I ricercatori del MIT stanno portando la loro ricerca microbica fuori dal laboratorio e in cucina.

Il loro nuovo progetto Herman modernizza una tradizione di lunga data, con una rete digitale che tiene traccia dell'evoluzione degli antipasti a lievitazione naturale mentre vengono condivisi dai panettieri casalinghi di tutto il mondo. Attraverso il crowdsourcing delle informazioni dai partecipanti al progetto, i ricercatori, con sede presso il Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale (CEE), stanno studiando come le comunità microbiche degli starter cambiano in diverse condizioni e ambienti.

Pasta madre, una miscela di farina e acqua che, attraverso la crescita di batteri, è responsabile del gusto unico del pane a lievitazione naturale, tradizionalmente condiviso tra amici e famiglie. Gli antipasti, conosciuto affettuosamente come "Herman, " sono generalmente condivisi con istruzioni cartacee per "nutrire" il lievito madre, e una lettera di accompagnamento per tracciare il percorso del lievito madre mentre viene passato da persona a persona.

Gabriel Leventhal, un postdoc in CEE e creatore di The Herman Project, è cresciuto partecipando a reti di avviamento. Ora, lavorando con l'assistente professore della CEE Otto X. Cordero e gli studenti universitari Sarah Weidman e Lindsey McAllister, Leventhal ha lanciato The Herman Project per creare un ambiente più moderno, modo online per tracciare la diffusione dei lievito madre e per sfruttare i dati risultanti per la scienza.

"Il progetto Herman non è solo fare scienza dei cittadini e chiedere alle persone di aiutarci a raccogliere dati. Stiamo dando alle persone l'opportunità di partecipare al processo scientifico, " Dice Leventhal. "Abbiamo in programma di avere un feedback con i dati generati dai campioni [di pasta madre], dove possiamo condividere i dati e il corredo genetico di un antipasto, in modo che i partecipanti possano vedere come cambia lo starter nel tempo, e potenzialmente anche fare piccoli esperimenti a casa con i loro antipasti".

Per aiutare a dare il via al progetto, Cordero e Leventhal hanno ospitato due studenti del primo anno, Weidman e McAllister, nel loro laboratorio durante il periodo di attività indipendenti del MIT come parte del mini-Undergraduate Research Opportunities Program (UROP) della CEE. Weidman e McAllister hanno messo a punto le istruzioni per i partecipanti, progettato una piattaforma online accessibile, testato il progetto Herman nella sua fase beta, e ha condotto una ricerca online per il sito web del progetto Herman.

"La mia parte principale era lavorare sulle istruzioni, e volevamo renderlo più visivo e sembrare il più semplice possibile, " McAllister dice. "Abbiamo cercato di renderlo molto semplice e facile da seguire. Ho imparato gli strumenti di progettazione grafica e ho realizzato una grande ruota che in seguito abbiamo animato per renderla più interattiva ed evidenziare dove ti trovavi nella ruota. Poi alla fine, ti ha dato modo di scoprire quali sarebbero stati i nostri prossimi passi."

Nel frattempo, Weidman tradusse il complesso, dettagli scientifici della pasta madre in blurb più comprensibili per il sito web. "Mi è piaciuto molto il modo in cui siamo riusciti a prendere ciò che stavamo imparando e a presentarlo alla comunità, " lei dice.

Il progetto Herman funziona dando ad ogni campione di "Herman, "il lievito madre, un numero di identificazione, e utilizzando una piattaforma online per istruire gli utenti su come nutrire Herman. Herman ha bisogno di essere nutrito con altra farina e acqua per quattro giorni per acclimatarsi al nuovo ambiente di cucina e per far fermentare la miscela. Herman è quindi pronto per essere mescolato con gli ingredienti da forno e cotto. Non tutto l'antipasto viene utilizzato, però, e i partecipanti salvano parte di Herman da utilizzare per la cottura futura.

Mentre Herman è passato tra amici, i nuovi partecipanti accedono anche alle informazioni sul sito web di The Herman Project, annotando la loro posizione e il tipo di farina utilizzata durante la crescita del nuovo antipasto. Ogni utente aggiunge quindi dati per consentire ai ricercatori di studiare ed espandere la rete. Oltre ai partecipanti che registrano la loro posizione approssimativa e le condizioni ambientali di Herman mentre viene nutrito, viene anche chiesto loro di condividere un campione di Herman con il laboratorio di Cordero. I ricercatori, assistito da Weidman e McAllister, isolerà i microbi e studierà come le comunità microbiche differiscono nel tempo e negli ambienti. La rete del progetto è attualmente centralizzata nell'area metropolitana di Boston, mentre i membri del laboratorio di Cordero iniziano a condividere Herman con i loro coetanei.

"Il Progetto Herman ci permette di studiare l'evoluzione microbica nel contesto delle comunità, dove più specie coesistono e interagiscono, Spiega Cordero. «Questa è una delle frontiere del nostro campo. Ho trovato davvero elegante ed eccitante che possiamo sfruttare le dinamiche sociali intorno al lievito naturale per 'crowdsource' un esperimento di evoluzione attraverso il Progetto Herman".

L'utilizzo di microbi come batteri e lieviti è essenziale per la creazione di pasta madre e altri alimenti fermentati come vino e birra. Per la pasta madre, i microbi scompongono i carboidrati complessi nella miscela di farina e acqua e fermentano l'impasto per una serie di giorni. Questo crea anidride carbonica e produce bolle d'aria per aiutare l'impasto a lievitare. Il processo produce anche acido lattico, che conferisce all'impasto il suo sapore acidulo.

Per il progetto Herman, la combinazione delle informazioni in rete sulla diffusione di diversi lievito madre con i dati microbici dei campioni di pasta consente ai ricercatori di analizzare come cambiano le comunità microbiche durante il trasferimento tra diverse condizioni ambientali.

Si sa molto su come si evolvono i singoli microbi, ma Leventhal e Cordero stanno cercando di utilizzare The Herman Project per porre domande su se e come far parte di una comunità microbica influisce sul modo in cui i microbi si evolvono in condizioni diverse.

"Penso che il progetto Herman potrebbe aiutarci a rispondere a molte domande importanti, " dice Cordero. "Per esempio, qual è l'impatto della diversità a livello di ceppo (all'interno della specie) rispetto alla stabilità e alla funzione, ci sono traiettorie alternative per l'evoluzione, e se così fosse, cosa li controlla? Queste sono domande importanti da affrontare se vogliamo imparare a controllare e progettare i consorzi microbici".

"Le comunità microbiche sono state utilizzate come biotecnologia dalle società umane per millenni. Una differenza fondamentale tra l'utilizzo di microbi come strumenti di ingegneria e componenti inerti, però, è che "i microbi sono 'vivi'-crescono, ottengono mutazioni, e si evolvono. Dobbiamo capire come questo influenza la loro funzione come comunità se vogliamo usarli in modo sostenibile, "dice Leventhal.

Sotto la guida di Leventhal, Weidman e McAllister stanno pianificando di condurre analisi dei batteri e dei genomi dei lieviti per ottenere una comprensione completa della comunità microbica di ciascun campione come parte del loro UROP.

"Il progetto Herman è un modo davvero fantastico per prendere qualcosa che molte persone conoscono, e per indagare su cosa sta realmente accadendo, " dice McAllister.