Zum Schutz ihrer Weinberge vor Pilzen können Winzer kupferbasierte Behandlungen wie das Bordeaux-Gemisch verwenden, das auch in der biologischen Landwirtschaft zugelassen ist.
Ein Forschungsteam von INRAE und dem Institut Agro zeigt, dass die Kupferresistenz der bei der Weinherstellung verwendeten Hefen auf Kosten einer übermäßigen Produktion von Schwefelwasserstoff (H2S) erworben wurde, einer Verbindung mit einem faulen Ei-Geruch, die die sensorische Qualität des Weins beeinträchtigt. Dies ist auf die Vervielfachung eines Gens zurückzuführen, das an der Kupferresistenz beteiligt ist und eine übermäßige Produktion von H2S zur Folge hatte.
Die eingehende Analyse von 51 Hefestämmen zeigt, dass bei denjenigen mit mehr als 10 Kopien dieses Gens die Produktion von H2S abnimmt oder sogar verschwindet. Diese Ergebnisse, veröffentlicht in Scientific Reports, eröffnen neue Perspektiven für die Forschung an Hefestämmen, um die H2S-Produktion bei der Weinherstellung zu vermeiden.
Das Aroma-Profil der Weine ist die Hauptqualität, die von den Verbrauchern gesucht wird. Ein entscheidender Schritt bei der Weinherstellung ist die Gärung des Traubenmosts, bei der die seit der Antike zur Wein-, Bier- und Brotherstellung verwendeten Hefen
Saccharomyces cerevisiae den im Traubenmost enthaltenen Zucker in Alkohol umwandeln.
Während dieses Schritts synthetisieren die Hefen auch Schwefelwasserstoff (H
2S), um schwefelhaltige Aminosäuren zu produzieren, die für ihre Entwicklung unerlässlich sind. H2S ist jedoch eine Verbindung mit einem sehr unangenehmen faulen Ei-Geruch, der von
S. cerevisiae übermäßig produziert werden kann und somit den Geschmack des Weins beeinträchtigt. Da die H2S-Produktion für die Hefe sehr energieaufwändig ist, stellt sich die Frage, warum einige
S. cerevisiae-Stämme es übermäßig produzieren.
Die Wissenschaftler suchten nach einer Erklärung für dieses Phänomen, indem sie den Zusammenhang zwischen der H2S-Synthese bei Hefe und zwei traditionellen Praktiken der Wein- und Weinbauspezialisten untersuchten: die Behandlung der Weinberge mit Bordeaux-Gemisch und das Sulfitieren von Traubenmost.
Das Bordeaux-Gemisch ist eine kupferbasierte Fungizidbehandlung, die zum Schutz von Weinbergen vor Pilzen eingesetzt wird, auch in der biologischen Landwirtschaft. Das Sulfitieren von Traubenmost beinhaltet die Zugabe von Sulfit bei der Weinherstellung, eine antiseptische und konservierende Verbindung, die die Qualität des Weins bewahrt.
Entdeckung der entscheidenden Rolle eines Gens bei Hefen, das an der Kupferbindung beteiligt ist
Zunächst zeigten die Wissenschaftler, dass die aus Wein stammenden
Saccharomyces cerevisiae-Hefen im Vergleich zu Stämmen aus Eichenrinde oder von Weinschleiern eine erhöhte H2S-Produktion aufwiesen. Diese Produktion wurde durch die Zugabe von Sulfit verstärkt, das als Vorläufer für die H2S-Synthese dient.
Die aus Wein stammenden
Saccharomyces cerevisiae-Hefen haben sich an das Vorhandensein von Kupfer angepasst, das durch die seit über einem Jahrhundert übliche Verwendung von Bordeaux-Gemisch bei der Behandlung von Weinbergen verursacht wird. Diese Anpassung ist durch die Vervielfachung des Gens
CUP1 gekennzeichnet, das die Produktion des Proteins Cup1 ermöglicht, das Kupfer binden kann und der Hefe somit das Überleben in kupferreicher Umgebung ermöglicht. Dieses Protein ist reich an schwefelhaltigen Aminosäuren, die für ihre Produktion H
2S benötigen.
Die Anpassung der Hefe Saccharomyces cerevisiae
an Kupfer nach kupferbasierten Fungizidbehandlungen mit Bordeaux-Gemisch führte während der alkoholischen Gärung zu einer Überproduktion von H2S. Diese übermäßige Produktion, verstärkt durch die in der Oenologie häufig verwendete Zugabe von Sulfit, beeinträchtigt die Weinqualität erheblich.
51 Hefestämme analysiert
Um diese Ergebnisse zu bestätigen, zeigten die Wissenschaftler, dass die Exposition der Hefen gegenüber Kupfer eine erhöhte H
2S-Produktion auslöste. Eine eingehende Analyse von 51 Hefestämmen zeigt einen komplexen Zusammenhang zwischen der Anzahl der Kopien des Gens CUP1 in ihrem Genom und der Produktion von H
2S.
Bei Stämmen mit etwa 2 bis 10 Kopien von CUP1, dem am häufigsten bei Weinhefen vorkommenden Fall, beobachtete das Forschungsteam eine Zunahme der H
2S-Produktion. Bei Stämmen mit einer größeren Anzahl von Kopien nahm die H
2S-Konzentration hingegen ab oder verschwand sogar bei Stämmen mit mehr als 20 Kopien des Gens.
Dieses Phänomen lässt sich durch den übermäßigen Bedarf an schwefelhaltigen Aminosäuren erklären, die für die Synthese der Proteine Cup1 notwendig sind, wodurch die Anwesenheit von H
2S im Wein, das von
S. cerevisiae zur Produktion der Aminosäuren verwendet wird, eingeschränkt wird.
Die Kupferresistenz der Weinhefen
S. cerevisiae wurde auf Kosten einer Überproduktion von H
2S erworben. Diese übermäßige Produktion, verstärkt durch die in der Weinherstellung häufig verwendete Zugabe von Sulfit, kann die Weinqualität erheblich beeinträchtigen. Als Reaktion auf diese sensorischen Mängel haben sich die Praktiken des Abstechens
[1] im Prozess der Weinherstellung wahrscheinlich intensiviert, um den negativen Einfluss von H
2S auf das Aromenprofil der Weine zu minimieren.
Die Ergebnisse dieser Studie eröffnen auch eine neue Forschungsperspektive für hochkupferresistente Hefestämme (mit einer großen Anzahl von Kopien des Gens CUP1), um die Anwesenheit von H
2S im Wein zu begrenzen. Im Kontext von Veränderungen der Praktiken und neuen gesundheitlichen oder klimatischen Zwängen zeigen diese Ergebnisse, dass das Verständnis der Resistenz- und Anpassungsmechanismen von Hefen entscheidend für die Optimierung der Weinqualität ist.
Anmerkung:
[1] Beim Abstechen dekantiert der Winzer den Wein während des Ausbaus, um unerwünschte Ablagerungen zu entfernen. Dies ermöglicht auch eine Belüftung des Weins und begrenzt den Überschuss an H
2S.
Referenz:
De Guidi I.
et al. (2024). Copper-based grape pest management has impacted wine aroma.
Scientific reports 14, 10124, DOI:
https://doi.org/10.1038/s41598-024-60335-9
Quelle: INRAE