Kefír - výsledek týmové práce mikrobů

Kefír je jednou z nejstarších fermentovaných potravin na světě. Považuje se za „superpotravinu“ s mnoha zdravotními účinky. Nový výzkum Evropské laboratoře molekulární biologie EMBL odhalil, jak vzniká díky spolupráci mezi různými druhy bakterií. Dominantní druh - Lactobacillus - nemůže přežít v mléku sám jen díky rafinované spolupráci s dalšími mikroby.

K výrobě kefíru potřebujete tým 

To je zpráva vzešlá z nového výzkumu EMBL a Cambridgeské univerzity, která byla publikována v Nature Microbiology 5. ledna 2021. Členové vědeckého týmu studovali tuto superpotravinu, která zlepšuje trávení a snižuje krevní tlak a hladinu krevní glukózy. Poté, co prostudovali 15 vzorků kefíru, objevili ke svému překvapení, že dominantní bakterie Lactobacillus vyskytující se v kefírových zrnech nemůže sama žít v mléce. Dokáže to jen tak, že spolupracuje s dalšími bakteriemi, kde se jeden druh živí metabolity dalších druhů, z nichž každý poskytuje něco, co může potřebovat jiný. „Spolupráce jim umožňuje dělat něco, co by sami nedokázali,“ říká Kiran Patil, vedoucí skupiny a odpovědný autor článku. „Je obzvláště fascinující, jak Lactobacilus kefiranofaciens, který dominuje kefírové komunitě, používá kefírová zrna k tomu, aby svázal dohromady všechny ostatní mikroby, které potřebuje k přežití“. 

Model pro mikrobiální interakce 

Pití kefíru je odedávna populární ve východní Evropě, Izraeli a oblastech Ruska a okolí. Kefír se skládá ze zrnek, která vypadají jako maličké kousky květáku ve fermentovaném mléce. Je to probiotický nápoj složený z bakterií a kvasinek. „Lidé skladovali mléko v ovčích kůžích a všimli si, že když se objevila tato zrna, zabránila zkažení mléka, a bylo možné jej déle skladovat,“ říká Sonja Blasche, postdoc v Patilově skupině a spoluautorka článku. „Vzhledem k tomu, že se mléko kazí poměrně snadno, bylo nalezení způsobu, jak ho uchovat déle, obrovsky významné.“ 

Příprava kefíru 

Chcete-li si doma vyrobit kefír, potřebujete kefírová zrna. Ta nemohou být vyrobena uměle, ale musejí pocházet z jiné dávky kefíru. Zrna se přidají do mléka a nechají se kvasit a růst. Přibližně za 24 až 48 hodin (nebo později, v případě tohoto výzkumu o 90 hodin), spotřebují bakterie v kefírových zrnech živiny, které měly k dispozici. Zrna dorostou do velikosti a počtu úměrného této době a kefírovací proces je kompletní. Zrna se odstraní a přidají do čerstvého mléka, aby proces začal znovu. 

Pro vědce však kefír poskytuje více než jen zdravý nápoj: je to snadno kultivovatelná modelová mikrobiální komunita pro studium metabolických interakcí. A zatímco kefír je v mnoha ohledech docela podobný jogurtu – oba jsou fermentované, kultivované mléčné výrobky plné ‚probiotik‘ - mikrobiální komunita kefíru je mnohem větší než ta jogurtová. Obsahuje nejen bakteriální kultury, ale i kvasinky. 

Učíme se od kefíru 

Již dříve se vědělo, že mikroorganismy často žijí v komunitách a jejich přežití závisí na ostatních členech komunity, podrobná znalost tohoto jevu však byla poměrně omezená. Laboratorní modely historicky studovaly dva nebo tři mikrobiální druhy. Teprve kefír nabídl kolem 40 druhů vhodných k podrobnějšímu studiu. Sonja zahájila tento výzkum shromážděním vzorků kefíru z několika míst. Přestože většina vzorků byla získána v Německu, je pravděpodobné, že pocházejí i odjinud, protože zrna kefíru se předávají po staletí. „Naším prvním krokem bylo podívat se, jak vzorky rostou. Kefírová mikrobiální společenství obsahují mnoho druhů s individuálními vzory růstu, které přizpůsobují aktuálnímu prostředí. To znamená rychle rostoucí a pomalu rostoucí druhy a některé, které mění rychlost růstu podle dostupnosti živin,“ říká Sonja. Není to specialita kefíru, ale komunita mikrobů v kefíru měla spoustu času na společnou evoluci a dovedla ji k dokonalosti. 

Odhalení spolupráce 

Zjištění rozsahu a povahy spolupráce mezi kefírovými mikroby nebylo zdaleka jednoduché. K tomu vědci kombinovali celou řadu nejmodernějších metod, jako je metabolomika (studium chemických procesů metabolitů), transkriptomika (studium transkriptů RNA produkovaných genomem) a matematické modelování. To odhalilo nejen klíčová činidla molekulární interakce, jako jsou aminokyseliny, ale také kontrastní dynamiku druhů mezi zrny a mléčnou částí kefíru. „Kefírové zrno funguje jako základní tábor pro komunitu kefírů, z nichž členové komunity kolonizují mléko komplexním, přesto organizovaným a kooperativním způsobem,“ říká Kiran. „Tento jev pozorujeme v kefíru, ale vidíme také, že se neomezuje pouze na kefír. Když se podíváte na celý svět mikrobiomů, spolupráce je všude klíčem k jejich struktuře a fungování.“ Ve skutečnosti vědci spojili data ze studia tisíců mikrobiálních komunit po celém světě - od půdních po ty, které kolonizují lidské střevo - aby pochopili podobné vztahy spolupráce. Vědci použili pokročilé metabolické modelování, aby ukázali, že skupiny bakterií, často se společně vyskytující na různých stanovištích, jsou vysoce konkurenceschopné nebo vysoce kooperativní. Tato ostrá polarizace nebyla dosud pozorována a vrhá nové světlo na evoluční procesy, které formují mikrobiální ekosystémy. Zatímco převládají jak konkurenční, tak družstevní společenství, zdá se, že spolupracující společenství jsou úspěšnější, pokud jde o vyšší počet a obsazení různých stanovišť. Společně jsou silnější. 

EMBL 

Vedoucí evropská laboratoř v oblasti molekulární biologie byla jako mezivládní organizace zřízena v r. 1974. Je podporována dohromady 31 státy. EMBL provádí základní výzkum v molekulární biologii a nabízí své výsledky jako službu vědecké komunitě. Vychovává novou generaci odborníků napříč různých vědeckých disciplin. Více než 1 800 zaměstnanců z více než 80 zemí pracuje na šesti místech - v Barceloně, Grenoblu, Hamburgu, Heidelbergu, Hinxtonu a Římě. Více na www.embl.org. 

Zdroje:

 https://www.embl.org/news/science/kefir-teamwork/

Sonja Blasche et al. Metabolic cooperation and spatiotemporal niche partitioning in a kefir microbial community. Nature Microbiology, published on 4 January 2021. DOI: 10.1038/s41564-020-00816-5