Hongerig gist bezuinigt afdelingen weg

Wat doen gistcellen als ze honger hebben? Langzaam, generatie na generatie laat de evolutie ze van vorm veranderen. Ze worden langer en dunner, om beter voeding uit de omgeving op te kunnen zuigen. En: ze smijten complete functies overboord. Een beetje zoals een fabriek in magere tijden wat productielijnen opdoekt.

Prof.dr. Jack Pronk, prof.dr.ir. Sef Heijnen en collega’s van biotechnologie brachten het schaarste-effect de afgelopen jaren in detail in kaart, door in te zoomen op tientallen stofjes die gistcellen gebruiken voor de omzetting van suiker in CO2 en alcohol. Deze maanden rapporteren ze wat er precies met hongerend gist gebeurt, in de vooraanstaande tijdschriften Microbiology en FEMS Yeast Research.

Voor hun studies zetten de onderzoekers onfortuinlijke kolonies gistcellen op een dieet van kleine beetjes suiker. “We houden ze kort”, zegt Pronk. “We leggen ze een dusdanig lage suikerconcentratie op dat we ze dwingen tot zuinigheid.”

Dan moet je net bakkergist hebben: normaal gesproken staat die juist bekend als de ‘Ferrari onder de gisten’, zoals Pronk zegt: “Niet zuinig, maar wel snel. Bakkersgist is gemaakt om heel snel suiker erdoorheen te jagen.” Maar onder beperkte brandstoftoevoer verschrompelt de Ferrari onder de gisten na een generatie of honderd, tweehonderd tot een zuinig Smartje, zo zagen de Delftenaren gebeuren.

‘Verbijsterend’ noemt de groep van Heijnen het dat gist na negentig generaties niet eens zozeer minder CO2 aanmaakt of minder suiker consumeert. Blijkbaar beschikt bakkersgist over een overcapaciteit aan stofwisseling . een overcapaciteit, die hij bij schaarste afstoot. In autotermen: de Ferrari verkleint zijn cilinderinhoud, maar zodanig dat hij nog wel gewoon 120 blijft rijden op de snelweg.

De groep van Pronk legde intussen de vinger op een aantal subtiele veranderingen in de moleculaire huishouding van de gistcellen. Na tweehonderd generaties was er een bakkersgistmutant ontstaan die 249 van zijn zevenduizend genen anders tot expressie brengt, zeven procent minder eiwitten aanmaakt en dat bepaalde delen van zijn stofwisseling had stilgelegd. “Alles wijst erop dat gist de overmaat overboord gooit”, zegt Pronk.

Een groot succes in de industrie worden de gereorganiseerde gisten overigens niet. Bakkersgist wordt gebruikt om brood te laten rijzen en bier en wijn te laten gisten. En een zo groot mogelijke ‘cilinderinhoud’ is daarvoor wel zo handig. Na tweehonderd generaties hongerlijden heeft gist nog maar een vijfde van zijn fermentatieve capaciteit over.

Het zij zo, meent Pronk. “Vroeger kon je dit soort dingen alleen maar van buitenaf zien gebeuren. Nu hebben we een hele gereedschapskist om de veranderingen in detail te bestuderen. Misschien breekt de tijd aan dat we de evolutie van gist gecontroleerd kunnen sturen, door hem bepaalde omstandigheden op te leggen. We gebruiken dit principe nu al met succes om gist te verbeteren voor allerlei toepassingen. Maar de voorspelbaarheid is nog voor verbetering vatbaar.”

Wat doen gistcellen als ze honger hebben? Langzaam, generatie na generatie laat de evolutie ze van vorm veranderen. Ze worden langer en dunner, om beter voeding uit de omgeving op te kunnen zuigen. En: ze smijten complete functies overboord. Een beetje zoals een fabriek in magere tijden wat productielijnen opdoekt.

Prof.dr. Jack Pronk, prof.dr.ir. Sef Heijnen en collega’s van biotechnologie brachten het schaarste-effect de afgelopen jaren in detail in kaart, door in te zoomen op tientallen stofjes die gistcellen gebruiken voor de omzetting van suiker in CO2 en alcohol. Deze maanden rapporteren ze wat er precies met hongerend gist gebeurt, in de vooraanstaande tijdschriften Microbiology en FEMS Yeast Research.

Voor hun studies zetten de onderzoekers onfortuinlijke kolonies gistcellen op een dieet van kleine beetjes suiker. “We houden ze kort”, zegt Pronk. “We leggen ze een dusdanig lage suikerconcentratie op dat we ze dwingen tot zuinigheid.”

Dan moet je net bakkergist hebben: normaal gesproken staat die juist bekend als de ‘Ferrari onder de gisten’, zoals Pronk zegt: “Niet zuinig, maar wel snel. Bakkersgist is gemaakt om heel snel suiker erdoorheen te jagen.” Maar onder beperkte brandstoftoevoer verschrompelt de Ferrari onder de gisten na een generatie of honderd, tweehonderd tot een zuinig Smartje, zo zagen de Delftenaren gebeuren.

‘Verbijsterend’ noemt de groep van Heijnen het dat gist na negentig generaties niet eens zozeer minder CO2 aanmaakt of minder suiker consumeert. Blijkbaar beschikt bakkersgist over een overcapaciteit aan stofwisseling . een overcapaciteit, die hij bij schaarste afstoot. In autotermen: de Ferrari verkleint zijn cilinderinhoud, maar zodanig dat hij nog wel gewoon 120 blijft rijden op de snelweg.

De groep van Pronk legde intussen de vinger op een aantal subtiele veranderingen in de moleculaire huishouding van de gistcellen. Na tweehonderd generaties was er een bakkersgistmutant ontstaan die 249 van zijn zevenduizend genen anders tot expressie brengt, zeven procent minder eiwitten aanmaakt en dat bepaalde delen van zijn stofwisseling had stilgelegd. “Alles wijst erop dat gist de overmaat overboord gooit”, zegt Pronk.

Een groot succes in de industrie worden de gereorganiseerde gisten overigens niet. Bakkersgist wordt gebruikt om brood te laten rijzen en bier en wijn te laten gisten. En een zo groot mogelijke ‘cilinderinhoud’ is daarvoor wel zo handig. Na tweehonderd generaties hongerlijden heeft gist nog maar een vijfde van zijn fermentatieve capaciteit over.

Het zij zo, meent Pronk. “Vroeger kon je dit soort dingen alleen maar van buitenaf zien gebeuren. Nu hebben we een hele gereedschapskist om de veranderingen in detail te bestuderen. Misschien breekt de tijd aan dat we de evolutie van gist gecontroleerd kunnen sturen, door hem bepaalde omstandigheden op te leggen. We gebruiken dit principe nu al met succes om gist te verbeteren voor allerlei toepassingen. Maar de voorspelbaarheid is nog voor verbetering vatbaar.”