La domesticación de plantas y animales jugó un papel clave en el desarrollo de las sociedades humanas. Y los microbios también han sido domesticados: un estudio de la Université de Lausanne (UNIL), publicado en la revista «Nature Communications», muestra que las bacterias utilizadas para producir Gruyère, Emmental y Sbrinz revelan signos antiguos de domesticación.

La domesticación de ganado y plantas marcó una etapa importante en el asentamiento de las poblaciones humanas en el Neolítico, ya que pasaron de un estilo de vida de cazadores-recolectores a un modelo de subsistencia basado en la ganadería y la agricultura. Debido al tamaño microscópico y a la casi ausencia de fósiles de microorganismos, su domesticación es más difícil de demostrar que la de la flora y la fauna. Aunque varios estudios ya han demostrado esto en el caso de las levaduras (hongos microscópicos, unicelulares y con núcleo), el caso de las bacterias (microorganismos que son principalmente unicelulares y no tienen núcleo) aún está por dilucidar. Este era el objetivo de Vincent Somerville, ex estudiante de doctorado del equipo de Philipp Engel en el Departamento de Microbiología Fundamental (DFM) de la Facultad de Biología y Medicina de la UNIL. Los resultados de su último estudio, realizado bajo la codirección de Florent Mazel y en colaboración con Agroscope, fueron publicados en la revista Nature Communications.

Un proceso antiguo

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La domesticación consiste en seleccionar artificialmente -generación tras generación- variantes de una especie silvestre que han desarrollado características interesantes para la agricultura o la ganadería, como la calidad nutricional de las plantas o el tamaño y docilidad de los animales. A medida que la población humana ha ido creciendo a lo largo de la historia y la demanda de alimentos ha aumentado, se han ido necesitando soluciones de almacenamiento a largo plazo. “Es el caso de la fermentación, que convierte los azúcares en ácidos, protege contra la proliferación de microbios indeseables y, por tanto, permite conservar los alimentos durante más tiempo”, explicó Philipp Engel, codirector del estudio. Esta técnica, que se remonta a varios miles de años atrás, utiliza microorganismos como la levadura para elaborar cerveza o vino, o bacterias para elaborar queso. La primera evidencia arqueológica indirecta de la fermentación de la leche se remonta a unos 10.000 años atrás, al Neolítico.

Los quesos suizos como sujetos de estudio

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Gracias a la colaboración con Agroscope, el centro suizo de investigación agronómica y alimentaria, el grupo de Lausana tuvo acceso a una colección de cepas bacterianas utilizadas en la producción de tres quesos suizos diferentes: Gruyère, Emmental y Sbrinz, y conservadas durante 50 años. «Estos cultivos, también llamados «cultivos iniciadores de queso», se han reactivado parcialmente para crear una especie de miniquesos de laboratorio», explicó Vincent Somerville, primer autor del artículo. “A continuación, analizamos la evolución de las características genéticas y fenotípicas de esta colección a lo largo del tiempo con el fin de identificar marcadores indicativos de domesticación”. Al observar más de 100 aislamientos bacterianos y casi 1.000 muestras, los científicos constataron, respectivamente, una baja diversidad genética y una alta estabilidad de los caracteres específicos del proceso de conservación de los alimentos (por ejemplo, la acidificación) durante este período de medio siglo. “Se trata de indicadores de una adaptación antigua, o incluso muy antigua, que por extrapolación corresponde a la aparición de los primeros productos lácteos fermentados. La concordancia temporal entre la datación de los microorganismos y la historia arqueológica de este alimento fermentado fue bastante inesperada”, comentó Mazel. En otras palabras, es posible rastrear el pasado de la domesticación de las bacterias de los quesos suizos.

Garantizar la seguridad alimentaria

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En el futuro, se podrán comparar quesos de diferentes partes del mundo para generalizar el estudio. Además, las investigaciones sobre la domesticación de comunidades bacterianas utilizadas para iniciar la fermentación de otros productos, como el kéfir, parecen prometedoras. «Una mejor comprensión de la domesticación bacteriana nos permitirá optimizar las características de estas microbiotas, mejorar el uso de este proceso y convertirlo en un método de almacenamiento de alimentos más sostenible», se esperanzó Mazel.

• El paper Genomic and phenotypic imprints of microbial domestication on cheese starter cultures, que refleja un estudio experimental basado en células, fue publicado en Nature Communications. Autores: Vincent Somerville, Nadine Thierer, Remo S. Schmidt, Alexandra Roetschi, Lauriane Braillard, Monika Haueter, Hélène Berthoud, Noam Shani, Ueli von Ah, Florent Mazel & Philipp Engel

• El artículo Le gruyère, ou une histoire de la domestication des bactéries, firmado por Nathalie Isorce, fue publicado en la sección de noticias en francés de FIL

English version

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Gruyère cheese, or a history of the domestication of bacteria

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The domestication of plants and animals has played a key role in the development of human societies. And microbes, too, have been tamed: a study by UNIL, published in the journal Nature Communications, shows that the bacteria used to produce Gruyère, Emmental and Sbrinz cheese show signs of ancient domestication.

The domestication of livestock and plants marked an important stage in the settlement of human populations in the Neolithic period, as they moved from a hunter-gatherer lifestyle to a subsistence model based on animal husbandry and agriculture. Because of the microscopic size and virtual absence of fossils of micro-organisms, their domestication is more difficult to prove than that of flora and fauna. Although several studies have already demonstrated this in the case of yeasts (microscopic, single-celled fungi with nuclei), the case of bacteria (micro-organisms that are mainly single-celled and have no nuclei) has yet to be elucidated. This was the objective of Vincent Somerville, a former doctoral student in Philipp Engel’s team at the Department of Fundamental Microbiology (DFM) in the Faculty of Biology and Medicine at UNIL. The results of his latest study, carried out under the co-direction of Florent Mazel and in collaboration with Agroscope, have been published in the journal Nature Communications.

An old process

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Domestication consists of artificially selecting - generation after generation - variants of a wild species that have developed interesting characteristics for agriculture or livestock farming, such as the nutritional quality of plants or the size and docility of animals. As human population has grown throughout history, and food demand has increased, long-term storage solutions were needed. “This is the case with fermentation, which converts sugars into acids, protects against the proliferation of undesirable microbes and therefore enables food to be preserved for longer,” explains Philipp Engel, co-director of the study. This technique, which dates back several thousand years, uses micro-organisms such as yeast to make beer or wine, or bacteria to make cheese. The first indirect archaeological evidence of milk fermentation dates back around 10,000 years, to the Neolithic period.

Swiss cheeses as study subjects

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Thanks to collaboration with Agroscope, the Swiss centre of competence for agronomic and food research, the Lausanne group had access to a collection of bacterial strains used in the production of three different Swiss cheeses: Gruyère, Emmental and Sbrinz, and stored for 50 years. “These cultures, also called ‘cheese starter cultures’ were partially reactivated to create some sort of laboratory mini cheeses”, explains Vincent Somerville, first author of the article. “We then analysed the evolution of the genetic and phenotypic characteristics of this collection over time in order to identify markers indicative of domestication”. By observing more than 100 bacterial isolates and almost 1,000 samples, the scientists found, respectively, low genetic diversity and high stability of traits specific to the food preservation process (for example, acidification) over this half-century period. Those are indicators of an ancient, or even very ancient, adaptation, which by extrapolation corresponds to the appearance of the first fermented dairy products. “The temporal concordance between the dating of the micro-organisms and the archaeological history of this fermented food was quite unexpected”, enthuses Mazel. In other words, it is possible to trace the past of the domestication of bacteria from Swiss cheeses.

Guaranteeing food safety

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In the future, cheeses from different parts of the world could be compared in order to generalize the study. In addition, research into the domestication of bacterial communities used to initiate the fermentation of other products, such as kefir, looks promising. “A better understanding of bacterial domestication will enable us to optimize the characteristics of these microbiota, improve the use of this process and make it a more sustainable method of food storage”, hopes Mazel.

• The paper Genomic and phenotypic imprints of microbial domestication on cheese starter cultures, an experimental study based on cells, was published in Nature Communications. Authors: Vincent Somerville, Nadine Thierer, Remo S. Schmidt, Alexandra Roetschi, Lauriane Braillard, Monika Haueter, Hélène Berthoud, Noam Shani, Ueli von Ah, Florent Mazel & Philipp Engel

• The article Le gruyère, ou une histoire de la domestication des bactéries, signed by Nathalie Isorce, was published on French FIL’s news section