Microbiologie in hapklare porties
Samenwerking: microben hebben er kaas van gegeten
Microben zijn overal en worden al eeuwenlang gebruikt om ons voedsel te verbeteren. Om kaas te maken, bijvoorbeeld, consumeert een gemeenschap van microben lactose en scheidt smakelijkere verbindingen uit, zoals melkzuur. Pas sinds kort beginnen we te begrijpen welke microben hierbij betrokken zijn en hoe ze functioneren. We weten nu dat de belangrijkste microben in kaas Lactococcus Lactis, Lactococcus cremoris en Streptococcus thermophilus zijn. Het is echter nog grotendeels onbekend of en hoe deze drie soorten op elkaar inwerken, laat staan in de complexe context van het kaasmaken.
Om de mysteries van het kaasmaakproces te ontrafelen, onderzochten onderzoekers in een recent onderzoek de interacties tussen deze belangrijkste microbiële spelers. Helpt de aanwezigheid van sommige microben andere om te groeien? En wisselen ze voedingsstoffen uit? Op de lange termijn kan het antwoord op deze vragen helpen om het kaasmaakproces te verbeteren: als we weten welke soorten en verbindingen essentieel zijn voor smaak, kunnen we hun aanwezigheid stimuleren of beperken. Meer in het algemeen helpt dit soort onderzoek om de studie van microbiële interacties in complexe ecosystemen te verbeteren. Zo kunnen we technieken en methoden ontwikkelen om microben in hun natuurlijke omgeving te bestuderen.
De onderzoekers deden een jaar lang een experiment: ze maakten cheddar en hielden ondertussen bij welke microben en smaakstoffen in de kaas te vinden waren. Ze maakten de kaas meerdere keren en lieten telkens één van de belangrijkste microben weg om te zien hoe zijn afwezigheid het proces zou veranderen.
In dit onderzoek werden verschillende technieken gebruikt:
- Genomics: welke genen zijn aanwezig in elke microbe? Dit geeft informatie over de mogelijke functies van elke microbe binnen de gemeenschap.
- Metatranscriptomics: welke genen komen tot expressie bij elk van de microben? Dit laat zien welke genen actief zijn en welke functie elke microbe op een bepaald moment in het kaasmaakproces uitvoert.
- Targeted metabolomics: de onderzoekers keken naar de aanwezigheid van specifieke smaakstoffen (metabolieten) in het kaasmengsel. Als de afwezigheid van een microbe leidt tot een gebrek aan stof A, kun je concluderen dat die microbe op een of andere manier verantwoordelijk is voor de productie van stof A.
- Genome-scale metabolic modelling: nu de genen van elke microbe bekend waren, konden de onderzoekers in kaart brengen welke reacties elke microbe mogelijk kon uitvoeren. Met een optimalisatie algoritme konden ze vervolgens berekenen welke reacties de bacteriën hoogstwaarschijnlijk gebruikten tijdens het kaasmaakproces. Dit leverde vervolgens informatie op over welke stoffen mogelijk uitgewisseld konden worden tussen de verschillende soorten in de gemeenschap.
Het metabolic model voorspelt dat S. thermophilus valine uitscheidt, die waarschijnlijk wordt opgenomen door Lactococcus. Gemaakt metBioRender.com
- Als S. thermophilus uit het mengsel wordt weggelaten, groeien de Lactococcus microben minder goed. Dit duidt erop dat die eerste op de een of andere manier nodig is voor de groei van de laatstgenoemde.
- Wanneer S. thermophilus uit het mengsel wordt weggelaten, veranderen de resultaten van de targeted metabolomics: er zijn andere stoffen aanwezig in de kaas. Dit duidt erop dat S. thermophilus de samenstelling van de kaas beïnvloedt en de omgeving voor de andere aanwezige microben verandert.
- De resultaten van de Genome-scale metabolic modelling voorspellen dat S. thermophilus een stof genaamd valine uitscheidt, die wordt opgenomen door de andere soorten in de gemeenschap.
- De transcriptomics-resultaten laten zien dat genen voor de productie van valine inderdaad actief zijn in S. thermophilus, evenals genen die nodig zijn voor het uitscheiden van deze stof.
Naast de aanwijzingen van cross-feeding in de gemeenschap, vonden de onderzoekers ook de microbe die de grootste invloed lijkt te hebben op de smaak van de cheddar: Lactococcus cremoris. Als deze soort wordt weggelaten, vinden de onderzoekers hogere hoeveelheden acetoïne en diacetyl, verbindingen waarvan bekend is dat ze de smaak van de kaas positief beïnvloeden in kleine hoeveelheden – ze geven een boterachtige smaak – maar die niet lekker smaken in hogere concentraties. De genomics en transcriptomics resultaten bevestigen eveneens dat de genen die betrokken zijn bij het opnemen van deze stoffen voornamelijk aanwezig en actief zijn in Lactococcus cremoris.
Het onderzoek maakt gebruik van een indrukwekkende reeks technieken om de microben te bestuderen die van nature aanwezig zijn in cheddar, en toont aan dat de bacteriën elkaars groei beïnvloeden. Dit is een opstapje naar het begrijpen van microben in natuurlijke omgevingen en naar het verbeteren van het kaasproductieproces door middel van de soortensamenstelling.
Link to the original post: Melkonian, C., Zorrilla, F., Kjærbølling, I. et al. Microbial interactions shape cheese flavour formation. Nat Commun 14, 8348 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-41059-2
Featured image: made with Bing Image Generator.
Vertaald door: Maaike Sangster
micro-bites.org 