Gist: microbiële vrienden voor het leven

Het leven van een gist

Gisten zijn een bijzondere groep binnen de microben. Ze zijn eencellig, en zien er relatief eenvoudig uit onder de microscoop. Maar schijn bedriegt: gisten lijken meer op ons dan op bacteriën en zijn eigenlijk eencellige schimmels. Gisten zijn dus net als wij eukaryoot, en we delen dan ook ongeveer een kwart van ons DNA met hen. Het leven van een gist is echter toch iets overzichtelijker dan dat van ons. De gist zoekt stoffen om energie uit te kunnen winnen, en kan dit op meerdere manieren doen. Ze kunnen directe suikers gebruiken zoals glucose, maar ze kunnen ook complexere koolhydraten afbreken tot er suikers overblijven om van te leven. Zodra de gist zich eenmaal in fijne omstandigheden bevindt kan het delen beginnen.

De bloemetjes en de gistjes

Als gisten zich vermeerderen kunnen ze dat doen op twee manieren, geslachtelijk of ongeslachtelijk. De meest voorkomende manier is de ongeslachtelijke, die ook wel knopvorming genoemd wordt. Hierbij vormt de gistcel een uitstulping (knopje) van een stukje celmembraan, verdubbelt zijn celkern, verplaatst de gekopieerde celkern naar het knopje en bind hem dan af. Het resultaat is een kloon van zichzelf. Bij geslachtelijke voortplanting zijn er twee gistcellen nodig; hun gekopieerde genetische materiaal wordt dan eerst gecombineerd, waarna de nieuwe cel met de helft van het DNA van beide moedercellen verder gaat. De geslachtelijke voortplanting komt vooral op gang in stressvolle omstandigheden. De gist kan dan door geslachtelijk voort te planten nieuwe combinaties maken van zijn DNA die hopelijk beter aangepast zijn aan waar hij leeft. Voor ons als mens ook handig, want zo selecteerden we over de tijd heen gisten die heel goed zijn in bepaalde typen fermentatie. 

Fermenteren kun je leren

De mens ontdekte al vroeg de wonderen van fermentatie met behulp van gisten. In 2018 werden in Israël een aantal 13.000 jaar oude vijzels ontdekt met resten van een bierbrouwproces. Het maken van bier was vermoedelijk het eerste voorbeeld van het gebruik van gist, al hadden de brouwers waarschijnlijk geen idee welke microbe achter dit proces schuilging. Tegenwoordig wordt voor de meeste soorten alcoholische dranken die door fermentatie tot stand komen dezelfde soort gist gebruikt: Saccharomyces cerevisiae. Deze soort is makkelijk te kweken, vermeerderd snel, en heeft een hoge alcoholtolerantie. Dit laatste zorgt ervoor dat het fermenteren niet al stopt bij een heel laag alcoholpercentage. 

In het wilde weg

Toch kunnen ook andere gisten gebruikt worden om bier te brouwen, waaronder wilde gisten. Een voorbeeld is het typisch Belgische Lambiek bier, welke gemaakt wordt door het gebruik van in de lucht aanwezige gisten, onder andere van het geslacht Brettanomyces. De verhouding van de soorten in de lucht veranderd over de seizoenen, en er kan dan ook alleen lambiek gebrouwen worden tussen oktober en april. Maar ook dichter bij huis kunnen er wilde gisten ontdekt worden. Zo vonden wij in ARTIS de wilde gist Pichia barkeri, waarmee we samen met brouwerij Oedipus een interessant bier hebben gebrouwen: de Wild Microbe Ale. 

Gekke gistproducten

Dat gist een belangrijke rol speelt bij de productie van brood en alcohol weten veel mensen wel. Maar wist je dat gist ook essentieel is voor het maken van chocolade? Het is zelfs de eerste stap in het productieproces van cacaomassa, de belangrijkste grondstof van chocolade. Door de cacaobonen in hopen te laten gisten wordt de structuur en de smaak van de bonen beter. Zelfs bij het maken van bouillonblokjes wordt vaak gebruik gemaakt van gist, dit keer niet om te fermenteren maar als ingrediënt. Gegroeide gistculturen worden zo behandeld dat de gistcellen knappen en hun inhoud vrij komt. De vloeistof die overblijft wordt vervolgens ingekookt tot er gistextract in de vorm van poeder of pasta overblijft. Dit gistextract bevat veel glutamaat, wat een lekkere hartige (umami) smaak geeft aan de bouillonblokjes. 

Microfabriek 

Tegenwoordig worden gisten ook ingezet voor het produceren van heel andere producten dan voedsel. De manier waarop stoffen omgezet worden in de gistcel is vastgelegd in het DNA van de gist. Als we bepaalde genen in het DNA veranderen kunnen we de gist net een andere omzetting laten maken, met een ander eindproduct als resultaat. Of er kan een heel nieuw gen geïntroduceerd worden, zelfs van een andere soort. Zo kunnen we een gist bijvoorbeeld de zoetstof steviol laten maken door aangepaste genen van de steviaplant bij de gist in te brengen. De gist kan een stuk efficiënter steviol produceren dan een plant. Bovendien is de steviol die gewonnen wordt uit gist is ook nog eens lekkerder, door het ontbreken van een bittere variant die in de plant wel voorkomt.

Gist op grote schaal

Om de stoffen die de gist op microniveau kan maken ook op grote schaal te kunnen winnen zijn er speciale fabrieken ontwikkeld. De gist wordt daar gekweekt in grote tanks, die ook wel bioreactoren genoemd worden. Deze bioreactoren zien er meestal uit als een groot afgesloten stalen vat met aan- en afvoerleidingen. Door op de juiste momenten de juiste hoeveelheden en soorten stoffen aan en af te voeren kan het fermentatieproces heel precies gecontroleerd worden. Meestal bestaat de belangrijkste aanvoer uit suikers, die de gist vervolgens gebruikt om van te groeien en om te zetten in de stoffen die wij graag willen hebben. Dat kan een continu proces zijn waarbij er steeds een beetje suiker in gaat en er product uitkomt, maar het kan ook zijn dat alles in één keer toegevoegd wordt waarna de hele gefermenteerde mix gebruikt wordt om het product uit te winnen. De mogelijkheden met gist zijn eindeloos.