Wie kriegen wir die Mikroorganismen aus Ihren Sauerteigproben heraus?
Es gibt viele mikroskopisch kleine Organismen in Sauerteig. Zu wissen, um welche es sich handelt, sagt viel über die Eigenschaften des Sauerteigs aus, da jede mikrobielle Spezies einen bestimmten, charakteristischen Stoffwechsel aufweist. Einige Hefearten produzieren beispielsweise viel Kohlendioxid (CO2), während andere kaum Kohlendioxid produzieren, was die Gärfähigkeit des Sauerteigs beeinträchtigt. Milchsäurebakterien produzieren Milchsäure (wie der Name schon sagt), aber verschiedene Arten produzieren unterschiedliche Mengen, was zu einem mehr oder weniger sauren Geschmack führt. Es gibt viele andere Verbindungen, die von verschiedenen Mikroorganismen in unterschiedlichen Mengen produziert werden.
Daher wollen wir im Detail wissen, welche Mikroorganismen in den erhaltenen Sauerteig-Proben vorhanden sind. Dafür werden mehrere Methoden verwendet. Die arbeitsintensivste Methode ist die sogenannte selektive Beschichtung mit anschliessender Identifizierung. Es gibt eine zweite Methode, die nicht auf selektiver Plattierung beruht, sondern rein DNA-basiert ist. Dafür wird fortschrittliche Ausrüstung wie der KingFisher verwendet, um die DNA zu extrahieren, was wir in diesem Blog-Post beschreiben. Einige HealthFerm-Projektpartner, die Proben Sammeln, verwenden beide Techniken, um die Mängel beider zu berücksichtigen, während andere nur eine Methode verwenden.
Woher wissen wir, wonach wir suchen müssen?
Wie beim Menschen, wo verschiedene Menschen und Kulturen gerne unterschiedliche Arten von Lebensmitteln essen, sind Mikroorganismen insofern ähnlich, als sie bestimmte Medien (also Arten von Lebensmitteln) bevorzugen. Sie sind jedoch viel wählerischer. Einige Arten wachsen zum Beispiel gar nicht, wenn das Medium nicht optimal ist. Daher sollten wir wissen, welche Arten von Mikroorganismen wir suchen und was sie zum Wachsen benötigen.
Aus früheren Forschungen ist bekannt, dass ein Sauerteig typischerweise eine grosse Menge an Milchsäurebakterien enthält, die von einer oder zwei Hefearten begleitet werden. Manchmal, in etwa 30% der Sauerteige, sind auch Essigsäurebakterien zu finden. Daher haben wir fünf verschiedene Wachstumsmedien ausgewählt, um sicherzustellen, dass wir alle vorhandenen Mikroorganismen züchten können.
Mit diesem Wissen können wir ins Labor gehen, um die Sauerteig-Mikroorganismen zu kultivieren und ihre Präsenz sichtbar zu machen!
Nehmen wir an, ein Sauerteig-Probenahmeset ist gerade per Post in unserem Labor eingetroffen. Darin finden wir den Probenbehälter, der von dem Citizen Scientist gefüllt wurde. Von der Probe nehmen wir ein paar Gramm für die mikrobiologische Analyse und verdünnen sie mit physiologischem Wasser, einer 0.9-prozentiger Salzlösung, um sicherzustellen, dass der Sauerteig gut suspendiert, also aufgelöst wird. Diese resultierende wässrige Mischung enthält eine immense Menge an Mikrobenzellen, zwischen 10 Millionen und 1 Milliarde Zellen pro Milliliter.
©Vrije Universiteit Brussel
Diese wässrige Mischung verdünnen wir weiter, damit die Zellen in separaten Kolonien auf Platten mit Agar-Nährboden wachsen können. Diese Platten liefern alle benötigten Nährstoffe für das Wachstum und die Vermehrung der Bakterien- und Hefezellen. Nach zwei bis zehn Tagen sind die meisten Mikroorganismen zu Kolonien herangewachsen, die mit blossem Auge sichtbar sind. Typischerweise erhalten wir zwischen 30 und 300 Kolonien, wenn wir die Verdünnungen richtig wählen. Etwa 10 % dieser Kolonien werden zufällig ausgewählt und in Reagenzgläsern weiter gezüchtet und analysiert.
©Vrije Universiteit Brussel
So füllen sich unsere Ultratiefkühlschränke schnell mit mikrobiellen Isolaten aus allen Sauerteigproben, die wir erhalten. Doch zu diesem Zeitpunkt wissen wir weder, um welche Arten es sich handelt und was dessen Eigenschaften sind! Also beginnen wir zuerst mit der Bestimmung der Arten. Danach können wir in die wissenschaftliche Literatur eintauchen und erfahren, welche Rolle diese Mikroorganismen im Sauerteig spielen.
Die Bestimmung eines Lebewesens erfolgt in den meisten Fällen durch die blosse Betrachtung: Um zu wissen, ob Dolly eine Kuh oder ein Schaf ist, reicht es aus, Dolly anzusehen und typische Merkmale zu identifizieren. Da Mikroorganismen jedoch kaum von blossem Auge zu unterscheiden sind, müssen wir ihre DNA untersuchen. Um dies zu tun, müssen wir zuerst die DNA aus den Zellen extrahieren. Dazu verwenden wir ein spezielles Protokoll, um die Bakterien und Hefen zu öffnen und Zugang zum Zellinhalt zu erhalten. In diesem Stadium könnten wir die Nukleotidsequenz der gesamten DNA, auch als Genom bekannt, für jeden der tausenden Isolate aus den Sauerteigproben bestimmen. Da dies jedoch zeit- und ressourcenintensiv wäre, vereinfachen wir diese Aufgabe, indem wir uns nur auf einige wenige Gene konzentrieren (Teile des Codes, die für spezifische Merkmale verantwortlich sind), die in allen Mikroorganismen vorhanden sind und sich in der Nukleotidsequenz ausreichend unterscheiden, um verschiedene Arten zu unterscheiden.
Mit labortechnischen Methoden wie der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) vervielfältigen wir diese Gene, um ihre Sequenz leicht bestimmen zu können. Wir vergleichen diese Sequenzen dann mit Datenbanken, die validierte Informationen enthalten, um unsere Mikroorganismen zu identifizieren.
Nach all dieser Arbeit haben wir eine große Menge identifizierter Mikroorganismen. Alles, was noch bleibt, ist, in diese Daten einzutauchen, die Mikroorganismen zu bestimmen, die gemeinsam vorkommen, welche in jedem Sauerteig am häufigsten sind und welche Eigenschaften der Sauerteige mit den Mikroorganismen in Verbindung gebracht werden können.
