Открытие, опубликованное в журнале Environmental Microbiology, также предоставляет модель для понимания и модификации других экономически и клинически важных микробиомов, таких как почва или желудочно-кишечный тракт.
«Люди ценили разнообразные ароматы сыров в течение сотен лет, но то, как эти ароматы влияют на биологию микробиома сыра, не изучалось», – сказал Бенджамин Вулф, профессор биологии в Школе искусств и наук Университета Тафтса. автор исследования. «Наши последние результаты показывают, что сырные микробы могут использовать эти ароматы для кардинального изменения своей биологии, и важность результатов выходит за рамки производства сыра и распространяется и на другие области."
Многие микробы производят переносимые по воздуху химические соединения, называемые летучими органическими соединениями, или ЛОС, при взаимодействии с окружающей средой. Широко известным микробным ЛОС является геосмин, который выделяется почвенными микробами, и его часто можно почувствовать после сильного дождя в лесах.
По мере роста бактерий и грибов на созревающих сырах они выделяют ферменты, расщепляющие аминокислоты с образованием кислот, спиртов, альдегидов, аминов и различных соединений серы, в то время как другие ферменты расщепляют жирные кислоты с образованием сложных эфиров, метилкетонов и вторичных спиртов. Все эти биологические продукты способствуют вкусу и аромату сыра, и именно они являются причиной того, что камамбер, сыр с плесенью и лимбургер имеют свои характерные запахи.
Исследователи Тафтса обнаружили, что летучие органические соединения не только способствуют сенсорному восприятию сыра, но и предоставляют грибам возможность общаться и «кормить» бактерии в микробиоме сыра. Объединив 16 различных распространенных сырных бактерий с 5 обычными грибами сырной корки, исследователи обнаружили, что грибы вызывают у бактерий различные реакции, от сильной стимуляции до сильного торможения. Один вид бактерий, Vibrio casei, отреагировал быстрым ростом в присутствии ЛОС, выделяемых всеми пятью грибами.
Другие бактерии, такие как Psychrobacter, росли только в ответ на один из грибов (Galactomyces), а количество двух обычных сырных бактерий значительно уменьшилось при воздействии летучих органических соединений, продуцируемых Galactomyces.
Исследователи обнаружили, что ЛОС изменяют экспрессию многих генов бактерий, включая гены, влияющие на то, как они усваивают питательные вещества.
Один усиленный метаболический механизм, называемый глиоксилатным шунтом, позволяет бактериям использовать более простые соединения в качестве «пищи», когда недоступны более сложные источники, такие как глюкоза. По сути, они позволили бактериям лучше «поедать» некоторые летучие органические соединения и использовать их в качестве источников энергии и роста.
«Бактерии действительно способны есть то, что мы воспринимаем как запахи», – сказал Кейси Козетта, научный сотрудник кафедры биологии Университета Тафтса и первый автор исследования. "Это важно, потому что сам сыр содержит мало легко усваиваемых сахаров, таких как глюкоза. С ЛОС грибы действительно помогают бактериям расти."
Это исследование имеет прямое значение для производителей сыра по всему миру. Когда вы заходите в сырную пещеру, по мере старения сыров в воздух выбрасывается много летучих органических соединений.
Эти летучие органические соединения могут влиять на развитие соседних сыров, стимулируя или подавляя рост определенных микробов, или изменяя способ производства бактериями других биологических продуктов, добавляющих аромат. Лучшее понимание этого процесса может позволить производителям сыра управлять средой ЛОС для улучшения качества и разнообразия вкусов.
Результаты исследования могут быть гораздо шире. «Теперь, когда мы знаем, что химические вещества, переносимые по воздуху, могут контролировать состав микробиомов, мы можем начать думать о том, как контролировать состав других микробиомов, например, в сельском хозяйстве, чтобы улучшить качество почвы и урожайность, а также в медицине, чтобы помочь справиться с болезнями, пораженными сотни видов бактерий в организме ", – сказал Вулф.