Forskare från MIT tar sin mikrobiella forskning ut från labbet och in i köket.

Deras nya Herman Project moderniserar en lång tradition, med ett digitalt nätverk som spårar utvecklingen av surdegsförrätter när de delas av hemmabagare runt om i världen. Genom att crowdsourca information från projektets deltagare, forskarna, baserad på Institutionen för byggnads- och miljöteknik (CEE), undersöker hur startarnas mikrobiella samhällen förändras i olika förhållanden och miljöer.

Surdegsförrätter – en blandning av mjöl och vatten som, genom tillväxt av bakterier, är ansvarig för den unika smaken av surdegsbröd – har traditionellt delats mellan vänner och familjer. Förrätterna, känd kärleksfullt som "Herman, " delas vanligtvis med pappersinstruktioner för att "mata" surdegsstarten, och ett medföljande brev för att spåra surdegsstartens väg när den skickas från person till person.

Gabriel Leventhal, en postdoc i CEE och skapare av The Herman Project, växte upp med att delta i startnätverk. Nu, arbetar med CEE Assistant Professor Otto X. Cordero och studenterna Sarah Weidman och Lindsey McAllister, Leventhal lanserade The Herman Project för att skapa en mer modern, online sätt att spåra spridningen av surdegsstartarna och att utnyttja de resulterande data för vetenskap.

"Herman-projektet sysslar inte bara med medborgarvetenskap och ber människor att hjälpa oss att samla in data. Vi ger människor möjligheten att delta i den vetenskapliga processen, " säger Leventhal. "Vi planerar att få feedback med data som genereras från [surdegs]proverna, där vi kan dela data och den genetiska sammansättningen av en starter, så att deltagarna kan se hur startaren förändras över tiden, och eventuellt också göra små experiment hemma med sina förrätter."

För att hjälpa till att starta projektet, Cordero och Leventhal var värd för två förstaårsstudenter, Weidman och McAllister, i deras labb under MIT:s Independent Activities Period som en del av CEE:s mini-Undergraduate Research Opportunities Program (UROP). Weidman och McAllister finjusterade instruktionerna för deltagarna, designat en tillgänglig onlineplattform, testade The Herman Project i sin betafas, och genomförde onlineforskning för The Herman Projects webbplats.

"Min primära del var att arbeta med instruktionerna, och vi ville göra det mer visuellt och se så enkelt ut som möjligt, McAllister säger. "Vi försökte göra det väldigt enkelt och lätt att följa. Jag lärde mig grafiska designverktyg och gjorde ett stort hjul som vi senare animerade för att göra det mer interaktivt och markera var i hjulet du var. Sedan i slutet, det gav dig ett sätt att ta reda på vad våra nästa steg skulle vara."

Under tiden, Weidman översatte komplexet, vetenskapliga detaljer om surdeg till mer begripliga blurbs för webbplatsen. "Jag gillade verkligen hur vi kunde ta det vi lärde oss och presentera det för samhället, " hon säger.

Herman-projektet fungerar genom att ge varje prov av "Herman, "surdegsförrätten, ett identifikationsnummer, och att använda en onlineplattform för att instruera användare om hur man matar Herman. Herman behöver matas med ytterligare mjöl och vatten under fyra dagar för att acklimatisera sig till sin nya köksmiljö och för att låta blandningen jäsa. Herman är sedan redo att blandas med bakingredienser och tillagas. Inte all startmotor används, dock, och deltagarna sparar lite av Herman för att använda för framtida bakning.

När Herman förs vidare mellan vänner, de nya deltagarna loggar också information på Herman Projects webbplats, notera deras plats och typ av mjöl som användes när de odlade sin nya förrätt. Varje användare lägger alltså till data för forskarna att studera och utöka nätverket. Förutom att deltagarna loggar sin ungefärliga plats och miljöförhållanden för Herman när den matas, de ombeds också att dela ett prov på Herman med Corderos labb. Forskarna, assisterad av Weidman och McAllister, kommer att isolera mikroberna och studera hur de mikrobiella samhällena skiljer sig åt mellan tid och miljö. Projektets nätverk är för närvarande centraliserat i det större Boston-området, som medlemmar av Corderos labb börjar dela Herman med sina kamrater.

"Herman-projektet tillåter oss att studera mikrobiell evolution i samband med samhällen, där flera arter samexisterar och interagerar, " Cordero förklarar. "Detta är en av gränserna inom vårt område. Jag tyckte att det var riktigt elegant och spännande att vi kan dra fördel av den sociala dynamiken kring surdeg för att "crowdsource" ett evolutionsexperiment genom Herman Project."

Användningen av mikrober som bakterier och jäst är avgörande för att skapa surdeg och andra fermenterade livsmedel som vin och öl. För surdeg, mikrober bryter ner komplexa kolhydrater i mjöl- och vattenblandningen och fermenterar degen under en serie dagar. Detta skapar koldioxid och producerar luftbubblor för att hjälpa degen att jäsa. Processen producerar också mjölksyra, vilket ger degen sin syrliga smak.

För Herman Project, Genom att kombinera den nätverksanslutna informationen om spridningen av olika surdegsstarter med mikrobiella data från degproverna kan forskarna analysera hur mikrobiella samhällen förändras när de överförs mellan olika miljöförhållanden.

Mycket är känt om hur enskilda mikrober utvecklas, men Leventhal och Cordero försöker använda The Herman Project för att ställa frågor om om och hur att vara en del av en mikrobiell gemenskap påverkar hur mikrober utvecklas under olika förhållanden.

"Jag tror att Herman-projektet kan hjälpa oss att ta itu med många viktiga frågor, " säger Cordero. "Till exempel, vad är effekten av mångfald på stamnivå (inom arter) med avseende på stabilitet och funktion, finns det alternativa banor för evolution, och i så fall, vad styr dem? Det här är viktiga frågor att ta itu med om vi vill lära oss att kontrollera och designa mikrobiella konsortier."

"Mikrobiella samhällen har använts som bioteknik av mänskliga samhällen i årtusenden. En viktig skillnad mellan att använda mikrober som tekniska verktyg och inerta komponenter, dock, är att "mikrober är 'levande' - de växer, de får mutationer, och de utvecklas. Vi måste förstå hur detta påverkar deras funktion som gemenskap om vi vill använda dem på ett hållbart sätt, " säger Leventhal.

Under Leventhals ledning, Weidman och McAllister planerar att genomföra analyser av bakterie- och jästgenomerna för att få en fullständig förståelse av det mikrobiella samhället i varje prov som en del av deras UROP.

"Herman Project är ett riktigt coolt sätt att ta något som många vet om, och för att undersöka vad som faktiskt händer, " säger McAllister.