Israelische Wissenschaftler entwickeln leuchtende Bakterien, um Weinverderb in Echtzeit zu erkennen

Forscher an der Hebräischen Universität Jerusalem haben einen neuen Biosensor entwickelt, der Winzern helfen könnte, Verderb zu erkennen, bevor er die Weinqualität beeinträchtigt. Das Team unter der Leitung der Doktorandin Yulia Melnik-Kesler und unter der Aufsicht von Prof. Yael Helman entwickelte einen lebenden Sensor mit gentechnisch veränderten Bakterien, die Licht aussenden, wenn sie Essigsäure wahrnehmen, die Hauptchemikalie, die Wein in Essig verwandelt. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Microbial Biotechnology veröffentlicht.

Essigsäure ist ein wichtiger Indikator für den Verderb von Wein. Wenn ihre Konzentration während der Gärung ansteigt, kann sie den Prozess zum Stillstand bringen und dem Wein einen unangenehmen sauren Geschmack und Geruch verleihen. Traditionell verlassen sich die Weinkellereien auf Labormethoden wie Gas- oder Flüssigkeitschromatographie, um den Essigsäuregehalt zu messen. Diese Tests sind teuer, zeitaufwändig und erfordern die Entnahme von Proben aus dem Wein, was die Überwachung von Veränderungen in Echtzeit erschwert.

Der neue Biosensor bietet einen anderen Ansatz. Die Forscher haben Bakterien so verändert, dass sie einen natürlichen Regulator namens YwbIR enthalten, der ursprünglich in Bacillus subtilis vorkommt. Wenn diese Bakterien auf Essigsäure treffen, aktiviert YwbIR ein Gen, das die Bakterien zum Leuchten bringt. Die Intensität des Lichts entspricht der Menge der vorhandenen Essigsäure und liefert ein klares und unmittelbares Signal.

In Laborexperimenten reagierte der Biosensor stark und vorhersehbar auf Essigsäurekonzentrationen zwischen 0 und 1 Gramm pro Liter - ein Bereich, der für Winzer entscheidend ist. Der Verderb beginnt in der Regel bei einer Konzentration von etwa 0,7 Gramm pro Liter. Bei diesen Konzentrationen steigt die Lichtleistung der Bakterien um das Fünf- bis Achtfache, so dass die Erzeuger frühzeitig gewarnt werden, bevor der Wein ungenießbar wird.

Ein bemerkenswertes Merkmal dieser Technologie ist ihre Fähigkeit, Essigsäure nicht nur in der Flüssigkeit, sondern auch in der Luft über dem Wein - dem so genannten Kopfraum - in den Flaschen oder Gärtanks zu erkennen. Dies bedeutet, dass Weinkellereien den Verderb des Weins überwachen können, ohne die Behälter zu öffnen oder den Wein zu stören. In Tests mit handelsüblichen Rot- und Weißweinen konnte der Biosensor innerhalb von zwei Stunden durch Messung der Veränderungen in der Lichtemission zwischen normalen und künstlich verdorbenen Proben unterscheiden.

Das System erwies sich auch in hochalkoholischen Umgebungen als robust und funktionierte bei Weinen mit einem Alkoholgehalt von bis zu 14,5 % genau. Viele herkömmliche Sensoren haben unter diesen Bedingungen Probleme, da der Alkohol ihre Messwerte beeinträchtigen kann.

Obwohl sich diese Forschung auf die Weinherstellung konzentrierte, ist das Team der Ansicht, dass ihr Biosensor in allen Branchen, die auf Gärung angewiesen sind, wie z. B. die Lebensmittelproduktion und Biokraftstoffe, breitere Anwendung finden könnte. Essigsäure wird auch als Biomarker für bestimmte Krankheiten untersucht, was die Möglichkeit eröffnet, dass zukünftige Versionen dieser Technologie für nicht-invasive medizinische Diagnosen wie die Atemanalyse eingesetzt werden könnten.

"Mit diesem System können wir Essigsäure in Echtzeit nachweisen, ohne komplizierte Ausrüstung oder Probenverarbeitung", so Prof. Helman. "Es öffnet die Tür zu einer erschwinglichen Vor-Ort-Überwachung der Fermentationsqualität und könnte sogar die medizinische Diagnostik auf der Grundlage flüchtiger Biomarker unterstützen."

Die Entwicklung dieses Biosensors könnte Weinkellereien dabei helfen, Verderb frühzeitig zu erkennen und kostspielige Verluste bei Geschmack und Qualität zu vermeiden. Er könnte auch eine einfachere und kostengünstigere Alternative zu den derzeitigen Labortestverfahren darstellen und die Qualitätskontrolle in verschiedenen auf Gärung basierenden Branchen verbessern.