Chilenische Forschende nutzen CRISPR, um Weinhefe mit weniger Stickstoff vergären zu lassen

Ein Forschungsteam an der Universidad de Santiago de Chile untersucht, wie Weinhefe auch bei knappem Stickstoff weiter vergären kann – ein häufiges Problem im Weinbau, das die Gärung verlangsamen oder stoppen und Produzenten dazu zwingen kann, dem Traubenmost Nährstoffe zuzusetzen.

Geleitet wird das Projekt von Eduardo Kessi, einem Forscher am Center for Food Science and Technology Studies der Universität, im Rahmen eines Fondecyt-Regular-2026-Projekts mit Unterstützung von Dicyt-Usach. Nach Angaben der Universität soll die Arbeit die genetischen und molekularen Mechanismen verstehen helfen, die es manchen Hefestämmen ermöglichen, sich bei niedrigen Stickstoffwerten besser anzupassen als anderen.

Stickstoff ist neben Kohlenstoffquellen, Vitaminen und Mineralstoffen einer der wichtigsten Nährstoffe, die Hefe braucht, um während der Gärung aktiv zu bleiben. In der Weinproduktion ist ein niedriger Stickstoffgehalt im Traubenmost seit Langem eine Herausforderung, weil die Hefetätigkeit nachlassen kann, bevor die Zucker vollständig in Alkohol umgewandelt sind. Das kann zu schleppenden oder steckengebliebenen Gärungen und erheblichen Produktionsverlusten führen.

Kessi sagte, die Stickstoffergänzung sei in der Weinbranche zu einer Routinepraxis geworden, um die Gärung zu stabilisieren. Sein Team versucht herauszufinden, ob manche Hefen auch unter stickstoffarmen Bedingungen effizient arbeiten können, was langfristig dazu beitragen könnte, die Abhängigkeit von solchen Zusätzen zu verringern.

Im Zentrum der Forschung steht TORC1, kurz für Target of Rapamycin Complex 1, ein zellulärer Signalweg, der das Wachstum von Hefe in Abhängigkeit von der Nährstoffverfügbarkeit koordiniert. Vereinfacht gesagt wirkt er als biologischer Sensor, der Hefe hilft zu erkennen, ob die Bedingungen für Wachstum, Teilung und fortgesetzte Gärung günstig sind.

Kessi sagte, der Signalweg sei bei allen eukaryotischen Organismen wichtig. Beim Menschen werde TORC1 mit Krebsforschung in Verbindung gebracht, während er bei Hefe direkter mit der Reaktion der Zellen auf Nährstoffe verknüpft sei. Bei der Gärung sei das relevant, weil das Wachstum zum Stillstand kommen und die Gärung ins Stocken geraten könne, wenn Hefe erkennt, dass zu wenig Stickstoff vorhanden ist.

Um diese Reaktion zu untersuchen, will das Team mit verschiedenen Hefestämmen aus unterschiedlichen ökologischen Nischen arbeiten, darunter sowohl domestizierte als auch wilde Stämme. Ziel ist es, genetische Varianten zu identifizieren, die mit der Aktivierung des TORC1-Signalwegs unter stickstoffarmen Bedingungen verbunden sind.

Diese Varianten sollen dann laut Universität mithilfe von CRISPR-Cas-Werkzeugen in einen kommerziellen Weinhefestamm eingebaut werden. Kessi sagte, der Ansatz ermögliche präzise Veränderungen im Genom ohne Einbringung externer Gene und mache es möglich zu testen, ob bestimmte Varianten die Gärleistung bei begrenztem Stickstoff verbessern.

Bei Erfolg könnte die Arbeit auf stabilere und effizientere Gärungen in der Weinproduktion hinweisen. Sie könnte auch breitere Auswirkungen für Getränkehersteller haben, weil Stickstoffmangel nicht nur ein technisches Problem in Kellereien ist, sondern auch eine Kosten- und Konsistenzfrage in allen fermentationsbasierten Produktionsprozessen. Ein besseres Verständnis dafür, wie Hefe auf genetischer Ebene reagiert, könnte langfristig verlässlichere Prozesse und einen geringeren Einsatz künstlicher Ergänzungen im Wein und möglicherweise auch in anderen fermentierten Getränken unterstützen.

Die Universität erklärte zudem, das Projekt solle zur Entwicklung biotechnologischer Werkzeuge beitragen, die Gärungen effizienter und nachhaltiger machen könnten. Für Winzer könnte das angesichts von Klima-, Temperatur-, Wasserverfügbarkeits- und Bodenbedingungen relevant sein, die weiterhin die Entwicklung und Zusammensetzung der Trauben vor der Lese prägen und damit den Rohstoff beeinflussen, der in die Gärung eingeht.

Kessi sagte, Wein sei nach wie vor eine der wichtigsten Industrien Chiles, weshalb Gärungsforschung besonders relevant sei. Er argumentierte außerdem, dass Grundlagenforschung weiterhin öffentliche Förderung verdiene, selbst wenn unmittelbare kommerzielle Anwendungen noch nicht klar seien, weil sich Erkenntnisse aus einem Bereich später in anderen als nützlich erweisen könnten.

Nach Angaben der Universität wurde das Projekt kürzlich bewilligt und wird sich zunächst darauf konzentrieren zu identifizieren, welche genetischen Unterschiede mit einer stärkeren Leistung unter Nährstoffstress verbunden sind, bevor diese Veränderungen in kommerzieller Weinhefe getestet werden.