Wissenschaftler der Hebräischen Universität entwickeln Bakterien, die Weinverderb signalisieren, bevor der Geschmack beeinträchtigt wird

Ein Forscherteam der Hebräischen Universität hat einen neuen biologischen Sensor entwickelt, der Weinkellereien helfen könnte, den Verderb von Wein zu erkennen, bevor er Geschmack und Qualität beeinträchtigt. Die Innovation, die in einer kürzlich in der Zeitschrift Microbial Biotechnology veröffentlichten Studie beschrieben wird, nutzt gentechnisch veränderte Bakterien, die Licht aussenden, wenn sie Essigsäure wahrnehmen, die Hauptchemikalie, die für die Säuerung von Wein verantwortlich ist.

Das Projekt wurde von der Doktorandin Yulia Melnik-Kesler unter der Leitung von Professor Yael Helman und unter Mitwirkung von Professor Oded Shoseyov geleitet. Ihre Arbeit befasst sich mit einer seit langem bestehenden Herausforderung bei der Weinherstellung: den Verderb früh genug zu erkennen, um kostspielige Verluste zu vermeiden. Die Ansammlung von Essigsäure ist eine häufige Ursache für den Verderb von Wein und führt zu essigartigem Geruch und saurem Geschmack. Sobald der Wert über 0,7 Gramm pro Liter steigt, kann der Gärungsprozess ins Stocken geraten und der Wein ungenießbar werden.

Herkömmliche Methoden zum Nachweis von Essigsäure beruhen auf Labortechniken wie der Gaschromatografie oder der Flüssigkeitschromatografie. Diese Methoden sind teuer, zeitaufwändig und erfordern die Entnahme von Flüssigkeitsproben aus dem Wein. Infolgedessen haben viele Weinkellereien Schwierigkeiten, die Gärung in Echtzeit zu überwachen, und entdecken Probleme oft erst, wenn der Schaden bereits eingetreten ist.

Der neue Biosensor bietet einen anderen Ansatz. Das Team hat 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 Licht erzeugt. Die Intensität des Lichts nimmt mit steigendem Essigsäurespiegel zu und liefert ein deutliches und messbares Signal.

In Labortests reagierte der Biosensor stark und beständig auf Essigsäurekonzentrationen zwischen 0 und 1 Gramm pro Liter - ein Bereich, der die kritische Schwelle für den Verderb abdeckt. Bei Konzentrationen, bei denen der Verderb typischerweise einsetzt, stieg das Lichtsignal im Vergleich zu den Ausgangsmesswerten um das Fünf- bis Achtfache. So können die Winzer frühzeitig gewarnt werden, bevor der Wein ungenießbar wird.

Ein bemerkenswertes Merkmal des Biosensors ist seine Fähigkeit, Essigsäure nicht nur in flüssigen Proben, sondern auch in der Luft über dem Wein - dem so genannten Kopfraum einer Flasche oder eines Gärtanks - nachzuweisen. Dies bedeutet, dass Weinkellereien den Verderb überwachen können, ohne die Behälter zu öffnen oder den Gärungsprozess zu stören. In Tests mit handelsüblichen Rot- und Weißweinen konnte der Biosensor innerhalb von zwei Stunden zwischen normalen und künstlich verdorbenen Proben unterscheiden.

Ein weiterer Vorteil ist seine Widerstandsfähigkeit in hochalkoholischen Umgebungen. Viele elektronische oder optische Sensoren haben Schwierigkeiten, bei hohem Alkoholgehalt genau zu funktionieren, aber der neue Biosensor funktionierte zuverlässig bei Weinen mit bis zu 14,5 % Alkohol.

Die Forscher glauben, dass ihre Technologie auch über die Weinherstellung hinaus Anwendung finden könnte. Essigsäure ist ein wichtiger Marker in anderen fermentationsbasierten Industrien wie der Lebensmittelproduktion und Biokraftstoffen. Sie wird auch als potenzieller Biomarker für bestimmte Krankheiten untersucht, was die Möglichkeit eröffnet, dass künftige Versionen des Biosensors für nichtinvasive medizinische Diagnosen wie die Atemanalyse eingesetzt werden könnten.

Professor Helman sagte, dass dieses System den Nachweis von Essigsäure in Echtzeit ohne komplizierte Ausrüstung oder Probenverarbeitung ermöglicht. Sie wies darauf hin, dass es die Vor-Ort-Überwachung für Produzenten erschwinglicher machen und schließlich die medizinische Diagnostik auf der Grundlage flüchtiger Biomarker unterstützen könnte.

Die Entwicklung dieses lebenden Biosensors stellt einen Fortschritt in der Qualitätskontrolle für Winzer und andere Industrien dar, die auf Gärung angewiesen sind. Indem er frühzeitig vor Verderb warnt, könnte er dazu beitragen, Abfälle zu reduzieren und die Produktkonsistenz zu verbessern, während gleichzeitig die mit herkömmlichen Labortests verbundenen Kosten gesenkt werden.