Microbii și giganții științei - o istorie a fermentației sau fermentația istoriei

Un fenomen foarte special, misterios, i-a fascinat dintotdeauna pe cercetătorii lumii naturii, în egală măsură chimiști, biologi, fiziologi, medici sau filozofi: fermentația. Un fenomen care face parte dintr-un univers al lumii vii, plin de interogații. De ce trăim? Ce anume însuflețește ființele vii, de ce există fiziologie și metabolism, este oare chimia organismelor vii fundamental diferită de chimia lumii minerale? Există o electricitate „animală” distinctă de cea din baterii și acumulatori? Unde se „termină” fizica, chimia și unde „începe” biologia? Iată întrebări care au născut științele vieții pe care le avem astăzi. Ce anume face ca ființele vii să aibă o existență „însuflețită”? Încă de pe vremea lui Aristotel (De Parva Naturalia), organismele vii erau considerate ca fiind fundamental diferite de entitățile neînsuflețite, deoarece ele dețin un „element non-fizic”, vital, prin care acestea sînt guvernate de principii diferite de ale materiei moarte.

Probabil că prima fermentație a fost descoperită accidental, în negura istoriei, atunci cînd clorura de sodiu, banala sare, a fost încorporată odată cu produsele alimentare, iar sarea respectivă a selectat anumite microorganisme inofensive care au fermentat acele produse pentru a produce un aliment hrănitor, cu un gust plăcut. Altfel spus, în accepțiunea cea mai largă, în contextul producției de alimente, termenul de fermentație se referă la orice proces prin care microorganismele produc o anumită schimbare dorită alimentelor sau băuturilor respective. Legătura dintre fericire, microbi și o masă gustoasă își are alchimia sa din spatele mîncării: fermentația ajută la descompunerea substanțelor nutritive din alimente, făcîndu-le mai ușor de digerat. Microorganisme benefice precum drojdia, bacteriile sau mucegaiul sînt omniprezente. Odată „domesticite” și plasate într-un mediu în care acestea pot prolifera și „prospera”, se întîmplă „magia” fermentației. Există o fermentație alcoolică, pentru obținerea etanolului în băuturile alcoolice, precum vinul și berea, apoi o fermentație acetică, cu banala soluție de acid acetic, vinaigre – vinul acru (oțetul) și fermentația lactică, utilizată în lumea rafinată a fromageriei, a brînzeturilor.

Să intrăm acum în zona istoriilor conceptuale și experimentale. Astăzi știm că fermentația este un proces metabolic (catabolic) de oxidare incompletă, o „respirație” în absența oxigenului și care generează un produs final, un compus organic. La microorganisme, procesele de fermentație sînt principalele metode de obținere a adenozin trifosfat-ului (ATP), prin degradarea anaerobă a nutrienților organici. Spus mult mai simplu, în acest fel se generează energie la nivel celular, adică se întreține viața.

A fost odată... un berar la Lille, pe nume Bigo. Şi acest domn Bigo avea un băiat care studia chimia la facultatea din oraș. În 1855, domnul Bigo producea alcool într-o distilerie din cartierul Wazemmes, alcool provenit din fermentația sucului de sfeclă de zahăr, numai că la o bună parte din butoaie, în loc să aibă parte de plăcuta băutură alcoolică cu gust dulceag, în schimb lichidul devenise acru, de nebăut. Şi asta afecta buzunarul berarului nostru. Ce era de făcut? El va apela la profesorul băiatului său, domnul decan al Facultății de Ştiințe, nimeni altul decît marele chimist Pasteur.

Savantul a studiat cu acribie la microscop, timp de doi ani, cele două tipuri de lichide și a constatat că acolo unde era alcool erau prezente celule de drojdie (Saccharomyces cerevisiae, o specie de fungi) și dioxid de carbon. Pasteur a arătat că atunci cînd globulele de drojdie se divid și se înmulțesc, ele produc alcool etilic și bioxid de carbon, în schimb acolo unde lichidul era acru, celulele de drojdie dispăruseră, fiind înlocuite de bacterii (numite „bastonașe vii” sau coci, Lactobacillus, Lactococcus etc.) care produceau în schimb altceva: acidul lactic răspunzător de gustul neplăcut. Pasteur a putut să vadă cum în același mediu au apărut două tipuri de fermentație, ambele fiind intermediate de microorganisme specifice, fiecare cu fermentația lor, fiecare cu un ferment specific. El a constatat existența unei concurențe vitale a microorga­nismelor, o luptă pe viață și pe moarte, între doi competitori microscopici care invadează același mediu, în același timp. În virtutea principiului darwinian, prin care organismul cel mai bine adaptat condițiilor de creștere și dezvoltare își cîștigă prin concurență spațiul vital, tot așa se întîmplă și în lumea microscopică. Pasteur mai face o constatare practică, fermentația este influențată de aciditate, de pH: drojdia preferă mediul acid, iar fermentul lactic mediul neutru, iar sucul de ceapă, pe care l-a folosit aici, distruge ambele culturi, fiind așadar un antiseptic. Se naște astfel bacteriologia modernă, în care se discută în premieră despre faptul că fermentația nu este doar benefică, dar și patologică, pentru că microorganismele (precum unele bacterii) mai și îmbolnăvesc, și încă grav. Fermentația era așadar definită ca un proces biologic produs cu concursul „altruist” al unor celule vii, precum cele de drojdie, iar textul revoluționar care a definit fenomenul în acest fel, a apărut în 1857.

Atașamentul lui Pasteur la teoria vitalistă rămîne însă un episod foarte discutabil din cariera sa. El, tocmai el, marele chimist, a afirmat cu aplomb această mare ciudățenie. Încă din 1846 datează primele încercări de inactivare a drojdiei cu scopul de a vedea dacă în aceste condiții se mai produce fermentație. Istoria controverselor cu privire la natura fermentației a fost foarte aprinsă. Ori e proces chimic, ori e proces biologic, grea cestiunea asta cu „fermentarea” științifică. Așa cum spunea „alchimistul” Caragiale: „Din două una, dați-mi voie: ori să se revizuiască, primesc! Dar să nu se schimbe nimica; ori să nu se revizuiască, primesc! dar atunci să se schimbe pe ici pe colo, și anume în punctele… esențiale”.

Eduard Alois Buchner s-a născut la München la 20 mai 1860. S-a înscris astfel la Universitatea „Ludwig Maximilian“ din München între 1877-1883 și, în paralel, a absolvit la Universitatea Tehnică din München (1878-1881) un stagiu în domeniul chimiei anorganice. Ulterior, Eduard Buchner și-a continuat studiile la Institutul Botanic din München. Acolo avea să-și întîlnească mentorul, pe chimistul Adolf von Baeyer, laureat Nobel în 1905. Cu sprijinul acestuia, și-a început cercetările în chimie și în special în domeniul care îi va aduce notorietatea internațională: biochimia fermentației. La Institutul Botanic și-a publicat în 1885 prima sa lucrare de referință „Influența oxigenului în procesul de fermentare”, fenomen pe care l-a studiat prin intermediul fungilor Schizomycetes. În acest articol, el a demonstrat că oxigenul nu este un inhibitor al fermentației, așa cum credea Louis Pasteur.

În vara lui 1896, Eduard Buchner era în vacanță, în vizită la fratele său, bacteriolog la München. Cu acea ocazie au conceput un experiment „princeps” care a constat în producerea unui extract, un macerat din drojdie în care să nu mai existe celule vii. A existat însă o problemă cu fluidul, care părea să se descompună, să se altereze foarte ușor la stocare. Iar Hans s-a gîndit atunci la metoda clasică de conservare a fructelor prin adăugarea unei concentrații mari de zaharoză. Eduard a fost prezent atunci cînd sucul de presare a fost conservat cu zaharoză. Și a remarcat un lucru care, după vom vedea, a schimbat pur și simplu una din paradigmele medicinei, și anume că, după adăugarea zaharozei, a existat o formare activă de gaz în lichid. Cu ochiul format deja, Eduard a tras imediat concluzia corectă în ceea ce privește această „bolboroseală spontanee”: extractul lor de drojdie avea capacitatea de a fermenta zaharoza în alcool și dioxid de carbon. În istoria medicinei și a biologiei (și a chimiei), Eduard Buchner rămîne savantul care nu a pregetat să-l înfrunte pe nimeni altul decît gigantul Louis Pasteur. Ca și Justus von Liebig et co., Buchner a intuit că procesul de fermentație este unul exclusiv chimic, și nu biologic care ar presupune neapărat intermedierea dată de existența unor celule vii (precum cele de drojdie). Prin experimentul simplu din 1896, fenomenul este doar o reacție chimică produsă, mai precis, de un agent chimic din interiorul celulei de drojdie. Buchner a explicitat faptul că în celulele din drojdie se secretă niște proteine, acestea fiind cele care produc fermentația zaharurilor. Da, fermentația are loc în interiorul celulei, numai că purtătorul acestei capacități de fermentare este o substanță proteică, pe care savantul reușește să o izoleze, denumind-o „zimază”. Se naște enzimologia ca știință. Veniți de luați lumina fermentației chimice! Premiul Nobel pentru chimie 1907 a fost acordat lui Eduard Buchner „pentru cercetările sale în domeniul biochimiei și descoperirea fermentației non-celulare”.

Audentes fortuna iuvat este zicala lui Vergiliu potrivit căreia norocul îi preferă pe cei impetuoși (în engleză: fortune favors the bold), iar Pasteur, rivalul conceptual al lui Robert Koch, oarecum în același stil, avea și el un aforism măgulitor: șansa îi favorizează doar pe cei care au mintea pregătită, am spune noi, să facă o descoperire. Iar cazul lui Buchner a ilustrat perfect acest punct vedere al lui Pasteur, numai că acesta din urmă, de data asta, „și-a cam luat-o”. Din păcate (sau din fericire?), marele savant francez a murit în 1895 și nu a mai apucat să trăiască dezamăgirea invalidării catastrofice a teoriei sale vitaliste, făcută tocmai de un german, cu doar un an mai tîrziu. Dulcius ex asperis – răsplata e dulce după astfel de eforturi. Mai ales după o fermentație alcoolică! Un dicton care i s-a potrivit ca o mănușă lui Eduard Buchner, fondatorul enzimologiei moderne. Dacă Pasteur spunea că „o sticlă de vin conține mai multă filozofie decît toate cărțile din lume“, ei bine, lui Buchner i se potrivește butada „o halbă de bere conține mai multă filozofie decît toate cărțile din lume“... Numai că destinul îl va împinge inexorabil pe marele savant german către o lume sinistră, terifiantă: lumea morții din timpul Primului Război Mondial, tocmai la Mărășești.

Octavian Buda, medic primar psihiatru, este profesorul Catedrei de Istoria Medicinei din cadrul UMF „Carol Davila“. Membru în comitetul științific și fost președinte (2015-2017) al Asociației Europene de Istoria Medicinei și Sănătății. Cea mai recentă carte publicată: Privirea lui Thanatos (Editura Polirom, Iași, 2024).

Foto: Louis Pasteur