อาหารเหล่านี้ทั้งหมดขึ้นอยู่กับจุลินทรีย์สำหรับรสชาติที่โดดเด่น ภาพมาร์กูอิลัต/Shutterstock.com

เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการถึงตารางวันหยุดที่ไม่มีขนมปัง เนื้อ ผัก ไวน์ เบียร์ หรือชีสฝรั่งเศสสำหรับผู้ที่ชื่นชอบความท้าทาย การได้ลิ้มรสอาหารอันโอชะเหล่านี้กับครอบครัวและเพื่อนฝูงเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่ทำให้วันหยุดสนุกสนานมาก

อาหารและเครื่องดื่มเหล่านี้ได้รับความอนุเคราะห์จากการเลี้ยงสัตว์ พืช และจุลินทรีย์หลายชนิด การศึกษาการเลี้ยงพืชและสัตว์ได้รับการศึกษามาอย่างดีเนื่องจากคิดว่าเป็น การเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญที่สุด ในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ที่ผ่านมา

นักวิทยาศาสตร์รู้น้อยมากเกี่ยวกับการเพาะเลี้ยงเชื้อจุลินทรีย์ และด้วยเหตุนี้ สังคมจึงไม่ชื่นชมการมีส่วนสำคัญต่ออาหารและเครื่องดื่มที่เราชื่นชอบตลอดทั้งปี

ฉันเป็นนักชีววิทยาวิวัฒนาการที่กำลังศึกษาเชื้อรา, กลุ่มจุลินทรีย์ที่เลี้ยงไว้ให้เรา สินค้าอร่อยมากมาย many. ฉันรู้สึกทึ่งกับคำถามสองข้อมานานแล้ว: อะไรคือการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่นำไปสู่การเลี้ยงดูของพวกเขา? และบรรพบุรุษของเราได้ค้นพบวิธีการเลี้ยงพวกเขาอย่างไรบนโลกนี้?

อยากรู้ด้วย? การศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้ให้ความกระจ่างเกี่ยวกับคำถามเหล่านี้ ดังนั้นให้หยิบชีส Camembert และเบียร์สักแก้วแล้วอ่านต่อไป

ขอขอบคุณจุลินทรีย์หลากหลายชนิด รวมถึงเชื้อราสำหรับชีสนานาชาติชนิดนี้ Umomos/Shutterstock.com

ลูกผสมในเบียร์ของคุณ

มันเป็นเรื่องยากที่จะสร้างเสริมยีสต์ของผู้ผลิตเบียร์ รากฐานที่สำคัญของอุตสาหกรรมการอบ การต้มเบียร์ และการทำไวน์ ยีสต์ของผู้ผลิตเบียร์มีความสามารถที่โดดเด่นในการเปลี่ยนน้ำตาลของผลไม้จากพืชและธัญพืชให้เป็นแอลกอฮอล์ ยีสต์ของผู้ผลิตเบียร์พัฒนาความยืดหยุ่นนี้อย่างไร

โดยการค้นพบยีสต์สายพันธุ์ใหม่และการจัดลำดับจีโนมของพวกมัน นักวิทยาศาสตร์ทราบดีว่ายีสต์บางชนิดที่ใช้ในการกลั่นเบียร์เป็นลูกผสม กล่าวคือ พวกเขาเป็นทายาทของการผสมพันธุ์แบบโบราณของบุคคลจากยีสต์สองชนิดที่แตกต่างกัน ลูกผสมมักจะมีลักษณะคล้ายพ่อแม่ทั้งสอง - คิดถึงโฮลพิน (วาฬ-โลมา) หรือ ลิเกอร์ (สิงโต-เสือ).

เซลล์ของยีสต์ผู้ผลิตเบียร์ผู้ยิ่งใหญ่ ซึ่งเป็นรากฐานสำคัญของอุตสาหกรรมการอบ การกลั่นเบียร์ และการทำไวน์ วิกิพีเดีย

ตัวอย่างเช่น ลาเกอร์เบียร์ยีสต์เป็นลูกผสมของสองสายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด: ยีสต์ของผู้ผลิตเบียร์ Saccharomyces cerevisiae และ แซคคาโรไมซีส ยูบายานัส. Saccharomyces cerevisiae ผลิตเบียร์รสอร่อย เช่น เอลอังกฤษ แต่เติบโตได้ดีกว่าในอุณหภูมิที่อุ่นกว่า ในทางตรงกันข้าม, แซคคาโรไมซีส ยูบายานัส เจริญเติบโตได้ดีกว่าในที่เย็น แต่ผลิตสารประกอบที่ทำให้เบียร์เสียรสชาติ ลาเกอร์ไฮบริดผสมผสานสิ่งที่ดีที่สุดของทั้งสองอย่าง - รสชาติที่ดีจาก Saccharomyces cerevisiae และเติบโตในอุณหภูมิที่เย็นกว่าด้วย แซคคาโรไมซีส ยูบายานัส. ทำให้เบียร์ลูกผสมเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตเบียร์ในฤดูหนาวที่หนาวเย็นของยุโรป ซึ่งเป็นที่ที่เบียร์ลาเกอร์ถูกประดิษฐ์ขึ้น

นักวิจัยยังได้ค้นพบ ลูกผสมธรรมชาติจากสหภาพอื่น ๆ แซคคาโรไมซิส สายพันธุ์. สิ่งที่ยังไม่ทราบก็คือการผสมพันธุ์เป็นบรรทัดฐานหรือข้อยกเว้นในยีสต์ที่มนุษย์ใช้ทำเครื่องดื่มหมักมานานนับพันปี

เพื่อตอบคำถามนี้ ทีมงานที่นำโดย นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Quinn Langdon ที่มหาวิทยาลัยวิสคอนซิน และอีกทีมนำโดย เพื่อนดุษฎีบัณฑิต Brigida Gallone ที่ Universities of Ghent และ Leuven ในเบลเยียม ตรวจสอบจีโนมของยีสต์หลายร้อยชนิดที่เกี่ยวข้องกับการกลั่นเบียร์และการผลิตไวน์ บรรทัดล่างของพวกเขา? กฎไฮบริด

ตัวอย่างเช่น หนึ่งในสี่ของยีสต์ที่เก็บมาจากสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมรวมทั้งผู้ผลิตเบียร์และไวน์เป็นลูกผสม

น่าแปลกที่ลูกผสมบางตัวสืบเชื้อสายมาจาก สามหรือสี่สายพันธุ์ที่แตกต่างกัน. ทำไมการผสมพันธุ์ทั้งหมดนี้ คุณอาจถาม เช่นเดียวกับลาเกอร์ไฮบริด ลูกผสมที่เพิ่งค้นพบเหล่านี้แตกต่างกันในสิ่งที่พวกเขาชอบกินและเติบโตได้เร็วแค่ไหน. ความชอบเหล่านี้ซึ่งมาจากการผสมข้ามพันธุ์ ไม่เพียงแต่มีอิทธิพลต่อวิธีที่ผู้คนใช้พวกเขาในการผลิตเบียร์ แต่ยังรวมถึงโปรไฟล์รสชาติของเบียร์ที่ได้

รูปแบบและรสชาติของเบียร์นี้มาจากยีสต์ของผู้ผลิตเบียร์และความชื่นชอบในการผสมพันธุ์ เบรนต์ โฮฟากเกอร์/Shutterstock.com

การกลายพันธุ์ในชีสของคุณ

การเปรียบเทียบจีโนมของเชื้อราในบ้านกับญาติในป่าช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่ก่อให้เกิดอาหารและเครื่องดื่มที่ชื่นชอบ แต่บรรพบุรุษของเราได้เพาะเห็ดป่าเหล่านี้ได้อย่างไร? พวกเราไม่มีใครอยู่ที่นั่นเพื่อเป็นสักขีพยานว่ามันเริ่มต้นอย่างไร เพื่อไขปริศนานี้ นักวิทยาศาสตร์กำลังทดลองกับเชื้อราในป่าเพื่อดูว่าพวกมันสามารถพัฒนาเป็นสิ่งมีชีวิตที่คล้ายกับที่เราใช้ทำอาหารของเราในปัจจุบันได้หรือไม่

Benjamin Wolfe นักจุลชีววิทยาจาก Tufts University และทีมของเขา ตอบคำถามนี้โดยใช้ wild Penicillium ปั้นและปลูกตัวอย่างในห้องทดลองเป็นเวลาหนึ่งเดือนโดยใช้สารที่มีชีส นั่นอาจฟังดูเหมือนเป็นช่วงเวลาสั้นๆ สำหรับคนทั่วไป แต่เป็นเวลาหลายชั่วอายุคนสำหรับเชื้อรา

เชื้อราในป่ามีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับสายพันธุ์ของเชื้อราที่ใช้โดยอุตสาหกรรมชีสในการผลิตชีส Camembert แต่ดูแตกต่างจากพวกมันมาก ตัวอย่างเช่น สายพันธุ์ป่ามีสีเขียวและมีกลิ่น ดี ขึ้นราเมื่อเปรียบเทียบกับสายพันธุ์อุตสาหกรรมสีขาวและไม่มีกลิ่น

อาณานิคมของรา Penicillium ที่แยกได้จากบลูชีส อาณานิคมสีขาวเป็นราป่าแบบบ้านๆ เบนจามิน วูล์ฟ, CC BY-SA

สำหรับวูล์ฟ คำถามสำคัญคือเขาสามารถทดลองสร้างใหม่ได้หรือไม่ และกระบวนการสร้างบ้านในระดับใด สายพันธุ์ป่ามีลักษณะและกลิ่นเป็นอย่างไรหลังจากเติบโตบนชีสเป็นเวลาหนึ่งเดือน? สิ่งที่เขาและทีมค้นพบก็คือ เมื่อสิ้นสุดการทดลอง สายพันธุ์ป่าดูคล้ายกับสายพันธุ์อุตสาหกรรมที่รู้จักมากกว่าบรรพบุรุษตามธรรมชาติของพวกมัน ตัวอย่างเช่น, พวกมันมีสีขาวและมีกลิ่นขึ้นราน้อยกว่ามาก.

เชื้อราใช้พลังงานเป็นจำนวนมากในการผลิตเม็ดสีและสารประกอบฉุนที่ช่วยให้พวกเขาสามารถแข่งขันและป้องกันตัวเองได้ การใช้ชีวิตอย่างสบาย ๆ ด้วยการกินชีสและปลอดภัยจากสัตว์กินเนื้อ หมายความว่าการสูญเสียความสามารถในการผลิต กล่าวได้ว่า เม็ดสีอาจเป็นประโยชน์จริง ๆ นั่นเป็นเพราะว่าพลังงานที่ประหยัดได้นั้นสามารถนำมาใช้เพื่อการเจริญเติบโตของเชื้อราได้

แต่สายพันธุ์ป่ากลายเป็นเวอร์ชั่นบ้านได้อย่างไร? มันกลายพันธุ์หรือไม่? โดยการจัดลำดับจีโนมของทั้งบรรพบุรุษในป่าและลูกหลานในบ้าน และการวัดกิจกรรมของยีนในขณะที่เติบโตบนชีส ทีมของวูล์ฟพบว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ ไม่ได้เกิดขึ้นจากการกลายพันธุ์ในจีโนมของสิ่งมีชีวิต. แต่น่าจะเกิดขึ้นผ่าน การเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่ปรับเปลี่ยนกิจกรรมของยีนที่เฉพาะเจาะจง แต่อย่าเปลี่ยนรหัสพันธุกรรมจริงๆ ที่เรียกว่า การปรับเปลี่ยน epigeneticetic สามารถเกิดขึ้นได้เร็วกว่าการกลายพันธุ์ เส้นทางสู่การเพาะพันธุ์ดูเหมือนจะเร็วกว่าที่เคยคิดไว้ ซึ่งอาจสนับสนุนให้ผู้ผลิตชีสผู้รักการผจญภัยเริ่มทดลองเพาะเห็ดป่าเพื่อให้ได้รสชาติใหม่

ในขณะที่คุณลิ้มรสอาหารและเครื่องดื่มที่คุณโปรดปรานในช่วงเทศกาลวันหยุดนี้ ให้นึกถึงเชื้อราขนาดเล็กเหล่านี้ วิธีที่พวกมันพัฒนาพลังอันยิ่งใหญ่ของพวกมัน และโลกของเราจะไม่มีรสชาติที่จืดชืดเพียงใดหากปราศจากพวกมัน

เกี่ยวกับผู้เขียน

Antonis Rokas, เก้าอี้คอร์นีเลียสแวนเดอร์บิลต์ในสาขาวิทยาศาสตร์ชีวภาพและศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพและสารสนเทศชีวการแพทย์ มหาวิทยาลัย Vanderbilt

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

หนังสือ_วิทยาศาสตร์