Impacto de
CRISPR en Levaduras Cerveceras: Calidad y Eficiencia Fermentativa en la
Industria Cervecera
Impact of CRISPR
on Brewing Yeasts: Quality and Fermentative Efficiency in the Brewing Industry
Gustavo Martínez1,a,*,
Lady Gaibor1,b, Thalía Castillo1,c, Daniela Espinoza1,d
1 Universidad
Estatal de Milagro, Milagro, Ecuador.
a Dr., 
gmartinezv3@unemi.edu.ec, 
https://orcid.org/0000-0002-0424-1632
b Mg., lgaibor@uagraria.edu.ec, https://orcid.org/0000-0003-3552-6128
c Mg., tcastillo@unemi.edu.ec, https://orcid.org/0000-0002-8457-2406
d Mg., despinoza@unemi.edu.ec, https://orcid.org/0009-0001-3975-2440
* Autor de
Correspondencia: Tel. +51 3989882926
http://doi.org/10.25127/riagrop.20251.1035
Resumen
El
objetivo de esta investigación es evaluar el impacto de las técnicas de
ingeniería genética, especialmente CRISPR-Cas9, en la optimización de la
industria cervecera, enfocándose en mejorar la calidad del producto, la
eficiencia del proceso y los beneficios económicos. Mediante un análisis
bibliométrico retrospectivo de publicaciones en bases de datos como Web of
Science, Scopus y PubMed, se identificaron las tendencias, los autores más
prolíficos y las instituciones principales que contribuyen a esta área. La
metodología incluyó técnicas de análisis bibliométrico para visualizar la
productividad científica, las redes de colaboración y las palabras clave
frecuentes. Los resultados muestran que el uso de CRISPR-Cas9 ha permitido
modificar cepas de levadura, mejorando su tolerancia a factores ambientales y
su capacidad para fermentar a temperaturas bajas, optimizando el perfil de
sabor y aroma. Además, los avances en biotecnología han facilitado la creación
de nuevos compuestos aromáticos y sabores, adaptados a un mercado en constante
cambio. El estudio revela una tendencia al alza en publicaciones sobre
ingeniería genética aplicada a la industria cervecera, lo cual subraya su
importancia para la producción eficiente y de calidad. En conclusión,
CRISPR-Cas9 y otras técnicas genéticas han revolucionado la industria
cervecera, promoviendo la sostenibilidad y reducción de costos, así como la
creación de perfiles de sabor únicos, lo que posiciona a la biotecnología como
un pilar clave en la innovación de la industria.
Palabras claves: CRISPR-Cas9,
ingeniería genética, levadura, industria cervecera, fermentación.
Abstract
The
objective of this research is to evaluate the impact of genetic engineering
techniques, especially CRISPR-Cas9, on the optimization of the brewing
industry, focusing on improving product quality, process efficiency and
economic benefits. Through a retrospective bibliometric analysis of
publications in databases such as Web of Science, Scopus and PubMed, trends,
the most prolific authors and the main institutions contributing to this area
were identified. The methodology included bibliometric analysis techniques to
visualize scientific productivity, collaboration networks and frequent
keywords. The results show that the use of CRISPR-Cas9 has made it possible to
modify yeast strains, improving their tolerance to environmental factors and
their ability to ferment at low temperatures, optimizing the flavor and aroma
profile. Furthermore, advances in biotechnology have facilitated the creation
of new aromatic compounds and flavors, adapted to a constantly changing market.
The study reveals an increasing trend in publications on genetic engineering
applied to the brewing industry, which underlines its importance for efficient
and quality production. In conclusion, CRISPR-Cas9 and other genetic techniques
have revolutionized the beer industry, promoting sustainability and cost
reduction, as well as the creation of unique flavor profiles, which positions
biotechnology as a key pillar in industry innovation.
Keywords: CRISPR-Cas9,
genetic engineering, yeast, brewing industry, fermentation.
1.
INTRODUCCIÓN
La
ingeniería genética ha transformado la industria alimentaria favoreciendo la
optimización de procesos y la obtención de compuestos de interés mediante la
biología sintética (Ortuno et al., 2021). La industria cervecera requiere de
las modificaciones genéticas para mejorar diversos rasgos fenotípicos de las
cepas de levadura utilizadas en los procesos de fermentación. La estabilidad
genética es fundamental en la elaboración industrial de cerveza permitiendo
conservar los perfiles de sabor específicos y otras propiedades de la cerveza
(Gorter de Vries et al., 2020). La influencia de la genómica de la levadura en
la elaboración de cerveza ha sido un tema de interés, resaltando la importancia
de comprender la composición genética de la levadura cervecera para el futuro
de la industria (Bird y Smith, 2016). En efecto, el estudio de la dinámica de
las proteínas de la levadura de cerveza a lo largo de los procesos de
fermentación es importante para entender las características genéticas y
moleculares que intervienen en las cepas de levadura cervecera (Garge et al.,
2023).
Los
avances en las tecnologías de edición de genes, como CRISPR/Cas9, han
optimizado significativamente la eficiencia y especificidad de las herramientas
de edición de genes, accediendo a modificaciones precisas en diversos
organismos, incluido el ganado (Perisse et al., 2020). En la industria
cervecera, se han utilizado tecnologías de edición del genoma como CRISPR/Cas9
para modificar genes en hongos filamentosos como Aspergillus oryzae,
evidenciando su potencial en los procesos industriales (Maruyama, 2021).
Inclusive,
un estudio sobre la edición selectiva del genoma muestra los importantes
avances en las tecnologías de edición del genoma y sus diversas aplicaciones en
ingeniería genética (Perez-Pinera et al., 2012). La diversidad genética y la
variabilidad de las cepas de levadura cervecera industrial, principalmente, los
genes relacionados con la floculación juegan un papel vital en el proceso de
elaboración de la cerveza. Controlar la floculación aporta a separar
eficazmente las células de levadura de la cerveza final (Van Mulders et al.,
2010). Las levaduras cerveceras lager han sido un foco en la genética moderna,
con debates sobre sus orígenes y el papel potencial de la edición del genoma en
el desarrollo de cepas de levadura industrial mejoradas (Gorter de Vries et
al., 2019). La secuenciación del genoma de cepas de levadura cervecera lager
han originado información valiosa sobre su composición genética y uso
generalizado en la industria cervecera (Nakao et al., 2009).
Las
investigaciones sobre los perfiles de transcripción de las levaduras cerveceras
en condiciones de fermentación han impulsado sobre los patrones de expresión
génica a lo largo del proceso de elaboración de la cerveza, presentando
información esencial para optimizar el rendimiento de la fermentación (James et
al., 2003). También, se ha estudiado la creación de nuevos híbridos de levadura
cervecera sin modificaciones genéticas específicas, ofreciendo enfoques
alternativos para la mejora genética en la industria cervecera (Krogerus et
al., 2017). La edición del genoma ha sido aplicada para generar cepas de
levadura del sake con múltiples mutaciones que proporcionan excelentes
características cerveceras, indicando el potencial de la ingeniería genética en
el desarrollo de cepas de levadura especializadas para aplicaciones cerveceras
(Chadani et al., 2021).
En definitiva,
la aplicación de la ingeniería genética y la edición de genes en la industria
cervecera es fundamental para comprender la evolución de estos campos, identificar
áreas de investigación emergentes y evaluar el impacto de las tecnologías
aplicadas. La integración de la biología sintética, la ingeniería genética y la
Industria 4.0 en la producción de cerveza representa una línea de estudio
prometedora, con el potencial de promover tanto la innovación como el
desarrollo sostenible en esta industria. En este contexto, el objetivo
principal de la investigación es evaluar el impacto de la edición genética
CRISPR y la inmovilización de levaduras en la mejora de la cerveza a través de
un análisis bibliométrico, con el fin de identificar las tendencias de
investigación y sus efectos en la calidad del producto, la eficiencia de la
fermentación y los aspectos económicos de la industria cervecera.
2.
MATERIALES Y MÉTODOS
La
metodología de este estudio se enmarca en una investigación descriptiva y
retrospectiva, con un diseño bibliométrico. Su enfoque analiza publicaciones
científicas previas sobre ingeniería genética y edición de genes aplicadas a la
industria cervecera, utilizando bases de datos como Web of Science, Scopus y
PubMed. Con herramientas como Bibliometrix, se recopilan y analizan datos
bibliográficos para obtener una visión detallada de las tendencias, redes de
colaboración y patrones en la literatura.
La
metodología se estructura en varias etapas. Primero, se definieron el tema y
los objetivos, centrándose en el avance de la ingeniería genética en el
contexto cervecero. Luego, se seleccionaron bases de datos relevantes que
ofrecieran información confiable y actualizada en biotecnología e ingeniería
genética aplicada. Se empleó una estrategia de búsqueda avanzada con palabras
clave específicas, como "ingeniería genética" y "CRISPR".
En
la extracción de datos, se recopilaron títulos, resúmenes y metadatos de los documentos
seleccionados. A continuación, se realizó la depuración de datos para eliminar
duplicados y registros irrelevantes.
Las técnicas
bibliométricas incluyeron el análisis de productividad científica,
visualización de redes de colaboración y análisis de palabras clave. Para ello,
se utilizaron programas como VOSviewer y Gephi, que facilitaron el análisis de
co-autorías, co-citaciones y términos emergentes en la literatura. Esta
metodología proporciona una comprensión integral de las investigaciones sobre
genética aplicada en la industria cervecera, identificando tendencias clave y
áreas de oportunidad.
3.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Análisis
de productividad científica
La Figura 1., muestra un patrón
característico en forma de V invertida en la producción científica sobre
ingeniería genética y edición de genes aplicada a la industria cervecera. La
actividad investigativa fue baja en 2019-2020, seguida de un incremento en
2021, cuando se alcanzó el pico máximo de publicaciones. Sin embargo, los años
posteriores experimentaron una disminución en la cantidad de artículos,
reflejando el interés inicial en estas tecnologías y su
posterior estabilización.
Figura 1.
Producción científica anual en el campo de la ingeniería genética y la edición
de genes aplicado a la industria cervecera.
3.2. Fuentes
relevantes
La
figura 2, muestra el número de artículos publicados en las diferentes fuentes. Las
fuentes con mayor relevancia en este campo son World Journal of Microbiology
and Biotechnology, con 4 publicaciones, seguida por FEMS Yeast Research y
Biotechnology Advances con tres y dos artículos respectivamente. Otras revistas
como mBio, Nature Communications, y Advances in Applied Microbiology también
destacan en el ámbito de la microbiología, biotecnología y ciencias
moleculares.
3.3. Autores
relevantes
La
figura 3, nos muestra los autores más relevantes en investigaciones de
ingeniería genética y edición de genes en industrias cerveceras. El
autor con mayores documentos publicados es Wang J con 8 artículos, seguido
Zhang Z con 6 artículos. El resto de los autores con 5 artículos cada uno. Esta
representación visual ayuda a detectar de manera rápida a los autores que mayor
aportación han tenido en la ingeniería genética y edición de genes aplicado a
la industria cervecera.
Figura 2. Fuentes más
relevantes de artículos científicos en el campo de la ingeniería genética y
edición de genes aplicados a la industria cervecera.
Figura 3. Autores
destacados en investigaciones sobre ingeniería genética y edición de genes en
industrias cerveceras.
Asimismo, tenemos las colaboraciones
entre distintos autores en el área de estudio mencionado. En la figura 4, se
visualiza que Wang Jinjing es el que presenta mayor conexión con otros autores
ya que se refleja un nodo más grande. También está Li Qi y Xu Xin entre los
autores que presenta conexiones con otros investigadores. A su vez, Niu
Chengtuo, Liu Chunfeng y Zheng Feiyun presenta colaboraciones frecuentes con el
resto de los investigadores. Esto permite identificar los investigadores claves
que están relacionados en el campo de estudio.
Figura
4.
Colaboraciones
entre investigadores relacionado a la ingeniería genética y edición de genes en
la industria cervecera.
Otro
de los temas a tratar son las afiliaciones que han contribuido en las
investigaciones sobre ingeniería genética y edición de genes en la industria
cervecera mostradas en la figura 5. En la imagen podemos
visualizar que la institución Jiangnan University cuenta con 93 artículos
publicados destacándose entre las más productivas en investigaciones
relacionadas a este campo. Luego le sigue University of Michigan y University
of California con 30 artículos cada uno, The Chinese University of Hong King
con 27 artículos y Natinal Institutes of Health con 26 artículos.
Las instituciones que presentan menor
cantidad de artículos publicados son Sapienza University of Rome con 21
artículos, Ben-Gurion University of the Negev con 18 artículos Telethon
Institute of Genetics and Medicine con 16 artículos Albert Einstein College of
Medicine con 13 artículos y por último National University of Singapore con 7
artículos.
Figura
5.
Afiliaciones
relevantes en la ingeniería genética y edición de genes en la industria
cervecera.
3.4. Análisis
de palabras claves y temáticas
En
la figura 6, detalla las palabras más frecuentes que han sido identificadas en
los artículos relacionados a ingeniería genética y edición de genes en la
industria cervecera, en donde se visualiza que la palabra que mayor se repite
es fermentación con 17 ocurrencias indicando coherencia en el tema de la
industria cervecera. La siguiente palabra que le sigue es
humana con 9 ocurrencias, esto se debe a estudios o aplicaciones que involucran
seres humanos.
Otras palabras que también se ha
encontrado son cerveza/microbiología con 7 ocurrencias, ingeniería
metabólica/métodos con 6 ocurrencias, solo la palabra ingeniería metabólica
cuenta con 5 ocurrencias, en cambio las palabras cerveza, microbiología en
alimentos, ingeniería genética y microbiología industrial/métodos cuenta con 4
ocurrencias cada una.
Figura 6. Palabras
claves con mayor frecuencia en estudios relacionados a ingeniería genética y
edición de genes en la industria cervecera.
Con respecto a su correlación entre los diferentes
conceptos que abarcan en la ingeniería genética y edición de genes en la
industria cervecera tenemos el término cerveza recomendando en análisis
bibliométrico relacionado a la aplicación de técnicas en la producción de
cerveza como se visualiza en la figura 7. A
su alrededor se encuentra varios términos entre ellos fermentación, que es un
proceso en el cual los microorganismos transforman los azúcares en alcohol. Otros
de los términos que engloba es Saccharomyces cerevisiae, clave en la
fermentación de la cerveza y otros procesos industriales.
Asimismo,
tenemos términos relacionados como ingeniería metabólica, ingeniería genética,
microbiología de alimentos, son campos que intervienen en los diferentes procesos
industriales de la cerveza. Por último, se menciona a bacterias y humanos.
Este
análisis permite explorar las interconexiones entre áreas y su empleo en el
desarrollo y mejora de la producción de la cerveza a través de técnicas de
ingeniería genética y edición de genes.
Figura 7. Términos
relacionados entre diferentes conceptos en la ingeniería genética y edición de
genes en la industria cervecera.
3.5. Tecnología
CRISPR-Cas9 en la industria cervecera
La
tecnología CRISPR-Cas9 es una herramienta que ha revolucionado la edición de
genes que se ha adaptado a la industria cervecera, principalmente para mejorar
la levadura y otros microorganismos utilizados en la fermentación.
CRISPR-Cas9
permite la modificación precisa del ADN y la modulación de la expresión
genética, lo cual es esencial para optimizar el rendimiento de la fermentación
y mejorar las propiedades sensoriales de la cerveza. La edición de genes
utilizando CRISPR-Cas9 ha creado cepas de levadura con propiedades deseables,
como una mayor tolerancia al alcohol y la capacidad de fermentar a temperaturas
más bajas, lo que beneficiaría la producción de cerveza. Además, la
modificación de genes específicos puede reducir la formación de compuestos
indeseables que afectan el sabor y la estabilidad de la cerveza (Williams y
Warman, 2017).
Gracias
a la biología sintética, las cepas de levadura han optimizado las curvas de
fermentación, mejorando así la eficiencia y la calidad del proceso de
elaboración de cerveza. Esta tecnología puede crear nuevos compuestos
aromáticos y sabores, haciendo que los productos se destaquen en un mercado
competitivo (Macovei, 2020; Brooking, 2020).
Así
mismo, permiten generar cepas de S. cerevisiae con mayor eficiencia de
fermentación, mejor tolerancia a condiciones de estrés y propiedades aromáticas
mejoradas. La evolución dirigida acelera la adquisición de fenotipos deseados
esenciales para la producción de cerveza industrial (Giannakou et al., 2020;
Gorter de Vries et al., 2019).
La
combinación de biotecnología y biodiversidad natural ha resultado en nuevas
levaduras adaptadas a estilos específicos de cerveza artesanal, enriqueciendo
la diversidad del mercado cervecero (Chen et al., 2020; Iattici et al., 2019).
3.6. Impacto
de la Ingeniería Genética en la mejora de levaduras y lúpulos para la
producción cervecera
Según
Iattici et al. (2019) y Nasuti y Solieri (2024), la ingeniería genética ha
permitido el desarrollo de levaduras que aumentan la capacidad de producir
compuestos aromáticos específicos, diversificando así significativamente el
perfil de sabor de la cerveza. Esta variedad es esencial para satisfacer la
demanda de los consumidores de productos innovadores y de alta calidad. Además,
la mejora genética de la levadura contribuye a la sostenibilidad medioambiental
al optimizar el proceso de fermentación, reduciendo el consumo de recursos y la
generación de residuos.
La
genética moderna ha revelado la compleja estructura genómica de las levaduras cerveceras,
proporcionando nuevos conocimientos sobre su origen y domesticación. Este
conocimiento es esencial para la mejora continua de las cepas de levadura y la
producción de cerveza de alta calidad (Gorter de Vries et al., 2019).
Las técnicas de
modificación genética mejoran la fermentación al optimizar la utilización de la
maltotriosa, reducir los sabores desagradables y aumentar la producción de
alcohol (Willaert, 2020). El uso de cepas de
levadura silvestre mejora el proceso de fermentación y las características de
la cerveza, proporciona perfiles de sabor únicos y aumenta la calidad general
del producto final (Molinet y Cubillos, 2020).
4. CONCLUSIONES
Las
investigaciones sobre el uso de CRISPR-Cas9 para mejorar la cerveza se centra
en modificaciones precisas de la levadura para optimizar las propiedades de
sabor y aroma, aumentar la eficiencia de la fermentación y aumentar la
resistencia a contaminantes y condiciones adversas. Estas
tendencias reflejan un enfoque en la personalización del producto final y la
sostenibilidad en la elaboración de cerveza, lo que demuestra el potencial de
CRISPR para revolucionar la industria.
El
análisis bibliométrico muestra un aumento significativo en el número de
publicaciones sobre inmovilización de levaduras e ingeniería genética en la
producción de cerveza en la última década. Las aplicaciones clave incluyen
mejorar la estabilidad y procesabilidad de la levadura y optimizar los procesos
de fermentación para aumentar la eficiencia y reducir los costos, estos avances
subrayan la importancia de la biotecnología en los métodos de elaboración de
cerveza modernos.
Se ha demostrado
que la modificación genética de la levadura tiene un impacto positivo
significativo en la industria cervecera al mejorar la calidad del producto y
crear perfiles de sabor más complejos y deseables. Además, optimiza la
eficiencia de la fermentación, haciendo que el proceso sea más rápido y suave.
Desde una perspectiva económica, estas mejoras reducen los costos y aumentan la
competitividad del mercado, destacando el valor de la biotecnología en la
producción moderna de cerveza.
Declaración
de intereses
Ninguna.
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