实验室研究酵母的社会互动

酵母没有太多的社交生活;毕竟，它们是单细胞真菌。但酵母确实是社交的。人类之间的社会互动可能围绕蛋白质奶昔和电影的讨论。酵母更多地进入蛋白质握手和生物膜的形成。

Helen Murphy带领一群威廉和玛丽研究人员致力于了解酵母社会，这对科学家来说既重要又有趣。

“当人们想到酿酒酵母时，”墨菲说。“他们考虑制作葡萄酒和烤面包，做了酵母为我们做过的所有事情，因为我们已经把它驯化了。但它也是一个非常重要的生物医学有机体。”

与面包师，酿酒师和葡萄酒商一起，科学家们对这种特殊的酵母物种非常感兴趣。它是地球上研究最多的生物之一。酿酒酵母，当他们在发酵和发酵过程中进行重度生化提升时，确实是我们的朋友。

墨菲是威廉玛丽生物系的助理教授。她获得了美国国立卫生研究院对酵母实验室调查的支持以及国家科学基金会最近的资助。

墨菲解释说，除了葡萄酒和面包外，酿酒酵母对科学家来说非常重要，因为它是一种真核生物。真核生物是具有封闭在膜内的细胞的生物。橡树是真核生物。狗是真核生物。酿酒酵母价格便宜，易于使用和快速繁殖。

“植物，动物，我们所关心的一切都是真核生物，”墨菲解释道。“这意味着当我们研究酵母中的细胞过程时，我们会学到很多关于多细胞生命如何发挥作用的知识。”

她补充说，通过研究酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)首先想出了大量的细胞生物学和遗传学原理。像所有酵母一样，酿酒酵母很快繁殖：墨菲的实验室每天将产生六到七代，使其成为研究进化的理想生物。

“我们可以做所有这些疯狂的事情，比如进化酵母种群并沿途冻结它们，”她说。“它基本上就像冻结了恐龙。你可以让酵母恢复生机。就像能够进入进化记录，复活一些化石并将其与现代动物相比。”

墨菲发现酵母可以发展出令人惊讶的复杂合作安排。她的实验室刚刚提交了一篇关于酵母细胞顶部蛋白质的论文。该分子允许酵母细胞相互粘附，墨菲说，似乎蛋白质起着自我识别机制的作用，使个体酵母细胞能够选择性地与其最近的遗传亲属结合。这只是酵母社会的一个方面，她指出这可能是多种多样的。

“大多数人并不认为微生物是社会性的，”她说。“人们认为它们只是细胞，漂浮在环境中，可能与非生物世界相互作用。但实际上，大多数微生物生活在很小的空间群落中，并且参与各种各样的相互作用，包括致命的致命战争和毒素。合作，群体感应和生物膜形成的方式。“

酵母喜欢与他们最亲近的亲属组成他们的小互助社团;墨菲说，毫不奇怪，因为当动物参与合作行为时，大部分时间是通过亲戚互相帮助而演变的。

“你不会倾向于看到无关的生物是无私的或相互合作的，”她说。“这不是进化的工作原理。你可以通过你的亲戚来支持你自己的基因组。而这正是我们在酵母中所发现的。”

墨菲的实验室团队成员大多是本科生：“他们很棒。我爱我的每一个学生 - 他们每个人都以不同的方式。”

该实验室的任务是培育数百代的生物体，并检查每种生物的特征并跟踪它们。生长不断发展的几代酵母需要Alec Friedman '19，Amanda Ivanoff和Sophie Harris '19持续，强烈的湿实验室工作。

Juliana Salcedo '20是实验室进化研究的主要负责人。这个项目有一个很大的计算方面，主要是生物城专业的Meliha Ahmad。

“她今年夏天只是在撕破一堆基因组数据，”墨菲说。

一旦一个酿酒酵母家族进入他们的思想形成生物膜的任何通行证，研究人员将开始看到该菌株一起移动到墨菲所描述的“小花”。花的形成是酵母细胞组织起来的标志。每种菌株也形成其自身可预测的细胞外基质。

“他们排泄的东西可以让他们融入社区建筑，”墨菲解释道。研究人员刚刚开始了解生活在这样一个社区中的酵母益处。墨菲说，一方面，研究表明，这种建筑保留了更多的水，这对酵母有益。

“令人惊讶的另一件事是有药物外排泵，”她说。“换句话说，在细胞外面的小泵可以真正地抽走抗生素和你应用的其他药物。”

她说，小保护泵只能在酵母菌落的外面找到 - 他们保护着殖民地。这是酵母可以通过遗传分化设计的益处的另一个例子。

社交团体只有在每个人都玩得很好的时候才会繁荣，但在酵母社区和人类社区中，总会有一个人设法从社区中受益，而不会为社区做出任何贡献。墨菲最近获得了美国国家科学基金会环境生物学部的资助，试图将这种“骗子”酵母细胞转变成可以打破社区生物防御的特洛伊木马。

墨菲说，它主要是酿酒酵母的野生菌株，它们开始形成并捍卫它们的菌落。啤酒和面包菌株已被培育成受精的温顺仆人，但她补充说，它们偶尔会狂奔并开始形成生物膜。酿酒师或面包师只是一个坏的批次，通常不怀疑突变是在它的底部。

因为酵母繁殖如此之快，它们会进化出新的菌株。有时菌株会变得有毒，通常良性的酵母菌会变成可以产生顽固感染的物质。

墨菲说，酵母社会偶尔会在人类和酵母之间长期存在并且通常有益的历史。健康人通常不接受酿酒酵母群落，但墨菲说他们可以在免疫受损个体的阴道和肺中发现。

涉及酵母的人类健康问题通常由另一种白色念珠菌引起。它不仅是人体组织中的顽固和不需要的存在，而且还可以占据医疗设备的表面。

“你可以在导管上得到Candica albicans生物膜，”她说。“他们进入这种不同的增长形式 - 而且很难摆脱它!”

墨菲解释说，当酵母群聚集在生物膜中时，社区可以对抗生素产生超强抗性。“生物膜界的整体想法是抵制任何环境压力，”她补充说。

社交团体只有在每个人都玩得很好的时候才会繁荣，但在酵母社区和人类社区中，总会有一个人设法从社区中受益，而不会为社区做出任何贡献。墨菲最近获得了美国国家科学基金会环境生物学部的资助，旨在开发将这种“骗子”酵母细胞转化为特洛伊木马的技术，这种技术能够打破社区的抗生素抗性或其他生物防御。

导管和植入物以及其他酵母问题的医疗设备都是塑料的，墨菲和她的实验室用小塑料珠子培养它们的菌落。她指出，她的实验室只专注于坚持塑料的第一阶段。

“我们没有培养出有毒和可怕的菌株。我们只是看着粘附在塑料表面的基因，”她解释道。当研究人员人为地选择塑料粘附时，结果会变得有趣：经过800代左右，酵母菌落已经进化出粘附于玻璃实验室器具以及小珠子的能力。

Murphy的实验室通过研究一种很少感染人类的​​物种来推进对酵母生物膜的理解，但由于“安全”和“危险”的酵母非常相似，他们的工作适用于白色念珠菌和其他临床关注的酵母。

“生物膜的生命周期是你得到一些酵母细胞。它们会安定下来。第一步是粘附在某些表面上。然后菌落或生物膜会开始生长。然后你会看到细胞开始出现一些分化， “她解释道。“最后一步是，有时一件作品将脱落并在其他地方定居并开始生产新的生物膜。”