分子生物学家会谈奶酪

虽然许多微生物学家围绕单一微生物的研究建立了整个研究生涯，但是Rachel Dutton已经将自己的职业生涯转向了另一个方向 - 检查微生物的集合，但却有着不同寻常的转折。她研究奶酪上生长的东西。不，不是粉状的东西，我们很多人都记得在我们的宿舍里用牛皮通心粉和奶酪盒中的牛奶混合。像她在应用物理和数学大楼的分子生物学实验室一样，Dutton的形象更加复杂和前沿。

Dutton是加州大学圣地亚哥分校生物科学部的助理教授，他研究了生产不同种类的手工“手工” 奶酪的细菌和真菌群落，以便更好地了解微生物群落如何形成和协同工作。“奶酪是我研究中的实验室老鼠，”她告诉参观者她的实验室，里面装满了生长在琼脂和牛奶凝乳上的培养皿 - 她称之为“体外奶酪” - 散发出独特的蓝色气味，瑞士，山羊奶酪和卡门培尔奶酪。

去年秋天，Dutton在哈佛大学获得五年独立奖学金后来到校园，在此期间，她应用新的基因测序技术揭示了来自全球10个国家的130多种手工奶酪的细菌和真菌。

她的研究对于分子生物学家来说是一项不同寻常的工作，特别是刚开始建立研究生涯的人。当微生物学家参与食物时，他们通常关注安全性，寻找方法将大肠杆菌，沙门氏菌和其他有害昆虫排除在我们吃的东西之外。但达顿认识到世界各地的奶酪种类繁多，呼吸人类几千年来培育的微生物群落，却不知道是什么让他们品尝它们的方式。而这正是使奶酪对试图了解微生物群落的生物学家如此具有吸引力的原因。(当然，另外一个优点是她要采样的手工奶酪。)

她对微生物发酵的了解 - 以及她对美食的热情 - 甚至导致出现在最近一集Netflix纪录片“煮熟”中，基于Michael Pollan的书。并且它让她的许多科学同事相信，通过使用手工奶酪作为实验室老鼠来研究微生物群落的不寻常方法可能并不是一个如此俗气的想法。

“每当我告诉其他科学家我都会研究奶酪时，他们一开始就很感兴趣，”她笑着说。“然后，当我解释为什么我正在研究奶酪时，他们会说，'哦，我希望我已经想到了这一点。' 这是解决需要解决方案的问题的另一种方式。“

为什么奶酪呢?是什么让这个发酵乳产品由世界各地的工匠手工制作了近一万年的人类历史，这样一个伟大的生态系统可以了解微生物群落如何随着时间的推移而形成和发展?

“我认为奶酪是最有前景的生物系统，因为它具有中等水平的多样性，”Dutton解释说，不像酸奶，只有两种细菌产生。“它不是超级复杂，但它不是非常简单，这意味着我们有一个我们在一个更简单的系统中看不到的相互作用，属性和动态。我们也有细菌和真菌，所以这是一种公平研究的方法生态系统中的各种生物体，这是微生物学家的梦想。“

Dutton是全新的校园微生物组和微生物科学计划的一部分，旨在汇集研究人员，他们的合作应该能够更加详细地了解微生物组 - 生活在我们内部和周围的细菌，病毒和其他微生物的独特群落 - 从中​​受益人类健康与环境。

她说，有了奶酪，“我们有可能发现许多新的生物学，因为我们正在以其他系统难以实现的方式寻找社区，我们实际上可以在实验室中与他们合作。

“奶酪已经制作了将近一万年，它就是人类如何在不知道细节的情况下非常精确地操纵微生物群落的一个例子。人们发现，如果他们改变了这么多的水分或添加了这种成分，它就会发生创建这种类型的社区而不是其他类型的社区。所以我认为有趣的是，我们可以从奶酪的历史中学习如何实际操纵微生物群落。“数百种奶酪可分为两大类：新鲜奶酪和陈年奶酪。制作新鲜奶酪相对简单：将乳酸菌添加到牛，羊或山羊奶中，然后让细菌繁殖并发酵混合物。牛奶蛋白酪蛋白的发酵和凝固使牛奶变成酸性和酸性半固体，其范围从法国chèvre或山羊奶酪到用水牛奶制成的意大利马苏里拉奶酪。

“那里有很多有趣的微生物学，”达顿说。“但让我感到非常兴奋的过程的一部分就是当你把新鲜的奶酪放入洞里然后让环境中的微生物来到那个奶酪的殖民地时。就像卡门贝尔这样的奶酪，你实际上会在表面定植奶酪中含有一系列细菌和真菌，它们共同生活在一起并在奶酪的轮子上相互作用。“

下次你在超市的时候，仔细看看羊乳干酪的蓝色纹理，一个年迈的瑞士人的轮子里的气泡和围着一个粘糊糊的布里的白色粉状外皮。那些陈年奶酪是真菌和细菌在新鲜奶酪凝乳上一起工作的结果，使用几代奶酪制造商传承的技术将其转化为不同的和独特的产品。

奶酪制造商长期以来认为，手工奶酪的独特风味是其原产地的结果，这在很大程度上归功于它们老化的洞穴的独特微生物组成。但是Dutton和她的哈佛同事发现，令人惊讶的是，无论在世界的哪个地方制作，每种奶酪的微生物构成都非常相似。换句话说，奶酪制造商在老化奶酪吸引的环境中吸引了几乎相同的微生物，无论奶酪是在法国还是威斯康辛州生产。然而，Dutton现在正在更仔细地研究这些物种，看它们的基因组变化是否会导致风味产生的差异。大多数人切入布里或卡门培尔奶酪或任何其他类型的陈年奶酪的外壳时没有意识到的一件事是外皮或外膜是一种“生物膜” - 一种含有许多不同的生物基质细菌和真菌的种类，就像粘附在牙齿上的牙菌斑一样。

这个细菌和真菌群体如何首先聚集在一起，随着时间的推移相互作用和演化，这是Dutton试图回答的一些问题。从某种意义上说，手工奶酪生产过程中发生的生物相互作用可以作为一个窗口，让Dutton可以更详细地观察微生物群落的相互作用。在她的实验室里，Dutton和她的学生们从他们的“体外奶酪”系统中培育出来自某些手工奶酪中分离的细菌和真菌的微生物群落。

“通过体外奶酪系统，我们实际上正在重建我们实验室的完整社区，”她说。“我们的目标是剖析社区内发生的互动，因为我们现在有能力在实验室建立一个社区，这意味着我们也可以将其分开。我们可以观察社区的形成和寻找它们正在发生的相互作用。我们也可以移除物种，看看它有什么影响。它真的允许我们控制变量，这就是你想做的实验生物学家。“

为了首先了解她的奶酪样品中有哪些微生物，她和她的学生使用由Rob Knight开发的DNA测序技术，他是负责校园微生物组计划的儿科和计算机科学与工程教授，用于鉴定细菌。生活在人的肠道里。一旦被隔离，生物学家将它们放在实验室冰箱中以供以后使用，以各种组合方式，以试图了解它们如何在形成奶酪社区中相互作用。“我们可以看看这五种物种一起生长的问题，所以我们将它们从冰箱中取出，将它们放在我们的体外奶酪中，看看会发生什么，”Dutton说。“这真的扩大了我们可以提出的问题类型。”

“这是一个非常基本的模型，用于建立社区以及如何操纵它们，我们希望我们从这个模型系统发现的原则可以应用于任何环境，无论你是在考虑如何操纵肠道微生物组或皮肤微生物组，“她补充道。“人类健康方面的另一个问题是，这是一个我们正在吃的生态系统。我们已经开始研究这些微生物在吃它们时会发生什么，以及它们是否真的对肠道微生物组有任何影响。 “

除了Knight之外，Dutton还与其他两位教师领导人合作，参与了校园微生物组织计划 - 化学和生物化学与药理学副教授Pieter Dorrestein，以及生物学教授和长期导师Kit Pogliano，他为Dutton提供了机会。 16年前，她在加州大学圣地亚哥分校担任大三时，在她的研究实验室工作。

“我当时真的被科学吓倒了，”达顿回忆道。“我认为每个研究生物学的人都会成为一名医生，我没有兴趣或倾向于这样做。我唯一的生物课是Kit的课程，非专业课程称为微生物和医学，所以我联系了Kit，在我大三开始的时候问她，如果我能在她的实验室做志愿者，看看我是否喜欢做科学。我只是非常喜欢在实验室里工作。我觉得我的元素完全不在我的方式中我正在探索作为本科生的其他领域。我开始学习分子生物学和其他生物学课程，我很清楚这就是我应该做的事情。所以我把我的专业从通讯转到了分子生物学。“2002年毕业于加州大学圣地亚哥分校，获得分子生物学学士学位后，Dutton在加州大学洛杉矶分校的微生物实验室工作了几年，然后申请到哈佛医学院的研究生院。

“我一直听到有关哈佛大学微生物学系的很棒的事情，因为Kit在那里是一名研究生，所以这是我梦想的去处，跟随她的脚步，”她说。“事实证明，我追随她的脚步比我想象的更多，因为我最终在她博士工作的同一个实验室工作。我们都与Jon Beckwith，一位非凡的科学家一起攻读博士学位和导师。“

那么，Dutton如何回到校园，在那里她爱上了生物学，并再次与给Dutton第一次研究经历的导师一起工作?

“这是一个梦想，”达顿说。“感觉有点超现实。回到校园后，我记得我在这里作为一名本科生的第一天。能够作为一名教授回到这里是一种了不起的经历。我从未想过我有一天会有机会回来帮助加州大学圣地亚哥分校培养下一代生物学家。“