Onderzoekers van MIT nemen hun microbieel onderzoek mee uit het lab naar de keuken.

Hun nieuwe Herman Project moderniseert een lange traditie, met een digitaal netwerk dat de evolutie van zuurdesemstarters volgt zoals ze worden gedeeld door thuisbakkers over de hele wereld. Door informatie van de projectdeelnemers te crowdsourcing, de onderzoekers, gevestigd in het Department of Civil and Environmental Engineering (CEE), onderzoeken hoe de microbiële gemeenschappen van starters veranderen in verschillende omstandigheden en omgevingen.

Zuurdesemstarters - een mengsel van bloem en water dat, door de groei van bacteriën, is verantwoordelijk voor de unieke smaak van zuurdesembrood - worden traditioneel gedeeld met vrienden en families. de voorgerechten, liefkozend bekend als "Herman, " worden meestal gedeeld met papieren instructies voor het "voeren" van de zuurdesemstarter, en een begeleidende brief om het pad van de zuurdesemstarter te volgen terwijl het van persoon tot persoon wordt doorgegeven.

Gabriël Leventhal, een postdoc in CEE en maker van The Herman Project, opgegroeid met deelname aan startersnetwerken. Nutsvoorzieningen, werken met CEE-assistent-professor Otto X. Cordero en niet-gegradueerde studenten Sarah Weidman en Lindsey McAllister, Leventhal lanceerde The Herman Project om een ​​modernere, online manier om de verspreiding van de zuurdesemstarters te volgen en de resulterende gegevens voor de wetenschap te gebruiken.

"Het Herman Project doet niet alleen aan burgerwetenschap en vraagt ​​mensen om ons te helpen gegevens te verzamelen. We geven mensen de kans om deel te nemen aan het wetenschappelijke proces, " zegt Leventhal. "We zijn van plan om feedback te krijgen met de gegevens die zijn gegenereerd uit de [zuurdesem]-monsters, waar we de gegevens en de genetische samenstelling van een starter kunnen delen, zodat deelnemers kunnen zien hoe de starter in de loop van de tijd verandert, en mogelijk ook thuis kleine experimenten doen met hun starters."

Om het project op gang te helpen, Cordero en Leventhal ontvingen twee eerstejaarsstudenten, Weidman en McAllister, in hun lab tijdens MIT's Independent Activities Period als onderdeel van CEE's mini-Undergraduate Research Opportunities Program (UROP). Weidman en McAllister verfijnden de instructies voor deelnemers, een toegankelijk online platform ontworpen, testte The Herman Project in de bètafase, en deed online onderzoek voor de website van The Herman Project.

"Mijn belangrijkste deel was het werken aan de instructies, en we wilden het visueler maken en er zo gemakkelijk mogelijk uitzien, " zegt McAllister. "We hebben geprobeerd het heel eenvoudig en gemakkelijk te volgen te maken. Ik leerde grafische ontwerptools en maakte een groot wiel dat we later gingen animeren om het interactiever te maken en te laten zien waar je in het wiel was. Dan aan het einde, het gaf je een manier om erachter te komen wat onze volgende stappen zouden zijn."

In de tussentijd, Weidman vertaalde het complex, wetenschappelijke details van zuurdesem in meer begrijpelijke blurbs voor de website. "Ik vond het erg leuk hoe we konden nemen wat we leerden en het aan de gemeenschap konden presenteren, " ze zegt.

Het Herman Project werkt door elk voorbeeld van "Herman, " de zuurdesemstarter, een identificatienummer, en het gebruik van een online platform om gebruikers te instrueren hoe ze Herman moeten voeren. Herman moet gedurende vier dagen extra bloem en water krijgen om te acclimatiseren aan zijn nieuwe keukenomgeving en om het mengsel te laten gisten. Herman is dan klaar om te worden gemengd met bakingrediënten en gekookt. Niet alle starter wordt gebruikt, echter, en deelnemers bewaren wat van Herman om te gebruiken voor toekomstig bakken.

Als Herman wordt doorgegeven tussen vrienden, de nieuwe deelnemers loggen ook informatie in op de website van The Herman Project, nota nemend van hun locatie en type meel gebruikt tijdens het kweken van hun nieuwe starter. Elke gebruiker voegt dus gegevens toe voor de onderzoekers om het netwerk te bestuderen en uit te breiden. Naast dat deelnemers hun geschatte locatie en omgevingscondities van Herman loggen terwijl het wordt gevoerd, ze worden ook gevraagd om een ​​monster van Herman te delen met Cordero's lab. De onderzoekers, bijgestaan ​​door Weidman en McAllister, zal de microben isoleren en bestuderen hoe de microbiële gemeenschappen verschillen in tijd en omgeving. Het netwerk van het project is momenteel gecentraliseerd in de omgeving van Boston, als leden van Cordero's lab Herman beginnen te delen met hun leeftijdsgenoten.

"Het Herman Project stelt ons in staat om microbiële evolutie te bestuderen in de context van gemeenschappen, waar meerdere soorten naast elkaar bestaan ​​en op elkaar inwerken, Cordero legt uit. "Dit is een van de grenzen in ons vakgebied. Ik vond het echt elegant en opwindend dat we kunnen profiteren van de sociale dynamiek rond zuurdesem om een ​​evolutie-experiment te 'crowdsourcen' via het Herman Project."

Het gebruik van microben zoals bacteriën en gist is essentieel voor het maken van zuurdesem en ander gefermenteerd voedsel zoals wijn en bier. Voor zuurdesem, microben breken complexe koolhydraten in het mengsel van bloem en water af en fermenteren het deeg gedurende een aantal dagen. Dit creëert koolstofdioxide en produceert luchtbellen om het deeg te helpen rijzen. Het proces produceert ook melkzuur, wat het deeg zijn zure smaak geeft.

Voor het Herman-project, Door de genetwerkte informatie over de verspreiding van verschillende zuurdesemstarters te combineren met de microbiële gegevens van de deegmonsters, kunnen de onderzoekers analyseren hoe microbiële gemeenschappen veranderen terwijl ze tussen verschillende omgevingscondities worden overgedragen.

Er is veel bekend over hoe individuele microben evolueren, maar Leventhal en Cordero willen het Herman Project gebruiken om vragen te stellen over of en hoe deel uitmaken van een microbiële gemeenschap de manier beïnvloedt waarop microben zich onder verschillende omstandigheden ontwikkelen.

"Ik denk dat het Herman Project ons kan helpen om veel belangrijke vragen te beantwoorden, " zegt Cordero. "Bijvoorbeeld, wat is de impact van diversiteit op stamniveau (binnen soort) met betrekking tot stabiliteit en functie, zijn er alternatieve trajecten voor evolutie, en als het zo is, wat controleert hen? Dit zijn belangrijke vragen om aan te pakken als we willen leren hoe we microbiële consortia kunnen beheersen en ontwerpen."

"Microbiële gemeenschappen worden al millennia gebruikt als biotechnologie door menselijke samenlevingen. Een belangrijk verschil tussen het gebruik van microben als technische hulpmiddelen en inerte componenten, echter, is dat "microben 'levend' zijn - ze groeien, ze krijgen mutaties, en ze evolueren. We moeten begrijpen hoe dit hun functie als gemeenschap beïnvloedt als we ze duurzaam willen gebruiken, ' zegt Leventhal.

Onder leiding van Leventhal, Weidman en McAllister zijn van plan om als onderdeel van hun UROP analyses uit te voeren van het genoom van bacteriën en gisten om een ​​volledig inzicht te krijgen in de microbiële gemeenschap van elk monster.

"Het Herman Project is een heel coole manier om iets te pakken te krijgen dat veel mensen weten, en om te onderzoeken wat er werkelijk gebeurt, ' zegt McAllister.