Med Herman Project, hjemmebagere bliver borgerforskere

Forskere fra MIT tager deres mikrobielle forskning ud af laboratoriet og ud i køkkenet.

Deres nye Herman Project moderniserer en mangeårig tradition, med et digitalt netværk, der sporer udviklingen af ​​surdejsstartere, når de deles af hjemmebagere rundt om i verden. Ved at crowdsourcing information fra projektets deltagere, forskerne, baseret i Institut for Bygge- og Miljøteknik (CEE), undersøger, hvordan starternes mikrobielle samfund ændrer sig under forskellige forhold og miljøer.

Surdejsstarter - en blanding af mel og vand, gennem vækst af bakterier, er ansvarlig for den unikke smag af surdejsbrød - har traditionelt været delt blandt venner og familier. Starterne, kendt kærligt som "Herman, " deles typisk med papirinstruktioner til "fodring" af surdejsstarteren, og et medfølgende brev for at spore surdejsstarterens vej, når den videregives fra person til person.

Gabriel Leventhal, en postdoc i CEE og skaberen af ​​The Herman Project, voksede op med at deltage i startnetværk. Nu, arbejder med CEE Assistant Professor Otto X. Cordero og studerende Sarah Weidman og Lindsey McAllister, Leventhal lancerede The Herman Project for at skabe en mere moderne, online måde at spore spredningen af ​​surdejsstarterne og til at udnytte de resulterende data til videnskaben.

"Herman -projektet gør ikke bare borgervidenskab og beder folk om at hjælpe os med at indsamle data. Vi giver folk mulighed for at deltage i den videnskabelige proces, " siger Leventhal. "Vi planlægger at få feedback med de data, der er genereret fra [surdej] prøverne, hvor vi kan dele dataene og den genetiske sammensætning af en starter, så deltagerne kan se, hvordan starteren ændrer sig over tid, og potentielt også lave små eksperimenter derhjemme med deres startere."

For at hjælpe med at sætte gang i projektet, Cordero og Leventhal var vært for to førsteårsstuderende, Weidman og McAllister, i deres laboratorium over MIT's uafhængige aktivitetsperiode som en del af CEE's mini-Undergraduate Research Opportunities Program (UROP). Weidman og McAllister finjusterede instruktionerne til deltagerne, designet en tilgængelig online platform, testet Herman -projektet i sin betafase, og udførte online research for The Herman Projects hjemmeside.

"Min primære del var at arbejde på instruktionerne, og vi ønskede at gøre det mere visuelt og se så nemt ud som muligt, " siger McAllister. "Vi forsøgte at gøre det meget enkelt og let at følge. Jeg lærte grafiske designværktøjer og lavede et stort hjul, som vi senere endte med at animere for at gøre det mere interaktivt og fremhæve, hvor i hjulet du var. Så til sidst, det gav dig en måde at finde ud af, hvad vores næste skridt ville være."

I mellemtiden Weidman oversatte komplekset, videnskabelige detaljer om surdej til mere forståelige blurbs til hjemmesiden. "Jeg kunne virkelig godt lide, hvordan vi var i stand til at tage det, vi lærte, og præsentere det for samfundet, " hun siger.

Herman-projektet fungerer ved at give hver prøve af "Herman, "surdejsstarteren, et identifikationsnummer, og bruge en online platform til at instruere brugerne i, hvordan man fodrer Herman. Herman skal fodres med ekstra mel og vand over fire dage for at akklimatisere sig til sit nye køkkenmiljø og lade blandingen gære. Herman er så klar til at blive blandet med bageingredienser og kogt. Ikke alt starteren bruges, imidlertid, og deltagerne gemmer noget af Herman til brug for fremtidig bagning.

Da Herman føres mellem venner, de nye deltagere logger også oplysninger på Herman Projects hjemmeside, notere deres placering og type mel, der blev brugt, mens de dyrkede deres nye starter. Hver bruger tilføjer således data for forskerne til at studere og udvide netværket. Ud over at deltagerne logger deres omtrentlige placering og miljøforhold for Herman, når den bliver fodret, de bliver også bedt om at dele en prøve af Herman med Corderos laboratorium. Forskerne, assisteret af Weidman og McAllister, vil isolere mikroberne og studere, hvordan de mikrobielle samfund adskiller sig på tværs af tid og miljøer. Projektets netværk er i øjeblikket centraliseret i det større Boston-området, da medlemmer af Corderos laboratorium begynder at dele Herman med deres jævnaldrende.

"Herman -projektet giver os mulighed for at studere mikrobiel udvikling i forbindelse med lokalsamfund, hvor flere arter sameksisterer og interagerer, " Cordero forklarer. "Dette er en af ​​grænserne i vores felt. Jeg fandt det virkelig elegant og spændende, at vi kan udnytte den sociale dynamik omkring surdej til at 'crowdsource' et evolutionsforsøg gennem Herman -projektet. "

Udnyttelsen af ​​mikrober som bakterier og gær er afgørende for skabelsen af ​​surdej og andre fermenterede fødevarer som vin og øl. Til surdej, mikrober nedbryder komplekse kulhydrater i mel- og vandblandingen og fermenterer dejen over en række dage. Dette skaber kuldioxid og producerer luftbobler for at hjælpe dejen med at hæve. Processen producerer også mælkesyre, som giver dejen dens syrlige smag.

Til Herman Project, kombineret netværksinformation om spredningen af ​​forskellige surdejsstartere med mikrobielle data fra dejprøverne giver forskerne mulighed for at analysere, hvordan mikrobielle samfund ændrer sig, når de overføres mellem forskellige miljøforhold.

Man ved meget om, hvordan individuelle mikrober udvikler sig, men Leventhal og Cordero søger at bruge The Herman Project til at stille spørgsmål om, om og hvordan det at være en del af et mikrobielt samfund påvirker den måde, mikrober udvikler sig under forskellige forhold.

"Jeg tror, ​​at Herman-projektet kunne hjælpe os med at løse mange vigtige spørgsmål, " siger Cordero. "For eksempel, hvad er virkningen af ​​diversitet på stammeniveau (inden for arter) med hensyn til stabilitet og funktion, er der alternative baner for evolution, og i så fald hvad styrer dem? Det er vigtige spørgsmål at tage fat på, hvis vi vil lære at kontrollere og designe mikrobielle konsortier."

"Mikrobielle samfund er blevet brugt som bioteknologi af menneskelige samfund i årtusinder. En vigtig forskel mellem at bruge mikrober som tekniske værktøjer og inerte komponenter, imidlertid, er, at "mikrober er 'levende' - de vokser, de får mutationer, og de udvikler sig. Vi er nødt til at forstå, hvordan dette påvirker deres funktion som samfund, hvis vi vil bruge dem bæredygtigt, " siger Leventhal.

Under Leventhals vejledning, Weidman og McAllister planlægger at udføre analyser af bakterie- og gærgenomerne for at få en fuldstændig forståelse af det mikrobielle samfund i hver prøve som en del af deres UROP.

"Herman Project er en rigtig fed måde at tage noget, som mange mennesker kender til, og for at undersøge, hvad der rent faktisk sker, " siger McAllister.