Хлебная закваска – это не просто смесь муки и воды, на которой поднимается тесто. Для ученых это еще и мощный инструмент для изучения эволюции живых организмов. Привычная нам эластичная текстура и кисловатый вкус хлеба на закваске создаются сложным сообществом микроорганизмов, ферментирующих тесто. Предыдущие исследования выявили более 60 видов бактерий и свыше 80 видов дрожжей в заквасках из разных уголков мира. «Мы можем использовать закваску как экспериментальную модель эволюции, чтобы увидеть, что происходит с течением времени», – отмечает эволюционный биолог доктор Кейти Хейл.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Microbiology Spectrum, Хейл и ее коллеги из Университета штата Северная Каролина решили выяснить, как выбор муки влияет на микроорганизмы, живущие в закваске. Анализ показал, что дрожжи из рода Kazachstania стабильно доминировали во всех образцах, независимо от условий. В то же время состав бактериального сообщества напрямую зависел от типа используемой муки.
Эти результаты имеют практическое значение для пекарей. Они предполагают, что, меняя сорт муки, можно целенаправленно изменять микробный состав закваски. «А поскольку микробиом влияет на различные свойства, включая вкус, то, изменяя муку, вы потенциально можете изменить и вкус вашего хлеба», – говорит Хейл, старший автор исследования. В более широком смысле, по ее словам, результаты демонстрируют, насколько чувствителен микробиом закваски к условиям окружающей среды.
Ранее уже было известно, что на состав микроорганизмов в закваске влияет множество факторов – сама мука, воздух, поверхности на кухне и даже руки пекаря. Закваску можно приготовить из пшеничной, ржаной, ячменной, теффовой или другой муки, и каждая из них предоставляет свой уникальный набор питательных веществ, необходимых микробам для роста.
Интересно, что исследование началось как образовательный проект в местной средней школе под руководством Энрике Шварцкопфа, постдокторанта в лаборатории Хейл и увлеченного пекаря. Он разработал программу, чтобы познакомить учеников с процессами ферментации и эволюции, и предложил им поэкспериментировать с разными видами муки и графиками «кормления» закваски, чтобы выяснить, какая из них будет расти быстрее.
Для анализа микробного состава ученые применили метабаркодинг – генетический метод, позволяющий быстро идентифицировать все виды микроорганизмов в образце. В начале эксперимента каждая закваска была основана на одном из трех типов муки: общего назначения, хлебопекарной или цельнозерновой. Изначально все виды муки имели схожий бактериальный профиль и содержали разнообразные дрожжи.
Однако после нескольких недель регулярного «кормления» микробные сообщества преобразились. Удивительно, но во всех заквасках, независимо от типа муки и режима, доминирующим стал один и тот же вид дрожжей, в то время как бактериальное разнообразие оказалось выше. По словам Хейл, она ожидала обнаружить Saccharomyces cerevisiae, известные как пивные или пекарские дрожжи, но вместо этого лидером во всех образцах стали дрожжи рода Kazachstania.
Генетический анализ также выявил четкие различия между бактериями. Закваски, приготовленные на цельнозерновой муке, содержали более высокий уровень бактерий рода Companilactobacillus, в то время как в заквасках на хлебопекарной муке преобладали Levilactobacillus. Как объясняет Хейл, чья работа сосредоточена на адаптации организмов к новым средам, каждый тип муки предлагает уникальные питательные условия. Понимание этой связи помогает ученым лучше разобраться в том, как формируются, конкурируют и выживают разнообразные микробные сообщества.
