Unterhefe nr 1: drożdże, od których zaczął się standard czystej kultury

Historia, którą warto opowiedzieć dokładnie, bo bywa opowiadana niedokładnie. W 1875 roku J. C. Jacobsen powołał w Kopenhadze Carlsberg Research Laboratory — instytucję badawczą przy browarze, pomyślaną nie jako dział kontroli jakości, lecz jako laboratorium naukowe. W 1879 roku kierownikiem jego działu fizjologii został Emil Christian Hansen i prowadził go do 1909 roku. To tam powstała pierwsza metoda hodowli czystej kultury drożdży.

Żeby zrozumieć, dlaczego to była rewolucja, trzeba zobaczyć problem oczami ówczesnego piwowara. Fermentacja działała, ale zawodziła nieregularnie i bez wyraźnej przyczyny. Warka za warką wychodziła dobrze, a potem jedna psuła się nie do naprawienia. Piwowar nie miał żadnego narzędzia, żeby odróżnić przyczynę od skutku, bo pracował z zawiesiną, w której obok siebie żyło wiele organizmów naraz.

Rozwiązanie Hansena polega na jednym pomyśle, który dzisiaj brzmi oczywiście, a wtedy oczywisty nie był: skoro zawiesina jest mieszaniną, trzeba wyjść od jednej komórki i rozmnożyć wyłącznie jej potomstwo. Wtedy wszystko, co fermentuje, ma jednego przodka, a wynik przestaje zależeć od tego, co przypadkiem znalazło się w kadzi.

Trudność była praktyczna, nie pojęciowa. Wyodrębnienie jednej komórki i doprowadzenie jej do rozmnożenia wymaga narzędzi, techniki rozcieńczania i cierpliwości, a przy tym pewności, że w naczyniu nie zostało nic poza nią. Dopiero kiedy taka hodowla ruszy, można ją namnożyć do skali, w której warto ją zaszczepić w warce. Między pomysłem a produkcją leży więc cała procedura, i to ona, a nie sama idea, była właściwym wynalazkiem.

Szczep, który z tego wyszedł, Hansen nazwał Unterhefe nr 1 — drożdże dolne numer jeden. Pod tą nazwą wszedł do produkcji w 1883 roku i pod nią funkcjonuje w literaturze naukowej do dziś, obok późniejszej nazwy gatunkowej Saccharomyces carlsbergensis. Genom tego szczepu zsekwencjonowano i opisano w 2014 roku, a praca opisuje go wprost jako pierwszy ustalony szczep drożdży dolnej fermentacji, używany w produkcji od 1883 roku.

Ta sama praca dorzuca szczegół, który tłumaczy, dlaczego historia ma ciąg dalszy. Drożdże lagerowe dzielą się na dwie grupy: typ Saaz, do którego należy S. carlsbergensis, oraz typ Frohberg, którego przykładem jest szczep WS34/70 z Weihenstephan. Szczep kopenhaski jest lepiej przystosowany do wzrostu w niskiej temperaturze niż grupa druga. To nie jest ciekawostka techniczna, tylko wyjaśnienie, dlaczego lager jest piwem zimnych piwnic i dlaczego przemysł browarniczy poszedł tam, gdzie było chłodno.

Jest jeszcze rzecz, którą genomika dołożyła do tej historii długo po Hansenie. Drożdże lagerowe nie są zwykłym gatunkiem, tylko hybrydą dwóch gatunków z rodzaju Saccharomyces. Hansen wyizolował więc organizm, który sam w sobie był już wynikiem wcześniejszego, przypadkowego zdarzenia — spotkania dwóch linii, do którego doszło bez udziału człowieka. Czysta kultura była czysta w sensie mikrobiologicznym, ale nie w sensie ewolucyjnym.

Konsekwencje wyszły daleko poza browarnictwo. Metoda czystej kultury stała się standardem wszędzie tam, gdzie proces zależy od mikroorganizmu: w piekarnictwie, w produkcji kwasów organicznych, później w biotechnologii farmaceutycznej. Idea, że proces przemysłowy powinien opierać się na jednym, znanym, opisanym szczepie, a nie na lokalnej zawiesinie o niepewnym składzie, wychodzi wprost stąd.

Warto docenić, jaką rolę odegrała w tym forma instytucji. Laboratorium Carlsberga nie było działem kontroli jakości podporządkowanym produkcji, tylko placówką badawczą utrzymywaną przy browarze — i to tłumaczy, dlaczego powstała tam metoda, a nie kolejna receptura. Dział fizjologii pod kierunkiem jednego człowieka przez trzydzieści lat mógł pracować nad problemem, który nie miał terminu i nie obiecywał wyniku w tym kwartale. Trudno o czystszy przykład na to, że wynik badawczy bywa funkcją tego, kto płaci i na jakich warunkach.

Warto przy tym zauważyć, co zostało utracone. Piwo sprzed czystych kultur było produktem miejsca — jego smak zależał od tego, jaka mikroflora zadomowiła się w konkretnym browarze. Po Hansenie to samo piwo dało się zrobić wszędzie, o ile miało się szczep i chłodnię. Powtarzalność wygrała z lokalnością, i dopiero po stu latach część piwowarów zaczęła świadomie wracać do fermentacji mieszanych i spontanicznych — nie dlatego, że metoda Hansena przestała działać, ale dlatego, że działa aż tak dobrze.

Jest jeszcze jeden skutek, o którym rzadko się mówi, a który widać dopiero przy okazji badań genomowych. Skoro browar opiera się na jednym szczepie, to ten szczep staje się majątkiem — czymś, co się przechowuje, pilnuje i przekazuje. Praca opublikowana w 2024 roku w „Communications Biology" opisuje ten mechanizm na przykładzie drożdży używanych do produkcji stoutu Guinness w Dublinie: ich linię da się prześledzić wstecz do 1903 roku, ale samo pochodzenie pozostaje nieznane. Autorzy sięgnęli po sekwencjonowanie Illumina i Nanopore, żeby złożyć genomy dwudziestu dwóch szczepów Saccharomyces i ustalić, skąd wzięła się ta konkretna linia.

Warto zobaczyć, co to znaczy w praktyce. Browar może dokładnie wiedzieć, którego dnia i z której warki pochodzi jego dzisiejsza kultura, i jednocześnie nie wiedzieć, skąd wzięła się ta pierwsza. Ciągłość dokumentacji zaczyna się w momencie, w którym ktoś uznał szczep za rzecz wartą pilnowania — a to jest właśnie moment po Hansenie. Wcześniej nikt nie prowadził rejestru, bo nie było czego rejestrować.

Dla czytelnika, który przyszedł tu po grzyby, najważniejsze jest jedno zdanie. Drożdże są grzybem. Nie są rośliną, nie są bakterią i nie są kategorią osobną — to jednokomórkowy grzyb z gromady workowców. Kiedy więc mówimy, że grzyby wpłynęły na kulturę materialną Europy, to najsilniejszy dowód nie stoi w lesie, tylko w kuflu.

Czysta kultura jako infrastruktura, nie sekret

Archiwum Emila Christiana Hansena datuje pierwsze użycie czystej kultury drożdży w produkcji browaru Carlsberg na 12 listopada 1883 r. Ważne jest nie tylko wyizolowanie kultury, lecz system: rozmnażanie materiału szczepiennego, rozpoznawanie zanieczyszczeń i możliwość powtarzalnego przekazywania kultury między browarami. List J.C. Jacobsena z 20 maja 1884 r., zachowany w zespole NKS 4069 4° Biblioteki Królewskiej, dokumentuje wysyłanie próbek w kraju i za granicę. Carlsberg podkreśla, że Hansen nie opatentował metody i udostępnił ją branży. „Unterhefe No. 1” należy więc opowiadać jako standard techniczny i sieć wymiany, nie magiczny pojedynczy organizm. Dzisiejszy szczep CBS1513 pozwala badać genom lagerowy, ale nie powinien być nazywany niezmienioną zawartością oryginalnej fiolki bez ciągłej dokumentacji depozytu.