雖然許多微生物學家圍繞單一微生物的研究建立了整個研究生涯，但是Rachel Dutton已經(jīng)將自己的職業(yè)生涯轉向了另一個方向 - 檢查微生物的集合，但卻有著不同尋常的轉折。她研究奶酪上生長的東西。不，不是粉狀的東西，我們很多人都記得在我們的宿舍里用牛皮通心粉和奶酪盒中的牛奶混合。像她在應用物理和數(shù)學大樓的分子生物學實驗室一樣，Dutton的形象更加復雜和前沿。

Dutton是加州大學圣地亞哥分校生物科學部的助理教授，他研究了生產不同種類的手工“手工” 奶酪的細菌和真菌群落，以便更好地了解微生物群落如何形成和協(xié)同工作。“奶酪是我研究中的實驗室老鼠，”她告訴參觀者她的實驗室，里面裝滿了生長在瓊脂和牛奶凝乳上的培養(yǎng)皿 - 她稱之為“體外奶酪” - 散發(fā)出獨特的藍色氣味，瑞士，山羊奶酪和卡門培爾奶酪。

去年秋天，Dutton在哈佛大學獲得五年獨立獎學金后來到校園，在此期間，她應用新的基因測序技術揭示了來自全球10個國家的130多種手工奶酪的細菌和真菌。

她的研究對于分子生物學家來說是一項不同尋常的工作，特別是剛開始建立研究生涯的人。當微生物學家參與食物時，他們通常關注安全性，尋找方法將大腸桿菌，沙門氏菌和其他有害昆蟲排除在我們吃的東西之外。但達頓認識到世界各地的奶酪種類繁多，呼吸人類幾千年來培育的微生物群落，卻不知道是什么讓他們品嘗它們的方式。而這正是使奶酪對試圖了解微生物群落的生物學家如此具有吸引力的原因。(當然，另外一個優(yōu)點是她要采樣的手工奶酪。)

她對微生物發(fā)酵的了解 - 以及她對美食的熱情 - 甚至導致出現(xiàn)在最近一集Netflix紀錄片“煮熟”中，基于Michael Pollan的書。并且它讓她的許多科學同事相信，通過使用手工奶酪作為實驗室老鼠來研究微生物群落的不尋常方法可能并不是一個如此俗氣的想法。

“每當我告訴其他科學家我都會研究奶酪時，他們一開始就很感興趣，”她笑著說。“然后，當我解釋為什么我正在研究奶酪時，他們會說，'哦，我希望我已經(jīng)想到了這一點。' 這是解決需要解決方案的問題的另一種方式。“

為什么奶酪呢?是什么讓這個發(fā)酵乳產品由世界各地的工匠手工制作了近一萬年的人類歷史，這樣一個偉大的生態(tài)系統(tǒng)可以了解微生物群落如何隨著時間的推移而形成和發(fā)展?

“我認為奶酪是最有前景的生物系統(tǒng)，因為它具有中等水平的多樣性，”Dutton解釋說，不像酸奶，只有兩種細菌產生。“它不是超級復雜，但它不是非常簡單，這意味著我們有一個我們在一個更簡單的系統(tǒng)中看不到的相互作用，屬性和動態(tài)。我們也有細菌和真菌，所以這是一種公平研究的方法生態(tài)系統(tǒng)中的各種生物體，這是微生物學家的夢想。“

Dutton是全新的校園微生物組和微生物科學計劃的一部分，旨在匯集研究人員，他們的合作應該能夠更加詳細地了解微生物組 - 生活在我們內部和周圍的細菌，病毒和其他微生物的獨特群落 - 從中??受益人類健康與環(huán)境。

她說，有了奶酪，“我們有可能發(fā)現(xiàn)許多新的生物學，因為我們正在以其他系統(tǒng)難以實現(xiàn)的方式尋找社區(qū)，我們實際上可以在實驗室中與他們合作。

“奶酪已經(jīng)制作了將近一萬年，它就是人類如何在不知道細節(jié)的情況下非常精確地操縱微生物群落的一個例子。人們發(fā)現(xiàn)，如果他們改變了這么多的水分或添加了這種成分，它就會發(fā)生創(chuàng)建這種類型的社區(qū)而不是其他類型的社區(qū)。所以我認為有趣的是，我們可以從奶酪的歷史中學習如何實際操縱微生物群落。“數(shù)百種奶酪可分為兩大類：新鮮奶酪和陳年奶酪。制作新鮮奶酪相對簡單：將乳酸菌添加到牛，羊或山羊奶中，然后讓細菌繁殖并發(fā)酵混合物。牛奶蛋白酪蛋白的發(fā)酵和凝固使牛奶變成酸性和酸性半固體，其范圍從法國chèvre或山羊奶酪到用水牛奶制成的意大利馬蘇里拉奶酪。

“那里有很多有趣的微生物學，”達頓說。“但讓我感到非常興奮的過程的一部分就是當你把新鮮的奶酪放入洞里然后讓環(huán)境中的微生物來到那個奶酪的殖民地時。就像卡門貝爾這樣的奶酪，你實際上會在表面定植奶酪中含有一系列細菌和真菌，它們共同生活在一起并在奶酪的輪子上相互作用。“

下次你在超市的時候，仔細看看羊乳干酪的藍色紋理，一個年邁的瑞士人的輪子里的氣泡和圍著一個粘糊糊的布里的白色粉狀外皮。那些陳年奶酪是真菌和細菌在新鮮奶酪凝乳上一起工作的結果，使用幾代奶酪制造商傳承的技術將其轉化為不同的和獨特的產品。

奶酪制造商長期以來認為，手工奶酪的獨特風味是其原產地的結果，這在很大程度上歸功于它們老化的洞穴的獨特微生物組成。但是Dutton和她的哈佛同事發(fā)現(xiàn)，令人驚訝的是，無論在世界的哪個地方制作，每種奶酪的微生物構成都非常相似。換句話說，奶酪制造商在老化奶酪吸引的環(huán)境中吸引了幾乎相同的微生物，無論奶酪是在法國還是威斯康辛州生產。然而，Dutton現(xiàn)在正在更仔細地研究這些物種，看它們的基因組變化是否會導致風味產生的差異。大多數(shù)人切入布里或卡門培爾奶酪或任何其他類型的陳年奶酪的外殼時沒有意識到的一件事是外皮或外膜是一種“生物膜” - 一種含有許多不同的生物基質細菌和真菌的種類，就像粘附在牙齒上的牙菌斑一樣。

這個細菌和真菌群體如何首先聚集在一起，隨著時間的推移相互作用和演化，這是Dutton試圖回答的一些問題。從某種意義上說，手工奶酪生產過程中發(fā)生的生物相互作用可以作為一個窗口，讓Dutton可以更詳細地觀察微生物群落的相互作用。在她的實驗室里，Dutton和她的學生們從他們的“體外奶酪”系統(tǒng)中培育出來自某些手工奶酪中分離的細菌和真菌的微生物群落。

“通過體外奶酪系統(tǒng)，我們實際上正在重建我們實驗室的完整社區(qū)，”她說。“我們的目標是剖析社區(qū)內發(fā)生的互動，因為我們現(xiàn)在有能力在實驗室建立一個社區(qū)，這意味著我們也可以將其分開。我們可以觀察社區(qū)的形成和尋找它們正在發(fā)生的相互作用。我們也可以移除物種，看看它有什么影響。它真的允許我們控制變量，這就是你想做的實驗生物學家。“

為了首先了解她的奶酪樣品中有哪些微生物，她和她的學生使用由Rob Knight開發(fā)的DNA測序技術，他是負責校園微生物組計劃的兒科和計算機科學與工程教授，用于鑒定細菌。生活在人的腸道里。一旦被隔離，生物學家將它們放在實驗室冰箱中以供以后使用，以各種組合方式，以試圖了解它們如何在形成奶酪社區(qū)中相互作用。“我們可以看看這五種物種一起生長的問題，所以我們將它們從冰箱中取出，將它們放在我們的體外奶酪中，看看會發(fā)生什么，”Dutton說。“這真的擴大了我們可以提出的問題類型。”

“這是一個非?；镜哪Ｐ?，用于建立社區(qū)以及如何操縱它們，我們希望我們從這個模型系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的原則可以應用于任何環(huán)境，無論你是在考慮如何操縱腸道微生物組或皮膚微生物組，“她補充道。“人類健康方面的另一個問題是，這是一個我們正在吃的生態(tài)系統(tǒng)。我們已經(jīng)開始研究這些微生物在吃它們時會發(fā)生什么，以及它們是否真的對腸道微生物組有任何影響。 “

除了Knight之外，Dutton還與其他兩位教師領導人合作，參與了校園微生物組織計劃 - 化學和生物化學與藥理學副教授Pieter Dorrestein，以及生物學教授和長期導師Kit Pogliano，他為Dutton提供了機會。 16年前，她在加州大學圣地亞哥分校擔任大三時，在她的研究實驗室工作。

“我當時真的被科學嚇倒了，”達頓回憶道。“我認為每個研究生物學的人都會成為一名醫(yī)生，我沒有興趣或傾向于這樣做。我唯一的生物課是Kit的課程，非專業(yè)課程稱為微生物和醫(yī)學，所以我聯(lián)系了Kit，在我大三開始的時候問她，如果我能在她的實驗室做志愿者，看看我是否喜歡做科學。我只是非常喜歡在實驗室里工作。我覺得我的元素完全不在我的方式中我正在探索作為本科生的其他領域。我開始學習分子生物學和其他生物學課程，我很清楚這就是我應該做的事情。所以我把我的專業(yè)從通訊轉到了分子生物學。“2002年畢業(yè)于加州大學圣地亞哥分校，獲得分子生物學學士學位后，Dutton在加州大學洛杉磯分校的微生物實驗室工作了幾年，然后申請到哈佛醫(yī)學院的研究生院。

“我一直聽到有關哈佛大學微生物學系的很棒的事情，因為Kit在那里是一名研究生，所以這是我夢想的去處，跟隨她的腳步，”她說。“事實證明，我追隨她的腳步比我想象的更多，因為我最終在她博士工作的同一個實驗室工作。我們都與Jon Beckwith，一位非凡的科學家一起攻讀博士學位和導師。“

那么，Dutton如何回到校園，在那里她愛上了生物學，并再次與給Dutton第一次研究經(jīng)歷的導師一起工作?

“這是一個夢想，”達頓說。“感覺有點超現(xiàn)實。回到校園后，我記得我在這里作為一名本科生的第一天。能夠作為一名教授回到這里是一種了不起的經(jīng)歷。我從未想過我有一天會有機會回來幫助加州大學圣地亞哥分校培養(yǎng)下一代生物學家。“