Hoe verkrijgen we de micro-organismen uit uw zuurdesemstalen?
Er bevinden zich veel microscopisch kleine organismen in zuurdesem. Wanneer we weten welke dat zijn, kunnen we veel zeggen over de eigenschappen van de zuurdesem, omdat elke microbiële soort een specifiek, kenmerkend metabolisme vertoont. Sommige gistsoorten produceren bijvoorbeeld veel koolstofdioxide (CO2), terwijl andere dit nauwelijks produceren, hetgeen de rijscapaciteit van de zuurdesem beïnvloedt. Melkzuurbacteriën produceren melkzuur (zoals hun naam aangeeft), maar verschillende soorten produceren verschillende hoeveelheden, wat leidt tot een meer of minder zure smaak. Veel andere verbindingen worden in verschillende hoeveelheden geproduceerd door verschillende micro-organismen.
Daarom willen we in detail weten welke micro-organismen aanwezig zijn in de zuurdesemstalen die we ontvangen. Hiervoor worden meerdere methoden gebruikt. De meest arbeidsintensieve methode omvat selectief platen gevolgd door identificatie. Dit is de methode die we in deze blogpost zullen bespreken. Er is een tweede methode die geen gebruik maakt van selectief platen, maar puur gebaseerd is op DNA, waarvoor geavanceerde apparatuur zoals de KingFisher wordt gebruikt om het DNA te extraheren, die we in deze blogpost beschrijven. Sommige inzamelende partners in het HealthFerm-project gebruiken beide technieken om de tekortkomingen van elke methode te compenseren, terwijl anderen slechts één methode gebruiken.
Hoe weten we waar we naar moeten zoeken?
Net zoals mensen, waar verschillende mensen en culturen graag verschillende soorten voedsel eten, zijn micro-organismen vergelijkbaar in die zin dat ze bepaalde media (verschillende types voedsel) prefereren, maar ze zijn veel kieskeuriger. Sommige soorten groeien zelfs niet als het medium niet optimaal is. We moeten dus weten naar welke soorten micro-organismen we zoeken en wat ze nodig hebben om te groeien.
Uit eerder onderzoek weten we dat een zuurdesem meestal een grote hoeveelheid melkzuurbacteriën bevat, vergezeld door een of twee gistsoorten. In ongeveer 30% van de zuurdesems zijn ook azijnzuurbacteriën aanwezig. Daarom werken we met vijf verschillende groeimedia om ervoor te zorgen dat we alle aanwezige micro-organismen kunnen kweken.
Met deze kennis kunnen we naar het laboratorium om de zuurdesem micro-organismen op te kweken zodat ze hun aanwezigheid aan ons kunnen onthullen!
Stel dat een zuurdesemstaalkit net per post in ons laboratorium is aangekomen. Binnenin vinden we de staalnamepot die door de burgerwetenschapper is gevuld. Van het staal nemen we een paar gram voor microbiële analyse en verdunnen dit met fysiologisch water, een 0.9 % zoutoplossing, om ervoor te zorgen dat de zuurdesem goed oplost. Het resulterende mengsel bevat een immense hoeveelheid microbiële cellen, variërend van 10 miljoen tot 1 miljard cellen per milliliter.
©Vrije Universiteit Brussel
Om deze cellen in afzonderlijke kolonies op platen met agarmedium te laten groeien, maken we verdunningen van die waterige fase. Op deze platen kunnen de bacteriële en gistcellen alle voedingsstoffen opnemen die ze nodig hebben om te groeien en zich te vermenigvuldigen. Na twee tot tien dagen zijn de meeste micro-organismen uitgegroeid tot kolonies die met het blote oog zichtbaar zijn. Meestal verkrijgen we tussen de 30 en 300 kolonies als we de verdunningen correct kiezen. Ongeveer 10% van deze kolonies wordt willekeurig geselecteerd en verder gekweekt en geanalyseerd in reageerbuizen.
©Vrije Universiteit Brussel
Op deze manier raken onze ultralage temperatuur vriezers snel gevuld met microbiële isolaten uit alle zuurdesemstalen die we ontvangen. Maar we weten nog niets over hen!
Wat we eerst willen weten, is tot welke soort ze behoren. Dit stelt ons in staat om in de wetenschappelijke literatuur te duiken en te leren wat de rol van deze micro-organismen in zuurdesem is.
Onder normale omstandigheden kan het bepalen van de soort waartoe een organisme behoort, worden gedaan door ernaar te kijken of door hun DNA te onderzoeken (de blauwdruk of code van een organisme). Om te weten of Dolly een koe of een schaap is, is het zo eenvoudig als naar Dolly kijken en typische kenmerken identificeren. Aangezien micro-organismen echter niet gemakkelijk met het blote oog te onderscheiden zijn omdat ze erg klein zijn en slechts in een paar vormen voorkomen, moeten we hun DNA onderzoeken.
Om dit te doen, moeten we eerst het DNA uit de cellen extraheren. We gebruiken een speciaal protocol om de bacteriën en gisten te openen en toegang te krijgen tot de interne inhoud van de cellen. In dit stadium zouden we de nucleotidevolgorde van het volledige DNA, ook wel het genoom genoemd, kunnen bepalen voor elk van de duizenden isolaten die we uit de zuurdesemstalen verkrijgen. Aangezien dit tijd- en middelenintensief zou zijn, vereenvoudigen we deze taak door ons te richten op slechts een paar genen (stukjes van de code die verantwoordelijk zijn voor specifieke kenmerken) die aanwezig zijn in alle micro-organismen en die voldoende verschillen in nucleotidevolgorde om onderscheid te maken tussen verschillende soorten. Met behulp van laboratoriumtechnieken zoals polymerasekettingreactie (PCR) maken we meer kopieën van deze genen om hun volgorde gemakkelijk te kunnen bepalen. We vergelijken deze sequenties vervolgens met databanken die gevalideerde informatie bevatten om onze micro-organismen te identificeren.
Na al dit werk hebben we een grote hoeveelheid geïdentificeerde micro-organismen. Het enige wat nog rest, is in deze gegevens te duiken, de micro-organismen te bepalen die samen voorkomen, welke het meest abundant zijn in elk zuurdesem en welke kenmerken van de zuurdesems gerelateerd kunnen worden aan de micro-organismen.
