones de la fermentación. Fue así como la levadura entró en el laboratorio. Pero, más allá de la química de la fermentación, este microorganismo asumió en el siglo XX un nuevo papel en el laboratorio al convertirse en organismo y herramienta de laboratorio.
El ojo microscópico
A finales de siglo XVII Antonie van Leeuwenhoek (1632 - 1723) realizó numerosas observaciones con los primeros microscopios simples (con una única lente) diseñados por él mismo. A pesar de la simplicidad de estos instrumentos, hizo descripciones muy detalladas -de hasta 200 aumentos- de todo tipo de tejidos y materiales. Entre ellas, figuran las primeras observaciones de levadura, que describió como una agrupación de glóbulos. La construcción de microscopios más perfeccionados, hacia mediados de siglo XIX, permitió observar que las células de levadura se multiplicaban por gemación.
Los fermentos
Desde finales del siglo XVIII y durante el siglo XIX, numerosos químicos se interesaron por la naturaleza del fermento y su modo de acción. Fue en aquella época que se empezó a pensar que el "fermento" no era simplemente una sustancia orgánica, como se había sospechado hasta entonces; y se relacionaron los procesos de producción de la cerveza (y otras fermentaciones) con los seres vivos y, más concretamente, a ser entendidos como un producto de los microorganismos. La cuestión de la naturaleza del fermento se produjo en el contexto del pensamiento vitalista y de la generación espontánea y, por tanto, marcado por la controversia.
La química de la fermentación
Antoine Lavoisier (1743 - 1794) estudió la reacción de la fermentación alcohólica y publicó un libro sobre "La fermentación del vino". Lavoisier sugirió que el azúcar fermentado se podía separar en dos partes, una que se oxidaba a dióxido de carbono y otra que perdía oxígeno y daba lugar a alcohol. Posteriormente, Charles Caignard-Latour (1777-1859) relacionó el proceso de fermentación con la naturaleza del fermento. Sostenía (correctamente) que la descomposición del azúcar y su conversión en dióxido de carbono y alcohol era una consecuencia del desarrollo de la levadura.
La naturaleza del fermento
Justus von Liebig (1803 - 1873), químico alemán, consideró que las partículas de levadura podrían ser hongos, cuyos gérmenes penetrarían en el líquido a fermentar a través de la atmósfera. Desde una postura mecanicista de la fermentación, sugirió que todas las reacciones realizadas dentro de los seres vivos podían ser imitadas en un tubo de ensayo. Esta visión espontaneísta le enfrentó a científicos como Louis Pasteur. Por otra parte, Charles Caignard-Latour, considerado el primer observador de la gemación de la levadura, sostuvo que la levadura era una masa de cuerpos globulosos con capacidad de reproducción y no una sustancia simplemente orgánica o química como se creía.
Estudiar la cerveza
Durante la segunda mitad de XIX, los científicos de la naciente microbiología, también se interesaron por la cuestión de la fermentación. Louis Pasteur publicó en 1876 el libro "Études sur la Bière" que versaba sobre este tipo de fermentación. Pasteur no habló específicamente de Saccharomyces cerevisiae ni prestó demasiada atención a la taxonomía de las levaduras. Sin embargo, el estudio minucioso que hizo de los diferentes procesos de producción de la cerveza, de las alteraciones y la propuesta de mejoras son una muestra de cómo esta levadura irrumpió en el escenario del laboratorio.
Las células se encargan de la fermentación
Pasteur demostró que la vida no se producía por generación espontánea. Por esta razón, sostuvo de manera firme que la fermentación la producían seres vivos. No admitía que pudiera haber fermentación alcohólica sin que hubiera organización, desarrollo y multiplicación de las células. Esta postura era la opuesta a defendida por el espontaneísta von Liebig. Hoy se sabe, sin embargo, que tanto los espontaneístas como los vitalistas tuvieron su parte de razón en la interpretación del proceso de fermentación.
El proceso de fermentación
A principios del siglo XX, Eduard Büchner (1860 - 1917) logró reproducir la fermentación alcohólica en ausencia de células de levadura y demostrar la acción enzimática de la reacción. Büchner rompió las células de levadura y añadió azúcar a los extractos. Al poco tiempo observó cómo se producía el proceso de la fermentación y la liberación de dióxido de carbono. De esta manera, consiguió separar la fermentación de la actividad de las células y resolver un problema que venía de lejos. Esto le mereció el Premio Nobel de Química en 1907. Se puede considerar que estos experimentos marcan el nacimiento de la bioquímica, ya que reproducen reacciones químicas propias de los seres vivos en un sistema libre de células. De hecho, el término enzima (en griego, en zymos) quiere decir "a la levadura".
De fermento a organismo modelo
En el siglo XX, cuando hacía tiempo que la levadura circulaba por el laboratorio, se empezó a utilizar como herramienta para estudiar el funcionamiento de la célula eucariota. La levadura era un organismo unicelular que se podía cultivar fácilmente y aceptaba sin demasiados inconvenientes las técnicas de manipulación genética y bioquímica. Más adelante, en la década de los 80, fue posible modificar las células de levadura, es decir, la incorporación de ADN que no le era propio. Esto permitió diseñar células que expresaran ADN de otros organismos eucariotas; estas técnicas, entre otras, sirvieron para la secuenciación en los proyectos genoma.
Levadura modificada genéticamente
En la década de los 80, fue posible transformar eficazmente las células de levadura con ADN recombinante. Las técnicas actuales permiten cambiar el genoma de levadura prácticamente a voluntad. Se puede eliminar, duplicar, reemplazar o modificar cualquier gen de la levadura sin afectar sustancialmente el resto del genoma. De hecho, y llevando la técnica al extremo, es técnicamente posible cambiar cualquiera de los 12 a 14 millones de pares de bases de ADN dejando el resto del genoma intacto. La facilidad con que se pueden eliminar o reemplazar genes concretos en la levadura es una ventaja para la experimentación.
Cromosomas artificiales
La transformación "clásica" de la levadura, que implica bien insertar el fragmento de ADN foráneo a uno de los cromosomas de la levadura o incorporarlo a un plásmido autoreplicativo (fragmento de ADN circular que se replica de manera independiente al cromosoma), tiene unos límites relativamente fijos en cuanto a tamaño de ADN incorporado, típicamente de unos miles de pares de bases (kilobases, Kb). Conocer cómo funcionan los cromosomas de la levadura ha hecho posible crear auténticos cromosomas artificiales o YACs (Yeast Artificial Chromosomes), capaces de incorporar entre cien y miles de Kb, un tamaño comparable a los cromosomas naturales de la levadura. Esta técnica ha sido fundamental en los proyectos de secuenciación de genomas de otras especies, incluido el genoma humano.
