09 август 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Хората опитомиха микробите, които създават сиренето, хляба и много други

Геномите на бактериите и гъбичките, използвани в производството на храни, носят признаците на опитомяване, наблюдавани също при семеделските култури и добитъка

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 05 юли 2022 в 00:01 18980
Майстор производител на сирене загрява млякото за сирене пармезан. Кредит: Flickr (CC BY-NC-SA 2.0)

Вкусът и самата възможност да консумираме редовно храна свидетелстват за силата на култивирането и опитомяването.

Но също така и микробната алхимия, която превръща млякото в сирене, зърното в хляб и бира. Подобно на предците на царевицата и кучето, гъбичките и бактериите, които задвижват тези трансформации, са модифицирани за употреба от човека.

И техните геноми са придобили много от класическите знаци на опитомяването, съобщават изследователи в списание Science.

Микробите не могат да бъдат „развъждани“ в нормалния смисъл, защото за разлика от граха или прасетата, отделни микроби с желани черти не могат да бъдат избрани и чифтосани. Но хората могат да отглеждат микроби и да избират варианти, които най-добре служат на нашите цели. Проучванията показват, че процесът, повтарящ се в продължение на хиляди години, е оставил генетични отличителни белези, подобни на тези в опитомените растения и животни - микробите са загубили гени, еволюирали са в нови видове или щамове и са станали неспособни да виреят в дивата природа.

Проучванията „стигат до механизмите“ за това как работи опитомяването на микробите, обяснява Бенджамин Улф (Benjamin Wolfe), микробиолог от университета Тъфтс. Чрез разкриване кои гени са ключови за ценните черти на микробите – и кои могат да бъдат загубени – работата може да помогне за по-нататъшното подобряване на организмите, които модифицират голяма част от нашата храна и напитки, „особено с нарастващия интерес към ферментиралите храни“, отбелязва микробният еколог Ариан Пералта (Ariane Peralta) от Университета на Източна Каролина.

Дрождите, използвани за приготвяне на хляб, отдавна се смятат за опитомени, защото имат загубени генетични варианти и не могат да живеят в дивата природа. Но за други микроби учените „липсват ясни доказателства за опитомяване … отчасти защото [техните] микробни общности са трудни за изучаване“, обяснява аспирантът Винсент Съмървил (Vincent Somerville) от Университета в Лозана.

Съмървил и Джон Гибънс (John Gibbons), генетик от Университета на Масачузетс, Амхърст, независимо един от друг изучават ферментацията на храната, която е помогнала на ранните земеделци и пастири да трансформират пресните продукти и мляко в продукти, които могат да издържат месеци или години. Гибънс изследва генома на Aspergillus oryzae, гъбичката, която бързо започва производството на саке от ориз и соев сос и мисо от соеви зърна.

Когато фермерите култивират A. oryzae, гъбичката - еукариот, чиято ДНК е затворена в ядро - се възпроизвежда сама. Но когато хората вземат малко готово саке и го прехвърлят в оризова каша, за да започнат отново ферментацията, те също така прехвърлят клетки от гъбични щамове, които са се развили и оцелели най-добре по време на първия кръг на ферментация.

Гибънс сравнява геномите на множество щамове A. oryzae с тези на техния див предшественик A. flavus. С течение на времето, установява изследователят, селекцията, извършвана от хората, е повишила способността на A. oryzae да разгражда нишестето и да понася алкохола, произведен от ферментацията.

„Преструктурирането на метаболизма изглежда е отличителен белег на опитомяването на гъбичките“, съобщава Гибънс миналата седмица на Microbe 2022, годишната среща на Американското дружество по микробиология. Например опитомените щамове Aspergillus може да имат до пет пъти повече копия на ген за метаболизиране на нишестето като техен предшественик - „брилянтен начин за еволюцията да създаде този ензим“, подчертава Улф.

Гените на опитомените A. oryzae също показват малко вариации и геномът е загубил някои ключови гени, включително тези за токсините, които биха убили дрождите, необходими за завършване на ферментацията - и които могат да разболеят хората. Опитомяването очевидно е направило A.oryzae по-подходящ за хората, точно както култивирането отстранява горчивите вкусове от много култивирани растения.

Съмървил съобщава на срещата, че е видял почти същия модел в прокариотите или организмите с клетки без ядра, включително в бактерии, използвани за производство на сирене. Първите производители на сирене са създали „стартерните“ бактериални култури, които швейцарците използват, за да правят сирената Грюер и други. От 70-те години на миналия век производителите на сирене съхраняват проби от своите закваски, за да оценят сиренето си и да поддържат високо качество. Съмървил секвенира геномите на повече от 100 проби.

„Вълнуващото нещо от тази работа бе наличието на проби от различни етапи с течение на времето“, разказва Улф. „Може да се види оформянето на разнообразието“, като промените през последните 50 години намекват за траекторията на промяната през последните векове.

Всички проби са имали ниско генетично разнообразие, само с няколко щама от два доминиращи вида, съобщава Съмървил. Тези няколко устойчиви щама вероятно са важни за качеството на сиренето, коментира Гибънс. Културите освен това са загубили гени от 1970 г., включително някои, необходими за производството на определени аминокиселини, които са необходими за сглобяването на протеините. Но аминокиселините са скъпи за производство - и тези микроби живеят в богатото на протеини мляко.

„Те успяха да се избавят от куп гени, от които не са им били нужни“, разказва Улф.

Съмървил също откри обширен обмен на гени сред микробите, един от начините за придобиване на нови гени.

Обединявайки проучванията, Гибънс заключава, че геномите на „опитомените прокариоти и микробните еукариоти са много сходни“ един с друг и с многоклетъчните опитомени организми. Пералта предупреждава, че аналогията с културите и животните не е перфектна. Микробите могат да еволюират много по-бързо и така по-лесно могат да бъдат „повтаряни“. И все пак, докато изследователите прецизират опитомените микроби, тя се надява на още по-добър вкус на сакето и сиренето.

Източник: Humans tamed the microbes behind cheese, soy, and more, science, doi: 10.1126/science.add7240


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.