2024/05/30 
Kevin Verstrepen（中）和同事們在實(shí)驗(yàn)室品嘗啤酒。
使用傳統(tǒng)育種方法，我們能把風(fēng)味加強(qiáng)10倍，但使用基因改造方法，我們能加強(qiáng)100倍或1000倍。
Kevin Verstrepen 的實(shí)驗(yàn)室會議有時(shí)會讓人變得醉醺醺。每周兩次，他在比利時(shí)魯汶大學(xué)和佛蘭德斯生物技術(shù)研究所的幾個(gè)組員都會圍坐在桌邊，桌上則放滿了郁金香形的黑色啤酒杯以及痰盂和餅干。
Verstrepen舉起一只酒杯，然后聞了聞。“我覺得這就像個(gè)乙酸乙酯炸彈。”這種化學(xué)品經(jīng)常用在梨子味的甜食中，在高濃度下散發(fā)出一股指甲油味兒。
實(shí)驗(yàn)室里的一位研究生Brigida Gallone還聞到了另一種味道。“乙酸乙酯和4-乙烯基愈創(chuàng)木酚。”她說。后者聞起來像煙霧、丁香和牙醫(yī)辦公室的味道。“我喜歡4-乙烯基愈創(chuàng)木酚，但這個(gè)太濃了。”
另一位學(xué)生Stijn Mertens 聞到了濕硬板紙的味道，這種味道在陳啤酒中很常見。“我聞到了反-2-壬烯醛。”他說。
該小組結(jié)束了對這種啤酒的分析，開始品嘗第九杯，也是最后一杯啤酒。時(shí)間還沒到上午11點(diǎn)。
“在注意力渙散之前，你只能做那么多。”博士后Miguel Roncoroni 說。他主持這些品酒會已經(jīng)4個(gè)多月了。他們所屬的項(xiàng)目旨在描述市場上200多種比利時(shí)啤酒的特點(diǎn)。他們的評價(jià)以及對產(chǎn)生口味和香氣的幾十種化學(xué)物質(zhì)的精確測量，能幫助消費(fèi)者將自己喜愛的啤酒與實(shí)驗(yàn)室介紹進(jìn)行對比，挑選出想嘗試的新啤酒。
但Verstrepen的夢想不止于此。他想培養(yǎng)出完美的酵母。他的實(shí)驗(yàn)室正在把有關(guān)啤酒風(fēng)味的化學(xué)和遺傳知識運(yùn)用到培育酵母菌株上，以培育出獨(dú)特風(fēng)味和受追捧的可口飲品。
該實(shí)驗(yàn)室里的“啤酒極客”橫跨兩界，既從事科學(xué)研究，也參與工業(yè)釀造。他們通過酵母研究演化、生物化學(xué)，甚至神經(jīng)科學(xué)，但也與來自全世界的啤酒制造商簽訂合同。在一篇即將發(fā)表于《細(xì)胞》期刊的論文中，該實(shí)驗(yàn)室報(bào)告了150個(gè)用于釀造啤酒、清酒以及其他發(fā)酵制品的酵母菌株的基因組。
走出釀造廠
對啤酒這個(gè)價(jià)值5000億美元且產(chǎn)品依賴化學(xué)與微生物學(xué)間復(fù)雜反應(yīng)的行業(yè)而言，高級酵母菌株可是搶手貨。“你總想知道Kevin的實(shí)驗(yàn)室有什么新東西。”美國New Belgium 啤酒廠的釀酒師Peter Bouckaert 說，“人們都關(guān)注他的動態(tài)。”
啤酒的味道來自寥寥幾種原料。谷物（主要是大麥麥芽）提供了糖和酒體，也能影響風(fēng)味，比如常見于黑啤的巧克力味。而啤酒花帶來了苦味和一些手工啤酒中的熱帶水果調(diào)。可溶礦物質(zhì)會影響來自谷物和啤酒花的風(fēng)味。釀酒酵母提供了酒精、氣泡和上百種香味化合物。發(fā)酵過程生成了其他一切，從乙酸異戊酯（德國維森小麥白啤香蕉味的來源）到帶來丁香味的4-乙烯基愈創(chuàng)木酚。
啤酒制造商曾經(jīng)是酵母科學(xué)的領(lǐng)軍者。丹麥的嘉士伯酒廠在1875年建立了全世界最早的酵母生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室。在那里，Emil Christian Hansen 于1883年首次分離出了釀酒酵母的純菌株。在20世紀(jì)30~40年代，另一位就職于嘉士伯的科學(xué)家Jvind Winge 發(fā)現(xiàn)酵母既能有性生殖，也能無性生殖，并利用這一特點(diǎn)來培育具有實(shí)用釀造性狀的新菌株。
Winge 的工作讓酵母從釀酒廠走進(jìn)了生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室。現(xiàn)在，許多科學(xué)家使用釀酒酵母作為探索復(fù)雜細(xì)胞內(nèi)部運(yùn)作機(jī)制的模型。盡管酵母與生命科學(xué)的結(jié)合由來已久且成果卓著，Verstrepen 仍然認(rèn)為，許多啤酒制造商在酵母使用上還停留在19世紀(jì)。“啤酒制造商，尤其是傳統(tǒng)的啤酒制造商，使用的往往不是最理想的酵母。”
Verstrepen 想要改變這點(diǎn)。起初，他在南非的一家葡萄酒酵母菌實(shí)驗(yàn)室工作，然后于1999年進(jìn)入魯汶大學(xué)啤酒實(shí)驗(yàn)室攻讀博士學(xué)位。但他失望地發(fā)現(xiàn)，研究的大部分內(nèi)容都是在為釀酒商解決問題。“沒人真的在做生物學(xué)研究。”他說。夢想破滅后，他來到馬薩諸塞州懷特黑德生物醫(yī)學(xué)研究所，跟隨Gerald Fink 從事博士后研究。Gerald Fink 在上世紀(jì)70年代開創(chuàng)了酵母菌基因工程研究。
然而，盡管那里的科學(xué)家喜歡酵母，但沒人對啤酒有興趣。他的研究重點(diǎn)是致病性酵母菌黏連在人體組織上所使用的蛋白質(zhì)。他發(fā)現(xiàn)，酵母菌的“黏性”取決于某個(gè)特定基因上的DNA序列重復(fù)次數(shù)。“這就好比尼龍搭扣越長，就越容易黏住東西。”他解釋道。這種蛋白質(zhì)還與酵母菌的絮凝有關(guān)，即酵母菌細(xì)胞在啤酒中凝聚成團(tuán)、從溶液中析出的過程。不同菌株的絮凝特性不同，會影響啤酒的風(fēng)味、澄清度和酒精含量。
啤酒實(shí)驗(yàn)室
2005年，Verstrepen在哈佛大學(xué)設(shè)立了自己的實(shí)驗(yàn)室，著重研究不同DNA序列重復(fù)在產(chǎn)生多樣性方面的作用。他也在哈佛大學(xué)給本科生教授生物學(xué)，并在這門課程中融入了釀酒學(xué)。“那門課挺難的。”他說。但在2009年回到魯汶大學(xué)前，啤酒一直沒有成為他的研究課題。
Verstrepen一直希望能將研究與對啤酒和葡萄酒的興趣結(jié)合起來。他與業(yè)界的合作始于一家瑞士巧克力公司打來的電話。百樂嘉利寶公司是全世界最大的可可生產(chǎn)商之一，其需要把苦味的可可豆轉(zhuǎn)化成可可粉（這在傳統(tǒng)上是由環(huán)境中的酵母菌完成的）。“而我回答他們，巧克力也是發(fā)酵的嗎？”Verstrepen 說。
盡管如此，該公司還是成為了Verstrepen 實(shí)驗(yàn)室的第一位咨詢客戶。現(xiàn)在，其實(shí)驗(yàn)室的25位科學(xué)家中，有一半人從事有關(guān)啤酒、生物燃料和其他發(fā)酵產(chǎn)品的應(yīng)用研究，其他人則從事表觀遺傳學(xué)、分子演化和其他基礎(chǔ)研究。
乍一看，Verstrepen 的實(shí)驗(yàn)室和其他實(shí)驗(yàn)室沒什么兩樣，實(shí)驗(yàn)桌上擺放著離心機(jī)、培養(yǎng)皿和移液器，還有一個(gè)裝滿了小玻璃瓶的培養(yǎng)箱。如果瓶子里裝著的不是濃濃的大麥麥芽、糖和啤酒花的話，這個(gè)孵化器在任何微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室都不會顯得突兀。
但該實(shí)驗(yàn)室的冰箱里存放了約3萬種酵母菌，包括在全世界范圍內(nèi)用于釀酒、烘培和其他用途的1000種菌株，以及從水果、花卉、昆蟲，甚至人類身上分離出來的1000種野生菌株。其中許多品種都已經(jīng)根據(jù)影響口味以及啤酒制造商關(guān)注的其他性狀的基因進(jìn)行了歸類。實(shí)驗(yàn)室正與加州懷特純酵母發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室和合成基因組公司合作，構(gòu)建工業(yè)用酵母菌的系譜。
冰箱里的其他菌種則是實(shí)驗(yàn)室的發(fā)明創(chuàng)造：擁有獨(dú)特性狀組合的全新菌株。團(tuán)隊(duì)通過讓不同的菌株配種并篩選后代的香氣制造新菌種。最近，實(shí)驗(yàn)室也開始篩選這些性狀背后的基因。Verstrepen 認(rèn)為，它將改變釀造業(yè)。
該實(shí)驗(yàn)室還使用了一種一天能完成上百次酵母配種的機(jī)器人，生產(chǎn)出的菌株根本來不及分析品嘗。為了解決生產(chǎn)過剩問題，研究者正在研發(fā)一種同時(shí)能產(chǎn)生2000 多種不同酵母菌、每種20皮升的微流控芯片，每種酵母都只含有一個(gè)酵母單細(xì)胞。它們可以自動檢驗(yàn)這些微量釀造產(chǎn)物的酒精含量，并希望最終能測量產(chǎn)生的香味化合物。
尋找新味道
Verstrepen 的酵母存檔讓他的實(shí)驗(yàn)室成為了啤酒制造商尋找特定風(fēng)味的一站式商店。 “Kevin 的研究有點(diǎn)超過啤酒制造商的應(yīng)用范疇。”Bouckaert 說，“但這并不意味著它們不能在未來轉(zhuǎn)化為巨大的商機(jī)。”
Verstrepen 表示，釀酒酵母的自然變異為風(fēng)味和其他性狀的調(diào)整提供了空間，但這種方法也有局限。基因改造工具可以在此基礎(chǔ)上改進(jìn)。“使用傳統(tǒng)育種方法，我們能把風(fēng)味加強(qiáng)10倍，但使用基因改造方法，我們能加強(qiáng)100倍或1000倍。”Verstrepen 說。啤酒制造商對他們的成果很激動，但轉(zhuǎn)基因食品的“污名”意味著實(shí)驗(yàn)室在生產(chǎn)供給業(yè)界的菌株時(shí)使用的一直都是更為傳統(tǒng)的技術(shù)，比如傳統(tǒng)育種和定向演化。
諸如CRISPR之類的基因編輯技術(shù)也能將自然發(fā)生、會帶來風(fēng)味的變異型引入生長良好、但沒有什么味的酵母菌株，更快完成與傳統(tǒng)育種方法相同的目標(biāo)。
雖然一些手工啤酒廠曾向?qū)嶒?yàn)室索要過轉(zhuǎn)基因酵母，但Bouckaert 表示釀造業(yè)中的大多數(shù)企業(yè)對此并無興趣。“美國的手工啤酒廠正在挑戰(zhàn)極限，但基因改造是個(gè)禁區(qū)。”他說。
不過，Mertens 很樂意看到自己的發(fā)明被制成商業(yè)啤酒，但也希望能為他發(fā)明的其他菌株的基因組測序，以理解不同物種如何雜交——或許甚至能找出最初的拉格啤酒酵母產(chǎn)生的條件。“我們研制出了新的酵母，啤酒制造商很喜歡它。”他說，“但我們研究的是雜交的運(yùn)作基礎(chǔ)，比啤酒科學(xué)更進(jìn)一步。”
在上午的啤酒品嘗結(jié)束之際，桌上的痰盂已經(jīng)吐滿了。Verstrepen 與一家DNA測序公司有個(gè)會議，Mertens 和其他學(xué)生都有研究工作要做。實(shí)驗(yàn)室或許吸引了許多啤酒極客，但并不是狂飲派對。
“沒錯(cuò)，你研究的產(chǎn)品很有趣，但這歸根結(jié)底還是遺傳學(xué)工作，”Mertens 說，“我們喝酒不是為了取樂。”至少下班前不是。