В современном обществе, заботящемся о своем здоровье, чайный гриб пользуется всеобщим восторгом. Его привлекательность обусловлена его доступностью и предполагаемой пользой для здоровья, которая варьируется от введения пробиотиков до уничтожения вредных бактерий в организме человека..
Но, как и в случае со многими вещами в науке, в чайном грибе есть нечто большее, чем кажется на первый взгляд - в буквальном смысле. Микроскопические микробы, населяющие эту ферментированную смесь, могут дать представление о том, как взаимодействуют микробные сообщества, а точнее о том, как формируются симбиотические отношения в рамках сложных микробных моделей.
Афина Актипис, доцент кафедры психологии и доцент Центра биодизайна биокомпьютеров, безопасности и общества, сама была поклонницей чайного гриба, прежде чем углубиться в нее.
"Честно говоря, я начал заниматься чайным грибом, потому что мне очень нравился его вкус. Я начал варить его на кухне для собственного потребления. После того, как я варил его пару месяцев, я приходил домой с работы и просто смотрите на него, спрашивая: «Как ты работаешь?» Как ученый, я зашел в Google Scholar, чтобы узнать больше, но ничего не нашел."
В ответ на это Актипис объединилась с другими исследователями, чтобы собрать все кусочки головоломки, которые она нашла в ранее существовавшей литературе, и собрать их вместе, чтобы увидеть более широкую картину того, как действует чайный гриб и как разные виды микробы взаимодействуют и сотрудничают внутри.
Александр Мэй, предыдущий исследователь в лаборатории Aktipis, возглавил усилия по расширению этих знаний в обзорной статье, опубликованной в PeerJ (Журнал наук о жизни и окружающей среде). Арвинд Варсани, доцент Центра биодизайна фундаментальной и прикладной микробиомики и доцент Центра биодизайна механизмов эволюции, и Карло Малей, преподаватель Школы наук о жизни и доцент Центра биодизайна биокомпьютеров, безопасности и Общество совместно работали над обзорной статьей.
В документе анализируется каждый компонент микробной системы, предлагая понимание того, как микробы взаимодействуют и какие ресурсы они используют в качестве побочного продукта ферментативных процессов, используемых для приготовления чайного гриба.
«Мы считаем, что чайный гриб важен как модельная система, потому что это легко выращиваемое микробное сообщество, которое потенциально может ответить на интересные вопросы о сотрудничестве между различными видами», - сказал Мэй. «Микробы (включая бактерии и дрожжи в чайном грибе) на самом деле имеют много сложных социальных моделей поведения, о которых ученые только начинают узнавать. Мы думаем, что, понимая, что происходит в малом масштабе, мы можем получить представление о том, что происходит в более широком масштабе, и увидеть, сохраняются ли те же закономерности в человеческих обществах. Люди веками ели ферментированные продукты, такие как чайный гриб, но только недавно ученые начали копаться в самих системах, чтобы понять, как и почему они могут приносить пользу людям».
Комбуча производится путем добавления сахарозы в черный или зеленый чай, а затем жидкости чайного гриба из предыдущей партии. Затем поверх жидкости помещается биопленка, также полученная из предыдущей партии чайного гриба, и смесь ферментируется в течение 10-14 дней.
Хотя это может показаться не более чем простым рецептом приготовления вкусного освежения, эти ферментативные этапы на самом деле поддерживают широкий спектр микробов, иллюстрируя различные экологические концепции, которые мы обычно видим в реальном времени только с немикроскопическими организмами.
Например, дрожжи, содержащиеся в жидкости чайного гриба, производят инвертазу, фермент, который бактерии и дрожжи используют для метаболизма сахаров в качестве общественного блага. Точно так же бактерии образуют биопленку в верхней части партии, которая защищает микробы от внешних захватчиков, обеспечивает кислород и создает пространство для хранения ресурсов. Этанол и кислота, побочные продукты брожения, также сдерживают захватчиков.
Однако существует множество систем, в которых задействованы различные виды микробов, так зачем выбирать чайный гриб, чтобы проиллюстрировать эти отношения?
С ним легко обращаться (потому что его легко сделать), но он также имеет некоторую сложность, потому что он содержит так много видов, и в этом отношении он похож на микробную систему, которую вы могли бы увидеть в природе», - сказал Актипис. «Это действительно хорошая граница между простотой и сложностью».
Комбуча зарекомендовала себя как эффективный способ изучения межвидовых взаимодействий в микробном масштабе, но она может предложить гораздо больше. На основе этого исследования Aktipis и его сотрудники работают над использованием чайного гриба в качестве модели для разработки мер по улучшению здоровья человека.
Недавно стало ясно, насколько важен человеческий микробиом - баланс микробов в наших телах, с которым мы эволюционировали вместе с самого начала человечества, имеет решающее значение для здоровья человека. Нарушение этого баланса может иметь серьезные негативные последствия, но лечение людей микробами может восстановить этот баланс.
«Сейчас мы пытаемся разработать чайный гриб как систему, которая позволит нам создавать новые противомикробные продукты, основанные на нескольких видах», - сказал Актипис. «В то время как лекарства используются для уничтожения организмов, мы хотим спросить: «Как мы можем культивировать разнообразное микробное сообщество, которое может превзойти патогены в конкурентной борьбе».
Для этого исследователи берут чайный гриб и вводят новых захватчиков или удаляют некоторые химические или микробные компоненты.
«Мы пытаемся выяснить, какие части сотрудничества в области чайного гриба наиболее важны», - сказал Актипис. «Эта статья - верхушка айсберга всей исследовательской программы, которую мы разрабатываем».
Эти исследователи первыми изучили чайный гриб как модельную систему - Aktipis говорит, что это хорошее напоминание о том, что нужно знать об окружающем мире и никогда не переставать спрашивать «почему».
"В науке существует тенденция смотреть только на вещи, которые уже изучаются. Многое из того, что мы сделали с этим проектом чайного гриба, возвращается к важности наблюдения, наблюдения за миром природы. Я думаю, что это был немного потерян, и гораздо веселее осознавать свой мир и пытаться понять его."