Как хмель производит хиральные α-кислоты, придающие пиву характерную горечь

Хмель — ключевой ингредиент пивоварения и важная сельскохозяйственная культура. Женские соцветия хмеля покрыты железистыми трихомами, которые синтезируют и накапливают специализированные метаболиты, определяющие вкус и качество пива. Терпены отвечают за аромат, ксантогумол обладает антиоксидантными свойствами, а α-кислоты придают пиву характерную горечь.

Хотя верхняя часть биосинтетического пути α-кислот была известна, фермент, ответственный за финальный шаг — α-кислотную синтазу (α-BAS) — оставался функционально не подтверждённым более десяти лет, несмотря на идентификацию нескольких генов-кандидатов.

Чтобы решить эту загадку, группа учёных под руководством профессора Ван Годуна разработала высокочувствительный метод жидкостной хроматографии–масс-спектрометрии (LC–MS), способный различать две хиральные формы α-кислот (6S и 6R). Анализ показал, что в железистых трихомах хмеля накапливается преимущественно 6S-тип α-кислоты.

Выяснилось, что предшественник — дезокси-α-кислота — при контакте с воздухом спонтанно окисляется, образуя рацемическую смесь 6S- и 6R-форм. Эта спонтанная реакция долго мешала подтвердить истинную функцию α-кислотной синтазы. Преодолев это техническое препятствие, исследователи создали гетерологичную экспрессионную систему в дрожжах и протестировали более десяти генов-кандидатов.

В результате был идентифицирован фермент HlMO18, который специфически катализирует окисление дезокси-α-кислоты с преимущественным образованием 6S-формы. Также были определены ключевые аминокислотные остатки, важные для активности фермента. Дальнейший анализ показал, что синтаза 6S-типа образует метаболический комплекс с ферментами верхних этапов пути, что объясняет, почему в трихомах хмеля накапливается только эта форма.

Эта работа завершает картину биосинтеза α-кислот в хмеле. Исследователи теперь выяснили пути биосинтеза трёх основных вкусовых соединений хмеля.

В перспективе учёные планируют методами синтетической биологии создать промышленные штаммы дрожжей, способные производить «хмельное пиво» с аутентичным вкусом, но без использования растения хмеля. Этот подход может снизить стоимость производства и позволить создавать более кастомизированные сорта пива, открывая новое направление для инноваций в пивоваренной отрасли.