Molekulinė biologė kalba apie sūrį

Biologija. 10 žingsnių prieš egzaminą (Birželis 2019).

Anonim

Nors daugelis mikrobiologų kuria visą tyrimo karjerą vienos mikroorganizmo studijų metu, Rachelė Duttonas savo karjerą pradėjo kituose mikrobų rinkiniuose, bet su neįprastais tvistomis. Ji tyrinėja, kas auga ant sūrio.

Ne, ne milteliai, daugelis iš mūsų prisimena maišant su pienu iš Kraft Makaronų ir Sūrio dėžėse mūsų bendrabučio patalpose. Duttono išpjaustymas, kaip ir jo molekulinės biologijos laboratorija taikomosios fizikos ir matematikos pastatuose, yra daug sudėtingesnis ir naujausias.

"Dutton", UC San Diego biologijos mokslų skyriaus biomedicinos mokslų daktaras, nagrinėja bakterijų ir grybų bendruomenes, gaminančias įvairias rankomis sukurtą "amatininkų" sūrį, kad geriau suprastų, kaip mikrobų bendruomenės formuoja ir dirba kartu.

"Mano tyrinėjime sūris yra laboratorijos žiurkė", ji pasakoja lankytojus savo laboratorijoje, kuri yra pripildyta baklažanų Petri patiekalais, auginančiais agarą ir pieno varškę - ką ji vadina "in vitro" sūriu - išskiria savitą mėlyną kvapą, Šveicarijos, ožkos sūris ir Camembert.

Dutton atvyko į universitetą praėjusį rudenį po penkerių metų nepriklausomos stipendijos Harvardo universitete, kurio metu ji taikė naujus genetinės sekos nustatymo metodus, kad atskleistų bakterijas ir grybus, atsakingus už daugiau nei 130 įvairių amatų sūrių iš 10 pasaulio šalių.

Jos tyrimas buvo neįprasta molekulinės biologijos įmonė, ypač kuri pradėjo kurti mokslinių tyrimų karjerą. Kai mikrobiologai įsitraukia į maistą, jie dažniausiai sutelkia dėmesį į saugą, ieškodami būdų, kaip išlaikyti E. coli, salmonelių ir kitas kenksmingas klaidas iš to, ką mes valgome. Bet Dutton pripažino, kad daugybė įvairių sūrių visame pasaulyje buvo gyvos, kvėpuojančios mikroorganizmų bendruomenės, kurias žmonės augino per tūkstančius metų, be to, daug nežinodami apie tai, kaip jie daro skonį. Būtent tai daro sūrį patraukliu biologui, kuris bando suprasti mikrobų bendruomenes. (Dar vienas pliusas, žinoma, yra armatūriniai sūriai, kuriuos ji įgauna mėginiams.)

Jos žinios apie mikrobų fermentaciją, taip pat jos pačių aistra dėl gero maisto, netgi paskatino pasirodyti naujausiame "Netflix" dokumentiniame filme "Virti", pagrįstoje Michaelo Pollano knygos. Ir daugelis mokslininkų mano, kad jos neįprastas požiūris į mikrobų bendruomenių tyrimą naudojant amatininkų sūrį kaip laboratorinę žiurkę gali būti ne tokia sūrio idėja.

"Kai tik pasakoju kitiems mokslininkams, kad dirbau sūriu, jie iš pradžių intriguoja", - sako ji su šypsena. "Tada, kai paaiškinu, kodėl aš dirbu su sūriu, jie sako:" O aš norėčiau, kad aš apie tai minėjau ". Tai kitoks būdas spręsti problemą, kuriam reikia sprendimų. "

Taigi kodėl sūris? Kas daro fermentuotą pieno produktą, kurį amatininkai visame pasaulyje sukūrė beveik 10 000 metų žmonių istorijoje, tokia puiki ekosistema suprasti, kaip mikrobų bendruomenės formuojasi ir vystosi laikui bėgant?

"Manau, kad sūris yra perspektyviausia biologinė sistema, nes ji turi vidutinį įvairovės lygį", - aiškina Duttonas, skirtingai nei jogurtas, kurį gamina tik dvi bakterijų rūšys. "Tai nėra labai sudėtinga, tačiau tai nėra labai paprasta, o tai reiškia, kad mes turime sąveiką, savybes ir dinamiką, kurių mes nematėme paprasčiau. Ir mes taip pat turime ir bakterijas, ir grybus, todėl tai yra būdas sąžiningai studijuoti įvairus ekosistemos organizmas, mikrobiologo svajonė ".

"Dutton" yra naujo universiteto mikrobiologijos ir mikrobiologijos mokslų iniciatyvos dalis, skirta sutelkti mokslininkus, kurių bendradarbiavimas turėtų padėti išsamiau suprasti mikrobiomą - atskiras bakterijų, virusų ir kitų mikroorganizmų bendruomenes, gyvenančius mūsų ir aplink mus, kad būtų naudinga žmonių sveikata ir aplinka.

Su sūriu ji sako: "Mes turime galimybę atrasti daug naujų biologijos, nes mes žiūri į bendruomenes tokiu būdu, kurio sunku daryti kitose sistemose, ir galime iš tiesų dirbti su jais laboratorijoje.

"Sūris gaminamas beveik 10 000 metų, ir tai yra pavyzdys, kaip žmonės labai tiksliai manipuliuoja mikrobų bendruomenėmis, net nežinodami detalių. Žmonės suprato, kad jei jie labai pakeitė drėgmę arba pridėjo šį ingredientą arba tai vyksta sukurti tokio tipo bendruomenę, o ne tai kito tipo bendruomenę. Todėl manau, kad įdomu, kad mes galime iš šios sūrio istorijos išmokti, kaip galėtume manipuliuoti mikrobinėmis bendruomenėmis ".

Šimtus veislių sūrius galima suskirstyti į dvi pagrindines kategorijas: šviežius sūrius ir senus. Šviežių sūrių gamyba yra gana paprasta: pridėkite pieno rūgšties bakterijas karvių, avių arba ožkų pienui, tada leiskite bakterijoms dauginti ir fermentuoti mišinį. Pieno baltymo kazeino fermentacija ir koaguliacija paverčia pieną rūgščiąja rūgščiąja pusiau kieta medžiaga, kuri gali būti nuo Prancūzijos červos arba ožkos sūrio iki Italijos mozzarella, pagamintos iš buivolių pieno.

"Čia yra daug įdomios mikrobiologijos, - sako Duttonas. "Tačiau proceso dalis, kuri mane labai įgaudina, yra tai, kad jūs paėmėte tą šviežią sūrį ir padėkite jį į urvą ir leiskite mikrobai iš aplinkos ateiti ir kolonizuoti tą sūrį. Su tokiu" Camembert "sūriu jūs iš tikrųjų gaunate paviršiaus kolonizaciją sūrio su bakterijų ir grybų kolekcija, kurie visi gyvena kartu ir sąveikauja vienas su kitu sūrio ratu ".

Kartą, kai esate prekybos centre, atidžiai pažvelkite į rokforo mėlynąsias venus, burbuliukus, esančius šiuolaikinio šveicariško rato ir baltos, miltligės skruzdės aplink žvilgančios Brie. Šie vyresni sūriai yra grybų ir bakterijų, dirbančių kartu su šviežia sūrio varške, rezultatas, siekiant paversti jį skirtingais ir savitais produktais, naudojant metodus, kurie buvo perduodami per kartos kartos sūrio gamintojai.

Sūrio gamintojai ilgai tikėjo, kad išskirtiniai amatinių sūrių skoniai buvo jų kilmės vietos rezultatas, daugiausia dėl unikalaus mikrobų makiažo urvuose, kuriose jie buvo seni. Bet Duttonas ir jos Harvardo kolegos surado kiekvieno nustebino, kad nesvarbu, kur pasaulyje jie yra pagaminti, kiekvienas sūrio stilius yra labai panašus į jo mikrobų makiažą. Kitaip tariant, aplinką sukuria sūrio gamintojai, kai senstantis sūris pritraukia beveik tą patį mikrobų kiekį, nesvarbu, ar sūris gaminamas Prancūzijoje ar Viskonsine. Tačiau Dutton dabar šias rūšis nagrinėja glaudžiau, kad sužinotų, ar jų genomų pokyčiai gali sukelti skonio gamybos skirtumų.

Vienas iš dalykų, kurį dauguma žmonių nesupranta, kai jie supjausto į išorinį "Brie", "Camembert" arba bet kokio kito tipo sūrio tipą, yra tas, kad oda arba išorinė membrana yra "biofilmas" - gyvoji matrica, kurioje yra daug skirtingų bakterijų ir grybų rūšis, panašiai kaip dantų plokštelė, kuri laikosi jūsų dantų.

Kaip ši bakterijų ir grybų bendruomenė susiburia pirmą kartą, sąveikauja ir vystosi laikui bėgant, yra kai kurie klausimai, kuriuos Duttonas siekia atsakyti. Tam tikra prasme biologinės sąveikos, vykstančios amatininkų sūrio gamyboje, yra langas, kuriuo Duttonas gali detaliau peržiūrėti mikrobų bendruomenių sąveiką. Savo laboratorijoje Duttonas ir jos moksleiviai mikrobų "in vitro" sūrių sistemoje auga iš bakterijų ir grybų, išskirtų iš tam tikrų amataninių sūrių rūšių.

"Naudodamiesi in-vitro sūrio sistema, iš tikrųjų mes rekonstruojame visas laboratorijas", - sako ji. "Siekiama ištirti sąveiką, vykstančią bendruomenėje, ir todėl, kad turime galimybę dabar kurti bendruomenę laboratorijoje, tai reiškia, kad mes taip pat galime išskleisti ją. Mes galime stebėti bendruomenę, kaip ji formuoja ir ieškoti mes taip pat galime pašalinti rūšis ir sužinoti, kokį poveikį ji turi. Tai iš tiesų leidžia mums valdyti kintamuosius, kuriuos norėtumėte atlikti kaip eksperimentinį biologą. "

Pirmiausia, kad išsiaiškinti, kokie mikrobų tipai yra sūrio pavyzdžiuose, ji ir jos moksleiviai naudoja DNR sekos nustatymo metodus, kuriuos sukūrė Roboto Knight'o, pediatrijos ir informatikos ir inžinerijos profesoriaus, kuris vadovauja universiteto mikrobiologijos iniciatyvai, identifikuoti bakterijas gyvenantis žmogaus žarnyne. Kai izoliuojami, biologai jas laikosi laboratorinėje šaldiklyje, kad galėtų vėliau panaudoti įvairiais būdais, norėdami suprasti, kaip jie sąveikauja formuojant sūrio bendruomenę.

"Mes galime pažvelgti į tokius klausimus kaip tai, kaip šios penkios rūšys auga kartu, todėl jas ištraukiame iš šaldiklio, supilkite juos in vitro ir stebėkite, kas atsitiks", - sako Duttonas. "Tai tikrai išplečia klausimus, kuriuos galime paklausti".

"Tai yra labai paprastas modelis, kaip kurti bendruomenes ir kaip juos manipuliuoti, ir tikimės, kad principai, kuriuos mes atrandame iš šios modelio sistemos, gali būti taikomi bet kuriai aplinkai, ar jūs galvojate apie manipuliavimą žarnyne mikrobiomą ar odos mikrobiomą ", - priduria ji. "Kitas dalykas, susijęs su žmogaus sveikata, yra tai, kad tai ekosistemos, kurią mes valgome. Mes pradėjome studijas, kad sužinotume, kas atsitinka su šiais mikrobais, kai juos valgysite ir ar jie iš tikrųjų turi įtakos žarnyno mikrobiomei. "

Be Knight'io, Dutton bendradarbiauja su dviem fakulteto vadovais, įskaitant Campbell Microbiome iniciatyva-Pieter Dorrestein, chemijos ir biochemijos bei farmakologijos docentas, biologijos profesorius ir ilgametė mentorė Kit Pogliano, suteikusi galimybę Duttonui dirba savo mokslinių tyrimų laboratorijoje prieš 16 metų, kai ji buvo jaunesnė ne UC San Diego.

"Aš tuo metu iš tikrųjų bauginosi mokslu", - prisimena Duttonas. "Ir aš maniau, kad visi, kurie studijavo biologiją, ketina būti gydytojais, kurių neturėjau jokio susidomėjimo ar linkėjimo daryti. Vienintelė biologijos klasė, kurią aš paėmiau, buvo" Kit "klasė, ne pagrindinė" Microbes "ir" Medicine "kategorija, todėl susisiekiau Kit'as ir paprašiau jos jaunesnių metų pradžioje, jei galėčiau savanoriškai dalyvauti laboratorijoje, norėdamas pamatyti, ar man patiko mokslas, ir aš tiesiog myliu būti laboratorijoje. Aš visiškai jausdamas savo elementu taip, kaip neturėjau su kitomis sritimis, kurias studijuoju kaip bakalaurą, pradėjau vartoti molekulinę biologiją ir kitus biologijos kursus, ir man buvo labai aišku, kad tai, ką turėčiau daryti. Todėl aš perėjoiu savo pagrindą nuo komunikacijos prie molekulinės biologijos ".

2002 m. Baigęs UC San Diego bakalauro laipsnį molekulinės biologijos srityje, Dutton keletą metų dirbo mikrobiologijos laboratorijoje UCLA, vėliau kreipėsi į Harvardo medicinos mokyklos magistro laipsnį.

"Aš visada girdėjau puikius dalykus apie Harvardo mikrobiologijos departamentą, nes" Kit "buvo mokytojas, taigi tai buvo mano svajonė, kur eiti, sekti jos pėdomis", - sako ji. "Ir pasirodė, kad aš sekiau savo pėdomis labiau nei maniau, nes aš baigiau dirbti toje pačioje laboratorijoje, kad ji padarė savo doktorantūros darbą. Mes abu padarėme mūsų Ph.Ds su Jonu Beckwith, fenomenalus mokslininkas ir mentorius ".

Taigi, kaip Dutton jaučia apie grįžimą į universitetą, kur ji įsimylėjo biologija ir vėl dirbo su mentoriumi, kuris davė Duttonui savo pirmąją mokslinių tyrimų patirtį?

"Tai svajonė, - sako Duttonas. "Tai jaučiasi šurrealiai. Grįžęs į universitetą, aš prisiminiau savo pirmąją dieną čia kaip" undergrad ". Tai nuostabi patirtis, kad galėtum grįžti čia kaip profesorė. Aš niekada nesuprantu, kad kada nors turėčiau galimybę grįžk ir padės mokyti naujos kartos biologų UC San Diego ".

menu
menu