A diferencia de sus colegas a principios del siglo 20, Ernest S. Salmon, un profesor de Wye College a las afueras de Londres, estaba seguro que las variedades americanas de lúpulo pertenecían a una especie distintiva y todas las variedades europeas pertenecían a otra. “Todos nuestros libros nos dicen que las variedades de lúpulo cultivadas alrededor del mundo surgieron de una sola especie, Humulus lupulus,” escribió en 1917. “Estoy convencido que este no es el caso.”
Salmon había tomado el cargo e un nuevo programa de cultivo de lúpulo en Wye en 1906. Apuntando al los principios de herencia de Gregor Mendel, él tenía la certeza que el contenido de resina y el aroma era lo que Mendel llamaba “características fijas”—estos es, eran innatas a cualquier variedad de lúpulo, en lugar a la región donde era cultivado. Su objetivo era crae variedades híbridas transatlánticas que presentaran el perfil de aroma que los cerveceros británicos preferían, pero con un mayor contenido de resina típico de las variedades americanas.
El profesor W.T. Macoun, Horticultor de Dominion para Canadá, proporcionó la variedad de lúpulo americano que Salmon necesitaba. Lo recolectó de la ciudad de Morden, al sur de Winnipeg en Manitoba. El lúpulo crecía de manera silvestre a lo largo de un arroyo que fluía a través de la ciudad. “Los antiguos residentes de este pueblo me aseguran que nunca ha habido una introducción de cultivo de lúpulos en ese distrito,” Macoun escribió. Los lúpulos fueron transplantados a lotes vacíos de la ciudad para cubrir espacios antiestéticos.
Salmon plantó el lúpulo, el cual etiquetó como BB1, en 1917 en la clínica de Wye, donde fue polinizado por una variedad de lúpulo macho desconocida. El cosechó las semillas en Otoño de 1918, crió cientos de plantas hijas del BB1 en un invernadero a principios de 1919, y plantó las más prometedoras de ellas en la clínica en 1922. El eligió bautizar y lanzar dos de ellas luego de más de una década de ensayos.
Ni los cerveceros ni los agricultores ingleses recibieron bien esas dos variedades, Brewer’s Gold y Bullion, pero ya no había vuelta atrás. Cuando Salmon comenzó en Wye College, los lúpulos contenían en promedio 4% de alfa ácidos, y 6% como tope. Los cultivadores desde entonces han creado variedades con conos que contienen hasta 20% de alfa ácidos, casi siempre usando especies que refieren a las dos variedades de Salmon. Relativamente reciente, la definición de lo que constituye un sabor y aroma lupulado agradable también se ha expandido hasta incluir características frutales y exóticas. Variedades populares como Citra, Mosaic, Centennial, y Sorachi Ace son todas, en diferentes grados, descendientes del Brewer’s Gold.
En última instancia, la afirmación de Samon respecto a que los lúpulos americanos son diferentes a aquellos provenientes de Inglaterra o el continente europeo resultó ser correcta, siendo el consenso científico actual, que los linajes están separados por más de un millón de años de evolución. Más recientemente, análisis químicos y moleculares han establecido la más amplia diversidad de lúpulos silvestres americanos comparados con las variedades europeas.
Un siglo atrás,Salmon necesitó suerte para ubicar un lúpulo silvestre que probase la veracidad de su tesis. Pero hoy, los científicos del lúpulo poseen herramientas para establecer si una planta que crece por si misma al norte del Estado de Nueva York o el Suroeste americano es nativa, es una que se originó en el otro lado del Atlántico,o si es tal vez un híbrido entre variedades americanas y europeas. El uso de secuenciación de nueva generación (NGS por sus siglas en inglés) ha comenzado en particular a impulsar el cultivo de lúpulo a un nuevo horizonte. Esa tecnología también cambiará otros dos ingredientes esenciales, la levadura y la cebada.
“[La secuenciación] contribuye a comprender de dónde provienen las diferentes cepas de levadura (o variedades de lúpulo o cebada) y como están relacionadas; y quizás, más importante aún, ayuda a criar mejores variedades que combinan las mejores propiedades de cepas o especies parentales,” dice Kevin Verstrepen, un genetista de levadura en la Universidad Católica de Leuven y el Flanders Institute for Biotechnology.
Las tecnologías de secuenciación de próxima generación se hizo disponible en la primera década de este siglo, reemplazando una primera generación que surgió en 1977. Son mucho más rápidas, más precisas y como resultado más eficientes en costo. “El día de hoy …un solo estudiante puede hacer todo el trabajo que fue logrado en genómica durante la década de los 80s y 90s en menos de un segundo, a una pequeña fracción del costo,” escribe Rob DeSalle e Ian Tattersall en su libro de 2019, “A Natural History of Beer.”
La secuenciación comienza con la organización de bloques de construcción llamados bases nucleotídicas (existen cuatro tipos) dentro de una pequeña pieza, o hebra, de ADN. Los fragmentos son alineados basados en porciones superpuestas para ensamblar las secuencias de regiones más grandes de ADN y, eventualmente, cromosomas enteros. Un genoma es la suma total del ADN de un organismo. El método Sanger, desarrollado en la década de los 70s por el bioquímico británico Frederick Sanger, secuencia un solo fragmento de ADN a la vez. Las plataformas de NGS son capaces de secuenciar millones de fragmentos al mismo tiempo.
Los científicos secuenciaron por primera vez la especie de levadura usada por cerveceros y panaderos en 1996, determinando el orden de 12.057.500 subunidades químicas. Esto fue un paso adelante para secuenciar el genoma humano, un proyecto que tomó más de una década y reportó un costo de $3.000 millones (secuenciar el primer genoma humano costó cerca de $1.000 millones). Hoy, los laboratorios cobran entre $300 y $1.500 por el mismo trabajo. La secuenciación se ha vuelto tan barata que en 2012, Illumina, una compañía de biotecnología basada en San Diego, no muy lejos de White Labs, secuenció 96 cepas de levadura sin costo en función de probar nueva maquinaria NGS.
Poco después, Troels Prahl, director de investigación y desarrollo en White Labs, supo que un grupo belga liderado por Verstrepen también se encontraba explorando el paisaje fenotípico de la levadura—esto es, vincular lo que ha sido determinado con rasgos observables. Juntos, ambos equipos secuenciaron los genomas de 157 cepas de levadura, la mayoría de ellas usadas por cerveceros. Publicado en 2016, “Domesticación y Divergencia de levaduras cerveceras Saccharomyces cerevisiae” reconstruye la historia de como la levadura ha evolucionado a través de los siglos, dibuja un árbol genealógico y provee un mapa para la reproducción y desarrollo de cepas en el futuro.
“[La secuenciación] contribuye a comprender de dónde provienen las diferentes cepas de levadura (o variedades de lúpulo o cebada) y como están relacionadas; y quizás, más importante aún, ayuda a criar mejores variedades que combinan las mejores propiedades de cepas o especies parentales.”
Los genomas de las plantas son frecuentemente más largos que el genoma humano porque tienen muchos más elementos repetitivos. Entre 2000 y 2008, científicos secuenciaron los genomas de solo 10 plantas. Las marcas de descubrimiento, frecuentemente llamadas SNPs (acrónimo en inglés para polimorfismo nucleótido) encontrado por primera vez en el genoma humano, hizo más simple dibujar mapas genéticos y comenzar a asociar estos marcadores con rasgos. Genomas de referencia para la cebada (Hordeum vulgare L.) y el lúpulo (Humulus lupulus) se incluyen entre los más de 600 genomas de plantas que han sido ensamblados desde entonces.
Tomó 77 científicos de 10 países armas la secuencia ordenada del genoma de la cebada, publicado en 2017. Los investigadores pronto descubrieron que el gen para la alfa-amilasa, la enzima que rompe el almidón en la cebada malteada y lo convierte en azúcar, se repite múltiples veces. “Esto realmente suma a nuestro conocimiento para mejorar los niveles de esa enzima. Con varias copias podemos decidir cuales deseamos incrementar,” Gary Hanning, director del global barley research para Anheuser-Busch InBev, escribió cuando la investigación fue publicada.
La primera identificación de marcadores moleculares en el lúpulo se realizó en 1995. Cuatro años después, un modesto número de 224 había sido descubierto. Hoy, más de un millón de SNPs han sido encontrados a través de variedades de lúpulo alrededor del mundo. Sin embargo, vincular marcadores y rasgos deseables—ya sean para la resistencia a enfermedades o sabores únicos—podría tomar más tiempo para algunas características que otras.
“No hemos llegado ahí aún. Es una nueva frontera,” comenta Paul Matthews, quien trabaja como científico de investigación para Hopsteiner, una empresa internacional de comercio de lúpulo con programas de desarrollo en EUA y Alemania. “Aún estamos probando el concepto.”
Hoy, los cultivadores—ya sea que se especialicen en lúpulo, arvejas o pollos—se hacen la misma pregunta que una vez hizo Gregor Mendel hace más de 150 años: “¿Puedo predecir como un rasgo es pasado a la siguiente generación?” El Principio de Herencia frecuentemente sirve como guía. Antes que el trabajo de Mendel fuese ampliamente aceptado, la gente creía que los rasgos ocurrían en la descendencia como resultado de una mezcla de las características de los padres. El estableció que los “caracteres fijos” a los que Salmon hacía referencia (ahora conocidos como genes) podían ser dominantes o recesivos.
El proceso de la polinización cruzada de variedades para crear semillas es diferente para la cebada y el lúpulo, pero los pasos para crear nuevas variedades siguen caminos lentos y similares. Los cultivadores deben pensar con décadas de anticipación. “Tienes que tener muchas variedades de aroma listas, pero debes esperar a que el cervecero llegue hasta ti con sus ideas,” dice Anton Lutz, el cultivador en el centro de investigación de Alemania. “Luego los llamas y les dices, ‘La tengo.’”
La siguiente cronología en la Universidad de North Dakota es típica para la cebada:
Año 1: Se realizan cruces y las características agronómicas de la descendencia es evaluada.
Año 2: Las líneas seleccionadas sin cultivadas y probadas, incluyendo resistencia a las enfermedades y cualidades para la fabricación de cerveza.
Años 3-5: Las líneas avanzan a través de tres juegos de ensayos de campo y son enviadas a laboratorio para análisis de calidad y resistencia a las enfermedades. Las líneas que obtienen mejores resultados son enviadas a la American Malting Barley Association para su primera evaluación a escala piloto en el año 5.
Años 6-7: Las líneas son evaluadas en pruebas de campo hasta en 10 locaciones. Las mejores son enviadas a la American Malting Barley Association (AMBA) para las pruebas a escala en el año 7.
Años 8-10: Las pruebas a escala continúan, con más ensayos de campo. Basado en la aceptación por miembros de la AMBA, se le da un nombre varietal a una línea y es lanzada a disposición los productores.
Kevin P. Smith en la Universidad de Minnesota explica que encontrar nuevos marcadores genéticos podría no solo acelerar este laborioso proceso, pero podría también expandir la cantidad de cambio posible dentro de un período particular de tiempo. Por ejemplo, su laboratorio podría usar una muestra genética tomada luego del año 2 para predecir el extracto de malta de una variedad potencial. “Tendríamos que esperar hasta el año 4 o 5 antes de medirla,” explica. En adición a esto, testear una muestra por marcadores cuesta $20, comparado con los $200 que cuesta analizar por completo una muestra de cebada.
El desarrollo de nuevos lúpulos es igual de lento. John Henning, genetista de investigación para la USDA en Oregon, realizó el cruce en el año 2000 que resultó en una variedad de lúpulo llamada Triumph; no fue lanzada a los cultivadores hasta cerca de dos décadas después, en 2019.
Generalmente, la USDA sugiere a los potenciales desarrolladores seguir esta cronología:
Year 0: Realizar cruces.
Año 1: Las plántulas son cultivadas en invernadero y seleccionadas por resistencia a la blanquilla.
Años 2-4: Las plantas son colocadas en el campo, evaluadas y cosechadas, luego se realizan análisis químicos.
Años 5-8: Las seleccionadas son cultivadas en tramas múltiples. La evaluación continúa y se recolectan datos. Se envían muestras a cervecerías para pruebas piloto. Las cervecerías seleccionan las favoritas.
Año 9 en adelante: Las seleccionadas son cultivadas en granjas comerciales. El lúpulo es probado por varias cervecerías. Los cerveceros aceptan o rechazan la variedad.
Como con la cebada, encontrar marcadores genéticos para rasgos deseables en el lúpulo podría reducir el proceso de desarrollo, e incrementar el número de plantas a ser evaluadas. Sin embargo, a diferencia de la cebada, el lúpulo introduce algunas complejidades genéticas adicionales.
Una Importante investigación financiada por Hopsteiner ha arrojado luz sobre por qué y cuando el lúpulo podría no seguir los principios de Mendel. Para colocarlo de manera simple, el lúpulo no siempre se reproduce de la manera esperada. En un trabajo de investigación en la Florida State University, Katherine Easterling, quien desde entonces se ha unido al equipo de Matthews en Hopsteiner, observó que durante la reproducción sexual, los cromosomas que debieron haberse apareado en dos con forma de donut, estaban unidos en su lugar, por largas cadenas.
“El día de hoy …un solo estudiante puede hacer todo el trabajo que fue logrado en genómica durante la década de los 80s y 90s en menos de un segundo, a una pequeña fracción del costo.”
“Esta observación significa que existe una similitud en la secuencia que se extiende más allá de los pares de cromosomas,” comenta. “Aunque se ha reportado que algunas plantas y animales demuestran ese tipo de conducta cromosómica, es considerado muy anormal, y la descendencia de tan extraña conducta puede ser menos viable o mostrar rasgos inesperados.” Haciendo a un lado el argot, eso significa que sin importar que características deseables puedan exhibir, ciertas variedades de lúpulo pueden no ser aptas para el cruce.
“Si, eso es un problema,” comenta Matthews. “Algunos genotipos son más normales. Algunos son locos. No todas las variedades son iguales. Usando tecnología podemos buscar lúpulos con comportamiento más normal. Esto podría cambiar el desarrollo de lúpulos para siempre.”
Como con la levadura, los desarrolladores pueden producir nuevas especies en cuestión de días en lugar de años, pero presentan un desafío diferente. Durante la reproducción sexual, la levadura se adhiere a las leyes de Mendel. No obstante, al graficar la evolución de las levaduras cerveceras reveló que el 40% tiende a reproducirse sexualmente, y que otras han reducido dramáticamente su fertilidad. Con más frecuencia se reproducen a través de la división asexual. En el laboratorio de Verstrepen, “Hemos optimizado las condiciones para que las cepas que tienen pobres ciclos sexuales aún puedan reproducirse; se trata de ajustar el entorno.”
Usando un robot, el laboratorio podría generar cientos de nuevas cepas en un día. “Podemos crear millones de cruces, pero medir cuáles son los mejores toma tiempo y esfuerzo. Y, la reproducción es un juego de números. Por supuesto, nos hemos hecho muy buenos seleccionando los padres adecuados para comenzar la reproducción; pero incluso con los mejores padres, realizar más cruces incrementa las posibilidades de encontrar una super levadura,” comenta Verstrepen.
Para algunas propiedades, como la velocidad de la fermentación, los científicos usan “micro-droplets”: pequeñas gotas de mosto que son apenas más grandes que una célula de levadura. “Cada gota llega a una célula de levadura, y monitoreamos rápidamente la velocidad con la que esa célula puede consumir los azúcares. De esta manera, podemos testear miles de levaduras en lugar de cientos usando equipamiento normal de laboratorio,” Vestrepen explica.
Poco después que los resultados del proyecto de secuenciación de levaduras fue publicado, el fundador de White Labs, Chris White dejó claro lo importante que era esta investigación.
“Sin desbloquear la información genética aún estamos pensando como en los 1860s,” dijo a una audiencia de homebrewers en Baltimore. El mostró una diapositiva con Saccharomyces cerevisiae—levadura Ale—“fermentando alto” en un lado, y Saccharomyces pastorianus—levadura Lager—“fermentando bajo” en el otro. “Me alegra que hayan venido a esta charla porque estamos en en el umbral. Esta es la antigua manera de hablar sobre esto. Habrá una nueva manera en los próximos años.”
Discutiendo las razones por la que los tomates modernos no son tan gustosos como las variedades nativas, Bob Holmes, autor de “Flavor: The Science of Our Most Neglected Sense,” culpa a las prácticas de cruzamiento. “Sabemos que los desarrolladores de muchos campos se han enfocado durante décadas en características como resistencia a las enfermedades, rendimiento, apariencia, tamaño uniforme y facilidad de empaque, transporte y procesamiento… Su enfoque no ha sido en el sabor,” escribe.
Ahora, armados con un mapa del genoma de la cebada, los desarrolladores no tienen que enfocarse en un solo rasgo a expensas de algún otro. “Nada ha sido desarrollado para eliminar el sabor,” dice Scott Heisel, director técnico en el American Malting Barley Association.
En el pasado, la sabiduría convencional sostiene que el sabor de la malta provenía del proceso de malteado. Los desarrolladores se enfocaron en rasgos y atributos agronómicos, como el extracto y cantidad de proteínas. Pero recientes experimentos en la Universidad de Oregon State sugiere ahora que la variedad también influencia el sabor. “Comenzamos este proyecto con una pregunta: ¿Existen sabores originales en la cebada que pasan desde el malteado a la producción de cerveza y llegan hasta el producto final? Esta es una idea revolucionaria en el mundo de la cerveza. Encontramos que la respuesta a eso es si,” Pat Hayes dijo cuando se publicaron los resultados del estudio de la OSU.
“Comenzamos este proyecto con una pregunta: ¿Existen sabores originales en la cebada que pasan desde el malteado a la producción de cerveza y llegan hasta el producto final? Testa es una idea revolucionaria en el mundo de la cerveza. Encontramos que la respuesta a eso es si.”
Barley World, el grupo de investigación de Hayes, cruzó las especies Golden Promise, una variedad inglesa de cebada, con una variedad desarrollada en OSU llamada Full Pint. Se fabricaron cervezas que luego fueron catadas por panelistas entrenados, con las variedades originales y también cientos de sus descendencias. Beers were brewed, then tasted by trained panelists, with the original varieties and also hundreds of their offspring.
“La descendencia está mostrando todas las combinaciones posibles de esos rasgos,” Hayes comentó. “Y ya que hemos estado realizando un registro de ADN sobre estas descendencias, podemos asignar ciertas regiones del genoma de la cebada como responsables de estos sabores. También encontramos que habían algunas diferencias basadas en el lugar de cultivo, pero el efecto genético era mucho mayor al del entorno.”
El lugar de cultivo de la cebada es importante, obviamente para los malteros y cerveceros comprometidos a fabricar cervezas de manera local con malta cultivada localmente. Sin embargo, el descubrimiento de marcadores moleculares ha hecho al “sabor” una parte mayor de la conversación, y una que probablemente informará próximos esfuerzos de desarrollo. “Realmente hemos comenzado a pensar acerca de como podemos abordar el tema del sabor,” comenta Kevin Smith en Minnesota. “¿Existen elementos que podemos cuantificar?”
La secuenciación de nueva generación facilita tal cambio, pero también ayuda a asegurar el futuro de los cultivos usados para la fabricación de cerveza. Los desarrolladores ya están usando marcadores para seleccionar basado en resistencia a enfermedades. Si pueden encontrar marcadores similares relacionados al rendimiento, podrían crear variedades de cebada y lúpulo que son ambientalmente más sostenibles.
Cuatro años atrás, Hopsteiner comenzó a enviar equipos a suroeste de EUA y a los países de Georgia y Kazajistán para recolectar lúpulos silvestres. Científicos alrededor del mundo están trabajando para preservar la diversidad genética que podría ayudar a los cultivos a sobrevivir al cambio climático, y aquellos en Hopsteiner han encontrado variedades en el suroeste que son más resistentes a la sequía. Resulta que estos lúpulos podrían tener también sabores únicos. La secuenciación debería ayudar a los desarrolladores a identificar múltiples rasgos.
El aceite esencial del lúpulo contiene cientos—potencialmente hasta 1.000—compuestos que contribuyen al aroma y sabor, algunos de los cuales como el linalool o geraniol, son prominentes en ciertas variedades de aroma del Nuevo Mundo. Hopsteiner ya ha identificado marcadores para algunos de estos compuestos. Esto podría acelerar el proceso de desarrollo en dos o tres años, comenta Matthews. “Verás eso en el futuro cercano. Te lo puedo prometer. Sólo no puedo decirte cuando.”
A pesar de estos avances, no todo ha cambiado para los desarrolladores de ingredientes fundamentales en la cerveza—al menos no todavía. Muchos aún realizan cruces tanto como Salmon hace más de 100 años atrás. “Absolutamente igual.” dice Peter Darby, quien dirigió el programa de desarrollo en Wye College en 1981. “Elegir a la madre y el padre: toda la creatividad se encuentra en ese estado.”
Textos, Stan HieronymusIlustraciones, Ben Chalapek Language
