Oma koulutustausta on biokemian puolella, ja jos hiivan aikaansaannoksista on tullut nautittua nyttemmin tuoppi kädessä, on se ollut kaveri myös aikanaan yliopistolla tutkimustyötä tehdessä. Ihan suoraan nykyajan käymisastioista löytyvät hiivakannat eivät työkavereina olleet, mutta melkein – Saccharomyces cerevisiaen, ihan tutun leipurihiivan tutkimuskäyttöön jalostuneet kannat kasvoivat kasvatuspulloissa ja maljoilla, siinä missä jollain oluthiiva sammiossaan. 

Hiivagenetiikan työkaluja tuli hyödynnettyä välillä kyllästymiseen asti, ja nyttemmin kun oma ura on vienyt enemmän lääkeainetutkimuksen suuntaan, on alkanut se oluen molekyylien orgaanisen kemian puolikin kummasti kiinnostamaan. Tässä blogissa tuleekin jatkossa pyöriteltyä epäsäännöllisesti, ihan omasta mielenkiinnosta, oluen tieteellistä tutkimusta kaivellen sellaisia juttuja, jotka ehkä lukijaakin kiinnostavat. Tässä avauskirjoituksessa keskitytään kuitenkin perusasioihin ja hiivaan yleisesti.

Hiiva näyttää kovin erilaiselta kuin oluen juoja, mutta kun syvemmälle katsotaan, meissä on paljon samaa. Yksittäisen hiivasolun ja yksittäisen ihmisen solun rakenteiden, kuten soluorganellien kuten tuman ja mitokondrioiden samankaltaisuudet tekevät siitä käyttökelpoisen mallin, ja monelle ihmisen geenille löytyy edelleenkin vastinparinsa hiivasta.

Mutta selkeitä erojakin tottakai on. Yksi syistä, miksi hiiva tutkimusorganismina oli oman tutkimuskysymyksen kannalta näppärä, oli oikeastaan sama minkä takia tätäkin blogia pidetään: päinvastoin kuin tyypilliset ihmissoluista tehdyt soluviljelmät, hiiva pärjää käymisreaktion kautta hapettomissakin oloissa, jos energianlähde vaikkapa sokerien kautta on tarjolla – tuottaen siinä sivussa oluen alkoholia, etanolia. Kun oma tutkimus pyöri soluhengitykseen vaikuttavan aineenvaihduntareitin ympärillä, oli etua siitä että tutkimusorganismi pärjää tarpeen tullen ilman happea.

(Hiivan vaikutus olueen ei toki jää alkoholiin, vaikka se tärkeä juttu tuopillisessa onkin. Käymisreaktion päätuotteiden etanolin ja hiilidioksidin lisäksi hiivojen aineenvaihdunta tuottaa sammiossa monenlaisia oluen ominaisuuksiin vaikuttavia yhdisteitä, riippuen myös siitä millaisia lähtöaineita käymisen aikana käytössä oleva, itsessäänkin kompleksit ohramallas tai humalat tarjoavat: esimerkiksi erilaisia muita alkoholeja, esteriyhdisteitä, karbonyyliyhdisteitä ja diketoneita. Näistä ehkä lisää toiste, mutta perusteellista esitystä kaipaava voi kurkistaa vaikka Olaniranin ja muiden katsausartikkeeliin muutaman vuoden takaa (2017)).

Saccharomyces-suvun hiivojen kirjo on laaja, mutta oluen kannalta ne kaksi olennaista ovat klassinen cerevisiae ja pastorianus. S. cerevisiae ale-hiivana tekee kotoisen sahtimmekin, 1800-luvulla Carlsbergin laboratoriossa ensimmäistä kertaa Emil Hansenin puhdasviljelemä S. pastorianus taas on se lager-hiivojen laji.

Ja tottakai, kun vilkaisee mitä tahansa panimokauppaa, tarjolla on jos minkälaista näiden hiivalajien alalajeja tai muunnoksia, kaikki omine käytännön kautta havaittuine eroineen siinä miten ne oluenpanemisessa käyttäytyvät, ja millaisia ominaispiirteitä niiden kautta syntyy. Eikä nyt tässä edes mennä siihen harvinaisempien oluenpanemisessa käytettyjen hiivojen – tai mikro-organismien ylipäätään – maailmaan…

Hiivassa kiehtoo minua myös se historiallinen puoli: miten monen muun ihmisen kesyttämän asian tapaan se eriytyi oluthiivaksi jo pari vuosisataa ennenkuin käsitimme, että on olemassa edes sellainen asia kuin mikrobi. Gallonen ja yhteistyökumppanien tutkimuksessa (2016) tutkittiin nimenomaisesti oluthiivoja, yli sadanviidenkymmenen erilaisen Saccharomyces-suvun teollisen hiivan genomia ja ominaisuuksia. Näiden avulla voitiin piirtää sukupuu, jossa eri teollisten käyttöjen kirjo asettuu kauniisti järjestykseen. Oluen lisäksi sieltä löytyvät niin viinit, kuin saken valmistukseen käytetyt hiivakannat.

Oluen valmistukseen käytetyistä hiivoista ensimmäinen iso ryhmä jakautui maantieteellisesti ei valtavan yllättävästi kolmeen ryhmään: keski-eurooppalaiset Belgian ja Saksan hiivat, brittihiivat, ja brittihiivoista joskus Amerikkaan Euroopasta suuntautuneen kolonialismin oluenpanijoiden mukana siirtynyt ja eriytynyt jenkkihiivojen leegio. Toinen oluthiivojen pääryhmä on yllättävän kaukana ensimmäisestä, ja lähempänä esimerkiksi viinihiivoja, kuin ensimmäisen ryhmän tovereitaan. Ylemmän kuvan fylogeniapuusta oranssilla löytyy sekalainen ryhmä hiivoja joita käytetään niin olueen, leipään kuin väkeviinkin – täältä löytyvät esimerkiksi monen pullokypsytettävän belgi-alen hiivat.

Tutkijat ajoittivat näiden eri alalajien geneettisten erojen kautta oluthiivojen eriytymisen selkeästi omaksi alalajikseen sinne noin 1500-1600-lukujen vaihteeseen. Mielenkiintoinen pointti oli se, miten tämä ajoittuu sinne varhaismodernin ajan alkuun – keskiajasta on siirty kaupungistumiseen, jossa enemmän ja enemmän oluen panemiseen erikoistuneet artisaanit kaupungeissa pystyvät panemaan oluttaan kasvavassa skaalassa, päivästä päivään. Tämä tarjosi mahdollisuuden hiivalle lähteä eriytymään selkeästi oluthiivaksi, kun samanlaiset kasvatusolosuhteet, joissa tietynlainen ravinto oli jatkuvasti tarjolla, vanhojen panojen hiivamassan käynnistäessä seuraavan, toistuivat vuodesta toiseen.

Ja millaisia ominaisuuksia hiivoihin syntyi? Vaikka tarkemmasta genetiikasta ei silloin tietoa ollut, esimerkiksi virhemakujen puuttuminen lopputuotteesta varmasti paransi sitä mahdollisuutta, että tällä hiivalla toinenkin satsi olutta laitettiin tulemaan. Tutkijat nostavat yhtenä esiin 4-vinyyliguaiakolin (4-VG), josta voi syntyä lueen fenolityyppisiä virhemakuja. Britti- ja jenkki-tyylisissä hiivoissa kyky tuottaa tätä molekyyliä olikin kadonnut, kuten myös suurimmassa osassa Keski-Euroopan hiivoista.

Samalla kuitenkin pitää muistaa että yhden virhemaku on toisen haluttu ominaisuus. Saksalaisissa hefeweizen-vehnäoluissa 4-VG:n tuomat aromit ovat haluttuja, ja niissä käytetyt hiivat sitten kykenevätkin tämän molekyylin synnyttämiseen.

Pelkästään oluen hiivojenkin maailma, vaikka tarkastelisi sitä vain Saccharomyces-suvun kautta, on siis laaja kiehtova. Jääkööt tämä pintaraapaisu tältä erää tähän ja palataan asiaan myöhemmin.

Lähteet:

Gallone, B., Steensels, J., Prahl, T., Soriaga, L., Saels, V., Herrera-Malaver, B., Merlevede, A., Roncoroni, M., Voordeckers, K., Miraglia, L., Teiling, C., Steffy, B., Taylor, M., Schwartz, A., Richardson, T., White, C., Baele, G., Maere, S., & Verstrepen, K. J. (2016). Domestication and Divergence of Saccharomyces cerevisiae Beer Yeasts. Cell, 166(6), 1397-1410.e16. https://doi.org/10.1016/j.cell.2016.08.020

Olaniran, A. O., Hiralal, L., Mokoena, M. P., & Pillay, B. (2017). Flavour-active volatile compounds in beer: production, regulation and control. Journal of the Institute of Brewing, 123(1), 13–23. https://doi.org/10.1002/JIB.389