Informatie

Waarom is de gist gestegen?


Hier zijn de aantekeningen die ik heb gemaakt voor een experiment dat ik aan het doen was (ik heb het hier niet geplaatst omdat het te lang is)

(negeer de cijfers aan het einde van het pdf-bestand)

De grafiek ziet er als volgt uit:

Zoals je in de grafiek ziet, zijn de getallen hetzelfde als die hieronder

1. Het effect dat het opraken van glucose heeft op de gistgroei Onze gist nam in aantal toe door zich snel te delen. Ze gebruiken glucose om te ademen en energie vrij te maken. Ze hebben energie nodig om te groeien.

2. Waarom de gist weer begint te groeien De gist begint in volume af te nemen als de glucose op is.

3. Patronen in grafieken beschrijven De gist breekt het zetmeel af tot glucose

Het probleem is, waarom is de gist aan het einde gestegen?, Ik ben het vergeten?

Bij voorbaat dank


Eerst wordt de glucose door anaërobe fermentatie gereduceerd tot ethanol en kooldioxide. De gist gebruikt de geproduceerde energie voor een snelle groei en deling (1). Zodra alle glucose is verbruikt, verandert het metabolisme van de gist van anerobe fermentatie in aerobe ademhaling (zuurstof is vereist). Dit wordt diauxische verschuiving genoemd. Gedurende deze tijd stopt de gist met groeien (2). Na deze verschuiving reduceert de gist de ethanol verder tot kooldioxide en water. De opgewekte energie wordt gebruikt voor de tweede groeifase (3). Hoop dat dit je vraag beantwoordt. Beste Vanessa


Gistgistingslaboratoriumrapport

Invoering:
Fermentatie is een metabolische route die ATP-moleculen produceert onder anaërobe omstandigheden (ondergaat alleen glycolyse), NAD+ wordt direct bij glycolyse gebruikt om ATP-moleculen te vormen, wat niet zo efficiënt is als cellulaire ademhaling omdat tijdens de glycolyse alleen 2ATP-moleculen worden gevormd. Eén type fermentatie is alcoholfermentatie, het produceert pyruvaatmoleculen gemaakt door glycolyse en de gist zal het afbreken om koolstofdioxide af te geven, de reactant is glucose en de bijproducten zijn ethanol en koolstofdioxide. In dit lab is het de bedoeling om te meten of de veranderingen in de substraatconcentratie de snelheid van de anaërobe ademhaling zullen beïnvloeden. Omdat de reactiesnelheid verwijst naar hoe snel de reactanten worden opgebruikt of hoe snel de producten worden gevormd, is een methode om het afgegeven gasvolume te meten, hoe meer gas dat per tijdsinterval wordt afgegeven, resulteert in snellere reacties.

Vraag:
Zullen de veranderingen in de substraatconcentratie de snelheid van de anaërobe reactie beïnvloeden? Waarom of waarom niet? Wat zijn de onafhankelijke variabele en afhankelijke variabele in deze laboratoriumactiviteit? Wat zijn enkele andere gecontroleerde variabelen?

Hypothese:
Als de substraatconcentraties worden gewijzigd, zal naarmate de concentratie toeneemt, ook de snelheid van de anaërobe reactie toenemen, omdat de toename van de reactantconcentratie betekent dat er meer reactantdeeltjes zijn en er een grotere kans is dat deze deeltjes botsen en de reactie laten plaatsvinden . De onafhankelijke variabele is de concentratie van het substraat en de afhankelijke variabele is degene die zal worden gemeten, namelijk het gasvolume. De gecontroleerde variabelen zijn de temperatuur, de hoeveelheid gist en het water.

Materialen:
Drie enveloppen actieve droge gist
Water
Suiker
Drie flessen van 500 ml
Drie ballonnen (middelgroot)
Maatbekers
Maatlepels
Thermometer
Meetlint.

Procedure:
1) Het water op kamertemperatuur werd bereid en gemeten met behulp van een thermometer. 2) De drie flessen waren geëtiketteerd
1. 5 ml suiker
2. 10 ml suiker
3. 15 ml suiker
3) 150 ml water op kamertemperatuur werd toegevoegd aan elke 3 flessen 4) Een pakket actieve droge gist werd toegevoegd aan de fles met het label '5 ml' en de oplossing werd rondgewerveld. 5) Er werd 5 ml suiker aan de oplossing toegevoegd en er werd een ballon over de opening van de fles geplaatst om het verlies van gas uit het systeem te minimaliseren. 6) De tape werd gebruikt om de gasophoping in de ballon na 1 minuut te meten. Meting en kwalitatieve waarnemingen werden geregistreerd. 7) De gasophoping in de ballon werd gemeten en geregistreerd met tussenpozen van één minuut gedurende in totaal 10 minuten (er werden kwalitatieve waarnemingen bijgevoegd) 8) Een pakje actieve droge gist werd toegevoegd aan de fles met het label '10 ml suiker' en de oplossing werd zachtjes door de staaf gezwenkt. 9) 10 ml suiker werd aan de oplossing toegevoegd en de ballon werd snel over de opening van de fles geplaatst om het verlies van gas uit het systeem te minimaliseren. 10) De tape werd gebruikt om de gasophoping in de ballon na 1 minuut te meten. Meting en kwalitatieve waarnemingen werden geregistreerd. 11) De gasophoping in de ballon werd gemeten en geregistreerd met tussenpozen van één minuut gedurende in totaal 10 minuten (er werden kwalitatieve observaties opgenomen) 12) De 8-11 stappen voor elk van de resterende flessen werden herhaald, de suikerconcentratie werd dienovereenkomstig aangepast . Observatie:

De fles met een hogere suikerconcentratie heeft de neiging om meer koolstofdioxide te produceren. Na 10 minuten produceerde de suikerfles van 15 ml/10% kooldioxide, die de ballon met 4,375 inch in beslag nam, terwijl de suikerfles van 5 ml/3% alleen kooldioxide afgaf die 2,25 inch in beslag nam. Resultaten:

Concentratie
(ml/ml)
Kooldioxide geproduceerd/1min
(Inches)
Kooldioxide geproduceerd/5mins
(Inches)
Kooldioxide geproduceerd/10 minuten
(Inches)
3%
0.0125.


Little Cell, Big Science: de opkomst (en ondergang?) van gistonderzoek

Manchester, het post-industriële hart en centrum van Noord-Engeland, staat bekend om zijn voetbalfanatisme, de pop somberheid en bezwijming van The Smiths, een constante motregen van somber weer, en voor een select aantal mensen het gezamenlijke werk karnen in een off- wit universiteitsgebouw in het centrum van de stad. Gezien de liefde van de stad voor de pub, is het misschien een soort karma dat het Manchester Centre for Integrative Systems Biology (MCISB) hier zijn winkel heeft gevestigd: de onderzoekers zijn toegewijd aan gist.

Wayne Aubrey, een postdoc van begin dertig, met een winderige, slonzige bob en ronde, vriendelijke bruine ogen, is een van die bijzondere onderzoekers. Op een lenteochtend in 2012 stapte Wayne snel van zijn fiets naar een klein glazen veiligheidshekje buiten het centrum. Buitenshuis en oorspronkelijk uit Wales, is hij net terug van een snowboardtrip, waarbij hij het diepe wit van de poederfrisse bergen heeft ingeruild voor de nieuwe, gebroken witte vijf verdiepingen hoge universiteitspost die voor hem opdoemt.

Het gebouw, het Manchester Interdisciplinair Biocentrum (MIB) genoemd, heeft een open ontwerp, bedoeld om de samenwerking tussen biochemici, computerwetenschappers, ingenieurs, wiskundigen en natuurkundigen te bevorderen. Het gebouw herbergt ook het Manchester Centre, de MCISB, waar Wayne en zijn collega's werken. De MCISB, opgericht in 2006 en gefinancierd door een competitieve subsidie, was bedoeld om gedurende ten minste tien jaar het leven te bestuderen door computermodellen te maken die levende organismen vertegenwoordigen, zoals gist. Op zijn hoogtepunt in 2008 huisvestte het multidisciplinaire centrum ongeveer twaalf fulltime postdocs uit een breed scala aan wetenschappelijke gebieden, die allemaal samenwerkten met een ongebruikelijke, innovatieve benadering van wetenschap. Maar in het tijdperk van bezuinigingen en veranderende prioriteiten was de financiering al na zes jaar op, waardoor het werk van het Centrum aan gist, de banen van Wayne's collega's en Wayne's eigen carrièrepad op het spel stonden .

Toch was er, althans voorlopig, werk aan de winkel. Wayne klom drie trappen op en pakte zijn laboratoriumjas. Waynes achtergrond, net als die van de meeste van zijn collega's in het Centrum, is multidisciplinair: voordat hij naar Manchester kwam, was hij betrokken bij het bouwen van 'Adam', een robotwetenschapper die sommige experimenten automatiseert, zodat menselijke wetenschappers geen om ze allemaal uit te voeren en uit te voeren. Deze speciale achtergrond in zowel biologie als informatica bezorgde Wayne de baan in het Manchester Centre.

Maar op deze dag was zijn laboratoriumwerk dat van een klassieke 'wetbioloog'

Terwijl hij een stapel petrischalen uit elkaar schoof tot een nette rij, rapporteerde Wayne met een snelle glimlach: "We kweken veel gelukkige cellen." Het lab is als een steriele uitgroei van of inspiratie voor The Container Store: glas en plastic potten, schalen, flessen, buizen en kolven, allemaal met de juiste maat rode en blauwe sidekick-deksels, leven op planken boven rijen laboratoriumbalies. Tape en etiketstickers steken wat onhandig uit verschillende lades en dozen die ze veel gebruiken. Kleine plastic bakken, zoals dozen voor visgerei met bijna doorschijnende bovenkanten, staan ​​onder elke hoek langs de toonbanken. Bijna als een noodzakelijke bijzaak, zelfs in dit multidisciplinaire centrum, worden computerschermen ernaast geschoven, kabels eindeloos slingerend tussen planken en tafels.

Wayne pakte een kolf met oplossing en begon de routine van het gieten van afgemeten hoeveelheden in de 8217 platte schijven van de schaal. “De truc,' merkte hij op, 'is om luchtbellen te voorkomen, zodat het enige wat later in de gerechten zichtbaar is gist is.'8221

Elk lab heeft zijn eigen romances en ritmes, zijn eigen idealen en intriges en zijn eigen rituele routines van dagelijkse voorbereiding.

Als een van de organismen die vaak voor de biologie worden gebruikt, bevindt gist zich al eeuwen op de laboratoriumtafel. Je zou kunnen zeggen dat het de kleine zwarte jurk van biologielabs is. Biologen houden het bij de hand omdat gist, als een eenvoudig eencellig organisme, zeer functioneel, veelzijdig en bruikbaar is gebleken voor allerlei soorten partijen. , elk een uitgebreide inspanning van de gemeenschap.

Hoe gist de beste vriend van de microbioloog werd, heeft alles te maken met een andere partijfavoriet (en big business): alcohol. Zowel industriëlen als regeringen betaalden vroege biologen en chemici om aan het fermentatieproces te sleutelen om erachter te komen waarom bier en wijn zo gemakkelijk bederven. Het resulterende onderzoek vertelt een belangrijk verhaal, niet alleen over de ontwikkeling van de moderne biologie, maar ook over het proces van wetenschappelijke vooruitgang zelf.

In moderne laboratoria wordt gist meestal aan het werk gezet voor de geheimen die het kan ontrafelen met betrekking tot de menselijke gezondheid. Met nieuwe experimenten en computermodellen brengen systeembiologen in kaart hoe één gistcel als levend systeem functioneert. Hoewel we veel weten over de verschillende componenten waaruit de genen, eiwitten, enzymen, enz. van een gistcel bestaan, weten we nog niet hoe deze verschillende componenten op elkaar inwerken om levende gist te vormen. De onderzoekers van het Manchester Centre bestuderen dit levende systeem, proberen deze interacties te begrijpen en zichtbaar te maken. Hun uiteindelijke doel: een computermodel van gist maken dat kan laten zien hoe de verschillende elementen op elkaar inwerken. Hun hoop is dat dit gistmodel licht zal werpen op hoe complexere systemen, zoals bijvoorbeeld een hart, of een lever, of zelfs een heel mens, functioneren, falen, overleven en gedijen.

Maar een gistmodel zou enorme hoeveelheden gegevens vergen en moeten begrijpen. Naast de petrischalen zette Wayne pipetten, kolven en een plastic bakje neer, zijn gedrag gemakkelijk en afgemeten. Maar dit experiment, ingewikkeld en tijdgevoelig, kon niet solo worden uitgevoerd. Wayne wachtte op Mara Nardelli, zijn laboratoriumpartner en collega-gistonderzoeker. Toen ze aankwam, begonnen ze een snelle dans van gerecht naar gerecht te maken, waarbij ze elk met suiker laadden om precies te zien hoe snel gist het opeet. Ze hoopten dat het experiment hen duidelijke numerieke gegevens zou opleveren over de snelheid waarmee gist suiker opneemt. Als het overeen zou komen met andere bevindingen, zou het misschien nuttig kunnen zijn voor de collega-systeembiologen van Wayne en Mara's andere laboratoriumgenoten, die probeerden gist en zijn innerlijke werking in wiskundige termen te formuleren en die termen vervolgens in visuele modellen te vertalen.

Het bedenken van een geautomatiseerd model van gist was het hoofddoel van het Manchester Centre, maar na zes jaar lijkt het nog steeds een eind weg te zijn. Verder weg, om eerlijk te zijn, dan iemand eigenlijk had verwacht. Gist leek vrij eenvoudig: het is een klein, eenvoudig organisme dat zich volledig in één cel bevindt. En toch bleek het verrassend moeilijk te modelleren. Het blijkt dat het leven, zelfs voor een zo 'eenvoudig' organisme als gist, zeer complex is.

Het lijkt vreemd, gaf Wayne toe, dat we na honderden jaren onderzoek nog steeds niet weten hoe gist werkt. 'Maar' wierp hij tegen, 'gist blijft de best begrepen cel ter wereld. Ik weet meer over gist dan over iets anders, en er zijn waarschijnlijk net zoveel gistbiologen in de wereld als er genen in gist zitten - dat is zesduizend.' Het enorme aantal genen hielp Wayne om de complexiteit van gist te onderstrepen: & #8220Om de interacties volledig in kaart te brengen, moet je kijken naar de manieren waarop deze 6.000 genen op elkaar inwerken, dus dat betekent (6000&2156001)/2, dat is meer dan 18 miljoen potentiële interacties. Je kunt het je niet voorstellen!” En daar houdt de complexiteit niet op, vervolgde Wayne: “Je hebt nu de interacties tussen de genen, maar je zou nog steeds de interacties van alle andere componenten van de gistcel moeten optellen om om een ​​volledig model te maken.' Dat wil zeggen, je moet rekening houden met de verschillende metabolieten en andere elementen waaruit een gistcel bestaat.

Ondanks de inspanningen van de gistmodelleurs, hoopt het veld van systeembiologie nog steeds complexere levensvormen te modelleren om een ​​revolutie teweeg te brengen in de geneeskunde: de Britse wetenschapper en visionair systeembiologie Denis Noble heeft een team laten werken aan een virtueel model van het hart gedurende meer dan twintig jaar, terwijl een groot nationaal team van Duitse onderzoekers, gefinancierd door het Duitse federale ministerie, een virtueel levermodel ontwikkelt. Maar als we niet eens kunnen begrijpen hoe een eencellig organisme functioneert als een levend systeem, zou je je redelijkerwijs kunnen afvragen of we veilig kunnen opschalen naar grotere, complexere organismen. Zouden we echt, zoals sommige wetenschappers hopen, uiteindelijk een compleet mens kunnen modelleren?

Kunnen we deze modellen bovendien gebruiken om de menselijke gezondheid en zorg te verbeteren? Zal systeembiologie ons systeemgeneeskunde brengen? De Amerikaanse systeembioloog Leroy Hood, die onlangs de prestigieuze National Medal of Science van president Obama ontving, noemde dit idee “P4 medicine'8221'the p'8217s staat voor Voorspellend, preventief, gepersonaliseerd, en Participatief. Hij stelt zich voor dat hart- en levermodellen kunnen worden 'gepersonaliseerd', wat inhoudt dat iedereen zijn of haar eigen model zou hebben, gebaseerd op individuele genetische en andere biologische informatie. Net zoals u nu uw eigen genetisch profiel kunt bestellen (tegen een prijs), zou u een model van uzelf kunnen hebben, dat artsen zouden kunnen gebruiken om uw medische problemen te diagnosticeren of zelfs te voorspellen. Op basis van het model zouden ook 'preventieve' maatregelen genomen kunnen worden. En het zijn niet alleen medische professionals die kunnen helpen bij het genezen en voorkomen van ziekten, maar ook de patiënt zou kunnen 'participeren'8221 in dit proces.

In het geval van hartziekten kan een model bijvoorbeeld bestaande problemen of toekomstige risico's beter in beeld brengen. Dit kan artsen helpen bij het uitvoeren van specifieke tests, het uitvoeren van operaties of het voorschrijven van medicijnen en patiënten kunnen zelf ook speciale elektronische apparaten of apps voor mobiele telefoons gebruiken om cholesterol te meten, hun hartslag te controleren en eetpatronen en fysieke activiteit aan te passen om risico's te verminderen. Of een patiënt kan een model van zijn of haar lever (het orgaan dat medicijnen verteert) gebruiken om te bepalen welke medicijnen het meest effectief zijn, welke dosis hij moet nemen en op welk tijdstip van de dag. Gezondheidszorg zou steeds persoonlijker en nauwkeuriger worden, en mensen zouden in feite hun eigen door technologie ondersteunde artsen kunnen worden, hun eigen gezondheid beheren en daardoor langer en gezonder leven.

Het klinkt best verbazingwekkend en als de systeembiologen gelijk hebben over ons vermogen om complexe modellen te bouwen, zou het ooit werkelijkheid kunnen worden. Maar hebben ze gelijk, of zijn ze te optimistisch? De ervaring van onderzoekers met gist suggereert dat een gepersonaliseerd model van je lever op tien jaar antidepressiva en een ander van je hart dat herstelt van invasieve klepreparatie verder weg zou kunnen zijn dan we zouden willen. Ze zijn misschien zelfs onmogelijk.

Het bleek al moeilijk genoeg om het eenvoudige eencellige organisme van gist te modelleren. Maar dit zou de cruciale eerste stap kunnen zijn, en de gistonderzoekers van het Centrum waren nog niet klaar om op te geven. Verre van. Toen Wayne klaar was met het opzetten van de laatste petrischalen, kwam Mara binnen. Ze had een gouden huid, was goedaardig en extravert en was het sociale centrum van de MCISB. Even zaten zij en Wayne op de laboratoriumbank de voorbereidingen voor het experiment van de dag door te nemen in een soort checklist voor gesprekken.

Toen stond Mara op, haar dikke Italiaanse krullen wegstoppend en uitkijkend over het keurig verzorgde hightech Tupperware-feestje. Ze zuchtte en wendde zich weer tot Wayne. “Klaar?”

Mensen gebruikten al duizenden jaren gist om het leemachtige, schuimige schuim van de ene broodschaal of wijnkuip te lepelen en in een andere te stoppen voordat ze begrepen wat deze ziedende substantie was of wat het precies deed. Hiërogliefen uit het oude Egypte suggereerden gist al als een essentiële hulp voor de bakker en brouwer, maar ze schetsten niet de magie ervan: dat mensen gist hadden geïdentificeerd en geïsoleerd om brood te laten rijzen en druivensap pittig genoeg was. Zoals de grote anatoom- en evolutietheorie-advocaat Thomas Henry Huxley in een lezing uit 1871 verklaarde: "Het is zeer te danken aan de vindingrijkheid van onze voorouders dat de bijzondere eigenschap van gefermenteerde vloeistoffen, op grond waarvan ze het hart van de mens verheugen ,'Het schijnt bekend te zijn geweest in de meest afgelegen perioden waarvan we gegevens hebben.'

Alle verschillende taalkundige iteraties van gist'gäscht, gischt, gest, gist, yst, barm, beorm, bären, hefe—verwijzen naar dezelfde beschrijvende actie en gebeurtenis: verhogen, stijgen, verdragen, zoals Huxley het uitdrukte, “‘yeasty’ golven en ‘gusty’ briesjes.” Deze voorspelbare, als chaotisch en modderig, vlezig proces'8212fermentatie' stond ook bekend om het oorspronkelijke graan te zuiveren tot zijn vloeibare essentie 'zijn 'geest', die, zoals Huxley het beschreef, 'een wonderbaarlijke invloed heeft op het zenuwstelsel, zodat in kleine doses is het opwindend, terwijl het in grotere hoeveelheden bedwelmd is.”

Hoewel bier en wijn duizenden en duizenden jaren tot het dagelijkse leven behoorden, was het maken van wijn en bier een zwaar beroep, juist omdat niet duidelijk was wat de gave van gist precies was. Tot ongeveer 150 jaar geleden was massale bederf van zowel commerciële als zelfgemaakte alcoholische verbruiksartikelen ongelooflijk gewoon. Stel je voor dat je levensonderhoud of dagelijkse bevrediging afhankelijk is van je eigen handgemaakte brouwsels. Stel je nu eens voor dat je op een vochtige nacht naar je kelder strompelt om een ​​slok of een vat te halen voor jezelf, je buren of de plaatselijke taverne. In plaats daarvan word je aangevallen door een bedorven geur die uit de helft van je houten drums komt. Je schept in een van je vaten en ontdekt een intens zuur of zwavelachtig brouwsel. In de tussentijd is er wat drank op je vloer geklotst, en de bouillon is zo ranzig, hij is glad met zijn eigen nare wending. Wat veroorzaakte dit snelle wegglijden in bederf? Deze vraag lokte menig vroege wetenschapper naar de laboratoriumbank, deels omdat de financiering gereed was.

In een artikel uit 2003 over gistonderzoek in het tijdschrift Microbiologie, legt James A. Barnett uit dat, omdat fermentatie zo belangrijk was voor het dagelijks leven en de hele economie, het wetenschappelijk onderzoek naar gist in de zeventiende eeuw begon en in de achttiende eeuw werd geformaliseerd door scheikundigen en niet door natuurhistorici (zoals vroege biologen). werden genoemd) die oorspronkelijk geïnteresseerd waren in het fermentatieproces als een reeks chemische reacties.

Hoe gist de beste vriend van de microbioloog werd, heeft alles te maken met een andere partijfavoriet (en big business): alcohol.

Aan het eind van de achttiende eeuw in Florence maakte Giovanni Valentino Fabbroni deel uit van de eerste golf van gistonderzoek. Fabbroni is een echte Renaissance-man die zich bezighield met politiek en elektrochemie, boekdelen schreef over landbouwpraktijken en Italië hielp het metrieke stelsel aan te passen - bepaald dat er gist aanwezig moet zijn om de gisting te laten beginnen. Maar hij besloot zijn werk ook met iets opmerkelijks: Fabbroni categoriseerde gist als een 'vegeto-dier', iets dat lijkt op een levend organisme dat verantwoordelijk is voor het fermentatieproces.

Twee jaar later, in 1789 en in Frankrijk, concentreerde Antoine Lavoisier zich op fermentatie bij het maken van wijn, opnieuw als een chemisch proces. Zoals Barnett uitlegt, lijkt hij de eerste persoon te zijn die een chemische reactie beschrijft door middel van een vergelijking, die schrijft: druivenmost = koolzuur + alcohol. Lavoisier, die werd geboren in de aristocratie, werd advocaat terwijl hij alles nastreefde, van botanie tot meteorologie. Op zijn zesentwintigste werd hij verkozen tot lid van de Academie van Wetenschappen, kocht een deel van een advocatenkantoor dat gespecialiseerd was in belastinginning voor de staat, en terwijl hij aan zijn eigen verbrandingstheorie werkte, werd hij uiteindelijk beschouwd als de vader van Frankrijk van de moderne scheikunde.” De Franse regering, toen 's werelds grootste wijnleverancier (tegenwoordig staat het op de tweede plaats, na Italië), had de ontdekkingen van Lavoisier nodig en ook hard: Frankrijk moest de letterlijke en figuurlijke bederf van zijn meest winstgevende industrie. Maar toen de revolutie vatte, impliceerde Lavoisier's roem en rijkdom hem als een soldaat van het regime. Lavoisier werd gearresteerd voor zijn rol als tollenaar, maar werd berecht en veroordeeld als verrader en onthoofd in 1794. De Italiaanse wiskundige en astronoom Joseph-Louis Lagrange rouwde publiekelijk: 'Het kostte hen slechts een oogwenk om zijn hoofd af te hakken, en een honderd jaar is misschien niet voldoende om zijn gelijke te reproduceren.”

Lagrange was inderdaad iets op het spoor: de leiders van de nieuwe regering hadden al snel behoefte aan wetenschappelijke hulp voor de wijn- en gedistilleerde drankenindustrie. In 1803 bood het Institut de France een medaille van puur goud aan voor elke wetenschapper die de sleutelfactor in het fermentatieproces kon specificeren. Er gingen nog dertig jaar voorbij voordat de wetenschappelijke gemeenschap veel van een idee had en de ontdekking ervan de gemeenschap uit elkaar scheurde.

Tegen de jaren 1830, met behulp van een nieuwe microscoopvergroting, kwamen Friedrich Kützing en Theodor Schwann, beide Duitsers, en Charles Cagniard-Latour, een Fransman, onafhankelijk tot de conclusie dat gist verantwoordelijk was voor het vergisten van granen. En veel meer dan dat: deze gisten, de wetenschappers nerveus omzoomd, eh, ze leken te leven.

Cagniard-Latour concentreerde zich op de vormen van zowel bier- als wijngisten en beschreef hun cellulaire bolvormige contouren als minder op chemische stoffen en meer op organismen in het plantenrijk. Schwann dreef de categorisering nog verder door: na aanhoudend en voortdurend microscopisch onderzoek verklaarde hij dat gist eruitziet, zich gedraagt ​​als en duidelijk lid is van de schimmelfamilie, zonder twijfel een plant. De cel van #8217 was in wezen zijn lichaam, wat betekent dat elke gistcel een compleet organisme was, enigszins onafhankelijk van de andere gistorganismen. K'252tzing, een apothekersassistent met een beperkte formele opleiding, publiceerde uitgebreide illustraties van gist en speculeerde dat verschillende soorten gist anders gefermenteerd werden. Zijn speculatie werd drie decennia later bevestigd. Uit hun individuele laboratoriumplekken concludeerden de drie wetenschappers elk hetzelfde: gist leeft niet alleen, maar eet ook de suikers van granen of druiven, en deze vertering, die zuur en alcohol creëert, is in feite , fermentatie.

Deze abrupte herformulering van fermentatie als een staaltje van biologie veroorzaakte opschudding. Sommige scheikundige reuzen in het veld, zoals Justus von Liebig, vonden het ronduit belachelijk. Von Liebig, een vooraanstaande scheikundeleraar en theoreticus, verkondigde dat als gist nog leefde, de groei en integriteit van alle wetenschap ernstig gevaar liep: Als we de argumenten waarmee deze vitalistische theorie van fermentatie wordt ondersteund en verdedigd, strikt onderzoeken, voelen we ons onszelf teruggevoerd naar de kinderschoenen van de wetenschap.' Von Liebig ging zelfs zo ver dat hij anoniem (met een andere beroemde en even beledigde chemicus, Friedrich W'246hler) een satirisch tijdschriftartikel publiceerde waarin gisten werden afgebeeld als kleine dieren die feesten over suiker en pissen en poepen koolzuur en alcohol.

Hoewel hij zelf weinig experimenteel onderzoek deed naar gist en fermentatie, hield Von Liebig vol dat de gisten slechts het resultaat waren van een chemisch proces. Chemische reacties zouden misschien gist kunnen produceren, gaf hij toe, maar de gisten zelf zouden nooit levend, noch actief, noch de agenten van verandering kunnen zijn.

Von Liebig bleef bij dit verhaal, zelfs nadat Louis Pasteur, een andere beroemde chemicus, giststudie begon en daardoor uiteindelijk de eerste beroemde microbioloog ter wereld werd.

Deze langdurige onderzoeken naar en disciplinaire geschillen over de aard van gist herschikten het wetenschappelijke landschap: de grenzen tussen chemie en biologie verschoven en maakten plaats voor een nieuw veld, microbiologie, de studie van de kleinste vormen van leven.

Terug in het moderne Manchester dansten Mara en Wayne een bekende dans. Achter de laboratoriumbank draaiden hun armen met klokachtige precisie terwijl ze de gistcellen een suikeroplossing toedienden in een patroon en onderbroken tijdframes, en vervolgens de gist snel in kleine conische PCR-buisjes pipetteerden.

Al snel hield Mara een blauwe plastic bak met omgekeerde conische buisjes vast, die ze langzaam naar de analysemachine leidde die bovenop de labtafel stond. De machine zag eruit als het onderdeel van een desktopcomputer waarin het moederbord, de processor, de harde schijf, de ventilator en allerlei soorten schijven en poorten zijn ondergebracht. Het is de breedte van ten minste twee van deze omvangrijke en vierkante systeemeenheden, en de helft ervan is glanzend met getinte ruiten. Dikke kabels en een slang stroomden als tentakels uit zijn achterkant.

Biologen hebben een favoriete grap over gist: net als mannen is het maar in twee dingen geïnteresseerd: seks en suiker. Wayne legde uit: 'Dit komt omdat gist één membraaneiwit heeft, of celoppervlakreceptor, dat suiker bindt en één dat het feromoon van het andere paringstype bindt.' De opname van suiker is wat Mara en Wayne hebben onderzocht: de grote machine scant, meet en analyseert hoe en hoe snel de gist zijn zin krijgt met suiker. De resultaten verschijnen op het voorscherm en vertalen de resultaten van het experiment naar numerieke gegevens en grafieken. De resultaten voor elke set buisjes worden in een grafiek gegoten, die het patroon van de suikeropname door de gistcellen in de loop van de tijd laat zien. Gewoonlijk tonen de grafieken dezelfde soorten patronen: lijnen die langzaam omhoog of omlaag gaan, met weinig variatie van grafiek tot grafiek. Als er grote discrepanties in de patronen ontstaan, weten de wetenschappers meestal dat er iets mis is gegaan in het experiment. Mara en Wayne en de '8217s 'droge biologen' van het Centrum (zij die wiskundige modellen van gist bouwen met computers) hoopten dat inzicht in hoe gist de suikeropname reguleert hen zou helpen beter te begrijpen hoe de cellen groeien. Gistcellen groeien snel en kunnen worden gezien als een proxy voor het genereren van menselijke cellen omdat processen in beide cellen vergelijkbaar zijn. Zoveel over gist, legde Wayne uit, is direct van toepassing op menselijke cellen. Als we meer weten over hoe gistcellen werken, krijgen we een beter beeld van hoe menselijke cellen functioneren of slecht functioneren. Het begrijpen van de ontwikkeling en groei van gistcellen kan worden vertaald naar groei in gezonde menselijke cellen, maar ook in ongezonde menselijke cellen, zoals kwaadaardige kankercellen.

Biologen hebben een favoriete grap over gist: net als mannen is het maar in twee dingen geïnteresseerd: seks en suiker.

Mara werkt al heel lang in het lab met gist. In veel opzichten is Mara bij het Centrum geweest voordat het zelfs het Centrum werd. Veertien jaar geleden, in 1998, werd Mara uit haar geliefde Italië weggestuurd voor een postdoc in Manchester. Hoewel ze met tegenzin naar hier verhuisde vanuit Puglia, een bijzonder mooie plek op de hiel van de laars van Italië, werd ze een inwoner van Manchester uit Mancunië. Haar jeugdliefde volgde haar naar Manchester, en samen kregen ze een zoon, die zelf aan de Universiteit van Manchester belandde. Mara schreef zelfs een blog over het leven in Manchester voor mede-Britse Italianen.

Mara's onderzoeksachtergrond lag in de biochemie. Ze promoveerde aan de Universiteit van Napels Federico II en de Universiteit van Bari, en ging daarna verder in Bari als Fellow van de Italiaanse Nationale Onderzoeksraad (CNR), waar ze werkte aan genexpressie in tumoren bij mensen en ratten. De professor met wie ze als postdoc in Manchester werkte, John McCarthy, was een van de sleutelfiguren achter de MIB, dus is ze sinds de start in 2006 verbonden aan het Manchester Interdisciplinair Biocentre. Binnen de MIB werd ze onderdeel van van het Manchester Centre for Integrative Systems Biology (MCISB), opgericht door professor Douglas Kell, die ook vanwege de traditie van Manchester op het gebied van gistonderzoek en zijn toewijding aan de nieuwe biowetenschappen, een nationale financieringswedstrijd won om een ​​centrum te creëren een model van gist maken in de computer. De MCISB trok al snel nieuwe hoogleraren en onderzoekers aan. De kerngroep wetenschappers die met gist aan de slag gingen, bestond grotendeels uit twintigers en dertigers, bestond uit zowel wetenschappers die experimenteren met het leven in het lab als wetenschappers die achter computers werken , modellen bouwen en herzien op basis van de resultaten van de experimenten van de natte wetenschappers. Mara ondersteunde het onderwijsprogramma, begeleidde promovendi en assisteerde postdocs zoals Wayne, om experimenten op de juiste manier uit te voeren.

De kerngroep van de onderzoekers van MCISB deelde in wezen één groot kantoor niet ver van de labruimte. Het was de bedoeling dat de architecten van het gebouw een ruimte hadden gecreëerd die innovatie en ontdekking in de biologie zou bevorderen. Zoals Wayne het beschreef: 'Het is een erg gemengde benadering van het gebouw. Door de indeling van het gebouw kom je vaker mensen tegen en kom je ze vaker tegen. Je staat meer te popelen om met mensen te gaan praten en ze te vragen, weet je, hoe doe ik dit, hoe gebruik ik dat, of wie bij dit apparaat hoort.'

In plaats van te zwoegen in afzonderlijke laboratoria onder afzonderlijke professoren, voelden de gistonderzoekers die in één grote ruimte samenwerkten aan één verenigd project, de uniciteit van zowel hun onderneming als hun gemeenschap. Op donderdagmiddagen ging het team vaak naar Canal Street, in Manchester's '8220gay village', voor een paar biertjes. Er ontstonden vriendschappen. Twee van hen werden zelfs verliefd en trouwden. “We werden een grote familie,” zei een van hen, en de anderen waren het er allemaal mee eens.

Beginning the long wait for their results, Mara and Wayne cleaned up the bench in an easy quiet, gathering up used petri dishes and pipettes, and nodding to each other as they went.

Louis Pasteur liked his lab in Arbois.

Unlike most nineteenth-century laboratories of world-class scientists, the Arbois lab was small and light and simple. Long, fine microscopes were pedestaled on clean, sturdy wooden tables. While working on his lab logs, Pasteur, whose neat beard across his broad face accentuated the stern downward pull of the corners of his mouth, could sit on a bowed-back chair and look out onto pastoral rolling hills, speckled with vineyards. The lab also had the great advantage of being near his family home.

Pasteur was born in Dole, in the east of France, in 1822, but when he was about five, his father moved the family south to Arbois to rent a tannery—a notoriously messy and smelly trade. The area was known for its yellow and straw wines and its perch on the Cuisance River. Pasteur spent his childhood there.

Arbois is where, as a child, Pasteur declared he wanted to be an artist. It’s where he moved back from a Parisian boarding school at the age of sixteen, declaring he was homesick. And it’s where he’d return to spend almost every summer of his adult life. Eventually, Pasteur would bury his mother, father, and three of his children—two of whom died of typhoid fever before they were ten—in Arbois. And it was inArbois—not in his lab at the prestigious École normale supérieure in Paris, nor in the lab at his university post in Lille—where he bought a vineyard and set up a lab to test his initial ideas about wine and its fermentation.

Before Pasteur developed—which is to say, patented and advocated, just like a twenty-first-century entrepreneurial scientist—“pasteurization” as a way of reducing harmful bacteria in foods and beverages, and before he introduced (and campaigned for) his “germ theory of disease,” which led him to develop the rabies vaccine, Pasteur first worked as a chemist on yeast, specifically researching the fermentation process in wine and spirits.

During the Napoleonic wars at the beginning of the nineteenth century, France’s alcohol industry was dangerously imperiled: Lavoisier, the leading fermenter scientist, had been decapitated, and Britain had cut off France’s supply of cane sugar from the West Indies. Not only were French beer-producers and winemakers, who had wheat and grapes aplenty, still struggling with spoiling yields, but now the spirits-makers had no sugar to wring into hard alcohol. So, in a serious fix, France began cultivating sugar from beets instead. This helped, but forty to fifty years later, when Lille had become France’s capital of beet production, spirits-producers and winemakers alike were still struggling with spoilage nobody in the alcohol industry knew how to contain or control fermentation.

Lille also happened to be the place where Pasteur worked as a chemistry professor. When one of Pasteur’s students introduced his professor to his father, a spirits-man with fermentation woes, Pasteur suddenly had access and funding to get up close and personal with yeast. He began to watch and parse apart its fermentation, quickly concluding in an 1860 paper that the Berliner Theodor Schwann had been correct decades earlier: yeast was a microbe, a bacterium. Kortom: in leven. He also argued that it was yeast that was so essential to fermentation: its “vital activity,” Pasteur argued, caused fermentation to both begin and end.

Yeast has operated a bit like an oracle over the past two hundred-plus years for many a scientist. It didn’t only convert sugars to alcohol it also converted Pasteur from chemist to biologist.

More specifically, Pasteur became a microbiologist. The resolution of the discipline-wide fight over the nature of yeast—particularly whether or not it was “vital,” that is, “living”—helped produce two new fields: microbiology and biochemistry. It awakened the scientific community to new possibilities and questions: what other kind of life happens on a small scale, and what can be said about the chemistry of life?

Like a living organism, collaboration is a complex system, and in the absence of nourishment—that is, funding—it falls apart and breaks down.

Though Pasteur was catching all sorts of flak over it, by the early 1860s, his fermentation work also caught the attention of an aide to the emperor. The aide was increasingly concerned about the bad rap France’s chief export was accumulating across Europe. If yeast was the key actor in fermenting all alcohol, was it at all related to what most vintners at the time thought damaged and spoiled their wines—what they called l’amer, or “wine disease”? Could it be that yeast was both creator and culprit of this disease?

With a presidential commission at his back (Napoleon III was both the last emperor and first president of France), Pasteur set out on a tour of wineries across France. Though it may have been during this sojourn that Pasteur spun the line “A bottle of wine contains more philosophy than all the books in the world,” a drunken holiday this was not. Pasteur solemnly reported back to the crown: “There may not be a single winery in France, whether rich or poor, where some portions of the wine have not suffered greater or lesser alteration.”

And with this, his initial fieldwork completed, Pasteur set up shop in his favorite winery region, Jura, home to, of course, Arbois.

With his light brown eyes, framed by an alert brow and well-earned bags, Pasteur alternately gazed out the window of his rustic laboratory and then down through one of his long white microscopes. Again and again, he watched yeast cavort with grape juice in its fermentation dance. But he knew there was at least one other big player whose influence he had yet to understand fully: air.

Excluding air from the party and allowing it in methodically, he found that exposing yeast and wine to too much air inevitably invites in airborne bacteria, which break down the alcohol into acid, resulting in vinegar. (With one eye on knowledge and one on practical application, Pasteur quickly passed this information on to the vinegar industry.) Air allowed in too much riffraff. In order to keep wine fine, the event had to remain exclusive—or you needed some kind of keen agent to kill the interlopers systematically. It didn’t take Pasteur too long to identify this discriminating friend: heat. Heating the wine, slowly, to about 120°F would kill the bacteria without destroying the taste of the wine.

Vintners at first found this idea near sacrilege. Many resisted, but after their competitors who adopted the method had bigger, better yields, they quickly complied. In fact, this procedure not only revolutionized winemaking and beer-brewing, saving France’s top export and industry, it was also the beginning of the pasteurization craze and Pasteur’s further work on microorganisms as the germs that transmit infectious disease. Science, profit-making, and improved public health turned out to be mutually reinforcing, each propelling the other forward.

Mara walked over to the analysis machine to check the progress of the experiment. Points and curves had begun to appear on the screen—each yeast cell’s inner workings translated as numbers and lines.

But Mara was not happy. Comparing these results with the results of two previous experiments, she saw that the difference was big—too big. “Something must have gone wrong,” she said.

She beckoned Wayne over, and he quickly agreed. “No, this does not look how it should.”

As Pasteur could attest, those who work in labs, wearing white coats, know that experiments often do not work out. It is certainly not the sign of a bad scientist, but it does make lab work tedious. In a speech he gave in his birth place, Dole, Pasteur spoke of his father’s influence in his own lab-bound life: “You, my dear father, whose life was as hard as your trade, you showed me what patience can accomplish in prolonged efforts. To you I owe my tenacity in daily work.”

Getting things right—isolating a potential discovery, testing it, and retesting it—often requires endless attempts, dogged persistence, and the ability to endure a lot of cloudy progress. Wayne contextualized these results thus: “This happens all the time. There is a lot of uncertainty. [It’s as though] failed experiments do not exist: if experiments don’t work, they’re never published, so you don’t know. So you have to reinvent the wheel yourself and develop your own knowledge about what works and what does not. Molecular biology is not like the combustion engine—where billions of pounds have been spent to understand the influence of every parameter and variable. There are still many unknowns in biology, and established methods do not work in every instance.”

Wayne and Mara were in good company, though, which provided some comfort. Working at the Centre, they were not only a part of a community of like-minded scientists, but also a part of a global network of scientists, all working on the modeling of yeast. In 2007, the MCISB hosted and organized a “yeast jamboree,” a three-day all-nighter—a Woodstock for yeast researchers from around the world. The jamboree resulted in a consensus on a partial model of yeast (focused on its metabolism) and a paper summarizing the jamboree’s findings, which have been cited by fellow systems biology researchers more than three hundred times to date. The “yeast jamboree” was so productive that it inspired another jamboree conference—this one focused on the human metabolic system.

But despite the jamboree’s high-profile success, yeast’s unexpected level of complexity has been a source of frustration for researchers trying to model the whole of it precisely. Three years ago, the Centre’s yeast team started to address this challenge by revising their approach: instead of looking at all of yeast’s genes and determining which proteins each makes and what activity these proteins perform, the team began, first, to identify each activity and, then, research the mechanism behind it. But even with this revised tactic and the doubling down of efforts, a complete model of yeast was not yet done, and time and funding were running out. The promise of extending the grant for another five years was broken when the University, after the global financial crunch, reoriented its priorities. As a result, the funding was almost gone.

“Well,” Mara continued. “These results are clearly not what we are looking for. We have to do it all over again. When do we have time?”

A year later, on a warm evening in June 2013, Wayne was again working behind the same lab bench.

As much as he enjoyed his work, he could imagine doing other things than sitting in a lab until 10 p.m.: “Read a book, sit in the sun, go to the pub,” he shrugged then gave a wee grin. “You know, have a family.”

Wayne was not working on yeast at the moment, however he was running a series of enzymology experiments on E coli for a large European project, trying to finish the results in time for a meeting in Amsterdam. The European grant was covering his salary. That was the only reason he still had a job at MCISB. Other post-docs of the Centre were not so lucky. “There was so much expertise,” Wayne reflected. “It was a good group, and now it has become much smaller. Before, it was much more cohesive it had much more of a team feel about it. Now the group is fragmented…. Everybody is working on different things and in different projects.”

Soon, Wayne would leave Manchester, too, for a lectureship at Aberystwyth University, back home in his seaside Wales. It’s a big deal accomplishment, and Wayne is grateful and thrilled for the opportunity, even as he regrets the loss of the community at MCISB.

The trouble with a burgeoning research lab that ends its work prematurely is that the institutional knowledge and expertise built up in the collaboration are hard to codify, box up, and ship elsewhere. Ideas and emerging discoveries are, in part, relationally based, dependent on the complex interactions and conversations continually rehearsed and refined in a living community—an aspect of the “scientific method” that is rarely remarked upon. These communities can be seen as “knowledge ecologies”: a community cultivates a particular set of expertise and insight that, Wayne explained, includes knowing not only what works, but what doesn’t. As in an ecosystem, a disruption of a particular component in a sprawling chain of connections can affect the health of the whole. Like a living organism, collaboration is a complex system, and in the absence of nourishment—that is, funding—it falls apart and breaks down. As a result, the human capital specific to this community and project with its knowledge of yeast—and especially the collaborative understanding built up around that endeavor—has been lost.

And yet, given all the difficulties the lab had encountered in trying to build a model of yeast, and given that funding for science is never unlimited, and that its outcomes are never predictable, how is it possible to know whether an approach should be abandoned as a dead end or whether it just needs more money and more time to bear fruit?

Wayne fiddled a final pipette into a plastic tray and traipsed toward the analysis machine.

He waited for the graphs to appear. He would repeat this trial three more times before the night was through.

The lab bench next to his sat empty. It had been Mara’s, but above it now hung a paper sign with another name scrawled on it.

Much of Mara’s yeast work had been aimed at understanding how yeast cells grow, which the researchers had hoped might offer insight into how cancer cells grow. Ironically, while Mara was working on those experiments, her own body was growing a flurry of cancer cells. In 2012, Mara discovered she had bowel cancer, which she first conquered, only to become aware of its return in April 2013. It then quickly spread beyond control.

Mara died at the end of May in 2013. Those remaining at the Centre were devastated by her loss—Mara had been such a young, vibrant, and central presence in the community, and she was gone a year after getting sick. The researchers left at the Centre and other colleagues from the university rented a bus so they could all go to her funeral together.

Wayne was dumbfounded by Mara’s absence. When asked what he learned from her and what he had been feeling with her gone, he replied that though she was “very knowledgeable” and he had “worked with her loads,” right now, he “could hardly summarize.”

Without continued and concentrated funds for the Centre, its future is a little uncertain. Not only is a complete model of yeast still out of reach, so, too, are the insights and contributions such a model might hold for cancer research, larger organ models, the improvement of healthcare, and the entire systems biology community.

Determining that yeast was a living organism took about two hundred years—but it also took more than that. While Pasteur may seem like a one-man revolution, he was also part of a collaboration, albeit one across countries and time. His work built on the works of Kützing, Schwann, and Cagniard-Latour, who worked on yeast twenty years before Pasteur and who built their own works on that of Lavoisier, whose work predated theirs by another fifty years and who likely built his work on the research of his contemporary, Fabbroni. Moreover, it took industry investment, government support, the advent of advanced microscopes, and eminent learned men rassling over its essence before yeast was eventually understood as it is now: a fundamental unit of life.

Wayne and Mara, too, are descendents of this yeast work and scientific struggle. But while Pasteur and his contemporaries’ research was directly inspired and validated by the use of yeast in brewing and baking, Wayne and Mara’s lab is not located in a vineyard. The MCISB yeast researchers work instead in a large white office building, in the middle of Manchester, where, using the tools of modern molecular biology, they probe, pull apart, and map yeast. The small-scale science of Pasteur’s time has grown big—the distance between research and application widening as science has professionalized and institutionalized over time. The vineyard has been replaced by complex configurations of university-based laboratories, specialized health research institutes, pharmaceutical companies, policymaking bodies, regulatory agencies, funding councils, etc.—within which, researchers of all types and stripes try to organize, mobilize, set up shop, and get to the bench or the computer.

Although the modeling of yeast is certainly related to application, insights about life derived from yeast-modeling will likely take some time to result in anything that concretely and directly helps to cure cancer—because the translation of research from lab bench to patient’s bedside is far from straightforward. Sure, these fundamental investigations into the nature of life bring new knowledge, but what, exactly, yeast will teach us and how that will translate into applications is still a little unclear. In other words, whether the promises of the research will become reality is unknown. This uncertainty is difficult to handle—not only for the scientists performing the experiments, building the computer models, and composing the grants, but also for the pharmaceutical industry representatives and government policymakers making funding decisions.

The fundamental character and exact function of yeast were not understood for a long time now, we’re struggling to understand yeast’s systematic operations. How long will this struggle take? And do we really understand what’s at stake? Within the dilemma of finite funding resources, how do we figure out what research will eventually translate into practice? Pasteur understood the importance of these issues about the funding of research. In 1878, he wrote, “I beseech you to take interest in these sacred domains so expressively called laboratories. Ask that there be more…for these are the temples of the future, wealth, and well-being. It is here that humanity will grow, strengthen, and improve. Here, humanity will learn to read progress and individual harmony in the works of nature.”

In many ways, this is what our modern yeast devotees are also hoping to discover: not only how yeast may once again be that ideal lab partner and organism that is also key to the next frontier of science, but that our communities, our funding bodies, and our scientific institutions will continue to invest the needed time, infrastructure, and patience into working with yeast and awaiting the next level of discovery this little organism has to offer us.

Niki Vermeulen ( [email protected] ) is a Wellcome Research Fellow in the Center for the History of Science, Technology and Medicine of the University of Manchester (UK). Molly Bain ( [email protected] ), a writer, teacher, and performer, is working on an MFA in nonfiction at the University of Pittsburgh.

Your participation enriches the conversation

Respond to the ideas raised in this essay by writing to [email protected] . And read what others are saying in our lively Forum section.


Did Earth's early rise in oxygen support the evolution of multicellular life—or suppress it?

Krediet: Pixabay/CC0 publiek domein

Scientists have long thought that there was a direct connection between the rise in atmospheric oxygen, which started with the Great Oxygenation Event 2.5 billion years ago, and the rise of large, complex multicellular organisms.

That theory, the "Oxygen Control Hypothesis," suggests that the size of these early multicellular organisms was limited by the depth to which oxygen could diffuse into their bodies. The hypothesis makes a simple prediction that has been highly influential within both evolutionary biology and geosciences: Greater atmospheric oxygen should always increase the size to which multicellular organisms can grow.

It's a hypothesis that's proven difficult to test in a lab. Yet a team of Georgia Tech researchers found a way—using directed evolution, synthetic biology, and mathematical modeling—all brought to bear on a simple multicellular lifeform called a 'snowflake yeast." The results? Significant new information on the correlations between oxygenation of the early Earth and the rise of large multicellular organisms—and it's all about exactly how much O2 was available to some of our earliest multicellular ancestors.

"The positive effect of oxygen on the evolution of multicellularity is entirely dose-dependent—our planet's first oxygenation would have strongly constrained, not promoted, the evolution of multicellular life," explains G. Ozan Bozdag, research scientist in the School of Biological Sciences and the study's lead author. "The positive effect of oxygen on multicellular size may only be realized when it reaches high levels."

"Oxygen suppression of macroscopic multicellularity" is published in the May 14, 2021 edition of the journal Natuurcommunicatie. Bozdag's co-authors on the paper include Georgia Tech researchers Will Ratcliff, associate professor in the School of Biological Sciences Chris Reinhard, associate professor in the School of Earth and Atmospheric Sciences Rozenn Pineau, Ph.D. student in the School of Biological Sciences and the Interdisciplinary Graduate Program in Quantitative Biosciences (QBioS) along with Eric Libby, assistant professor at Umea University in Sweden and the Santa Fe Institute in New Mexico.

Directing yeast to evolve in record time

"We show that the effect of oxygen is more complex than previously imagined. The early rise in global oxygen should in fact strongly constrain the evolution of macroscopic multicellularity, rather than selecting for larger and more complex organisms," notes Ratcliff.

"People have long believed that the oxygenation of Earth's surface was helpful—some going so far as to say it is a precondition—for the evolution of large, complex multicellular organisms," he adds. "But nobody has ever tested this directly, because we haven't had a model system that is both able to undergo lots of generations of evolution quickly, and able to grow over the full range of oxygen conditions," from anaerobic conditions up to modern levels.

The researchers were able to do that, however, with snowflake yeast, simple multicellular organisms capable of rapid evolutionary change. By varying their growth environment, they evolved snowflake yeast for over 800 generations in the lab with selection for larger size.

The results surprised Bozdag. "I was astonished to see that multicellular yeast doubled their size very rapidly when they could not use oxygen, while populations that evolved in the moderately oxygenated environment showed no size increase at all," he says. "This effect is robust—even over much longer timescales."

Size—and oxygen levels—matter for multicellular growth

In the team's research, "large size easily evolved either when our yeast had no oxygen or plenty of it, but not when oxygen was present at low levels," Ratcliff says. "We did a lot more work to show that this is actually a totally predictable and understandable outcome of the fact that oxygen, when limiting, acts as a resource—if cells can access it, they get a big metabolic benefit. When oxygen is scarce, it can't diffuse very far into organisms, so there is an evolutionary incentive for multicellular organisms to be small—allowing most of their cells access to oxygen—a constraint that is not there when oxygen simply isn't present, or when there's enough of it around to diffuse more deeply into tissues."

Ratcliff says not only does his group's work challenge the Oxygen Control Hypothesis, it also helps science understand why so little apparent evolutionary innovation was happening in the world of multicellular organisms in the billion years after the Great Oxygenation Event. Ratcliff explains that geologists call this period the "Boring Billion" in Earth's history—also known as the Dullest Time in Earth's History, and Earth's Middle Ages—a period when oxygen was present in the atmosphere, but at low levels, and multicellular organisms stayed relatively small and simple.

Bozdag adds another insight into the unique nature of the study. "Previous work examined the interplay between oxygen and multicellular size mainly through the physical principles of gas diffusion," he says. "While that reasoning is essential, we also need an inclusive consideration of principles of Darwinian evolution when studying the origin of complex multicellular life on our planet." Finally being able to advance organisms through many generations of evolution helped the researchers accomplish just that, Bozdag adds.


Why Is Yeast Used in Bread Making?

Yeast is used in bread making to make the dough rise from a dense mass of flour to airy bread. Yeast causes the process of fermentation to happen in bread, which is crucial to the bread rising.

Fermentation is the process by which extra sugars are consumed while carbon dioxide and alcohol are emitted as byproducts from the consumption. The way that carbon dioxide is released from the sugars that are created by yeast is similar to the way that a bubble is blown with a piece of bubblegum. The carbon dioxide infiltrates the small air pockets that are present in the dough and begins to expand them to a level that makes the bread rise.

Gluten is an important product found in bread that makes the bread stay together without crumbling. It works as a type of glue and is present in a network in most types of bread. The addition of yeast to bread dough allows the gluten to become strengthened so that it can increase the network that holds the bread together. Gluten can also be strengthened by kneading the bread dough together. This is evident in the physical appearance of dough. Dough that has not been kneaded looks significantly different from dough that has been.


Yeast: a living organism formed of only one cell

In spite of its inert aspect, a block of yeast is, in reality, formed from a gigantic number of unicellular organisms visible only under a microscope. A small 1cm cube weighs about 1g and contains 10 billion living cells of yeast!

Each cell, which is a living being, of a spherical or ovoid form,

is nothing but a tiny and simplified fungus the size of which does not exceed 6 to 8 thousandth of millimetre.

When yeast is examined under an electronic microscope, one can see from the outside to the inside, like most vegetal cells,

a cellular wall, a cytoplasmic membrane, a cytoplasm, a nucleus, vacuoles, ribosomes and mitochondria.

The cytoplasmic membrane protected by the cellular wall, permits exchanges with exterior. The cytoplasm, a sort of jelly, forms

the very substrate of the cell life. The nucleus, which contains chromosomes (elements which bear genetic specifications), regulates the transmission of hereditary characteristics and

the greatest part of the reactions produced inside

de cel. Vacuoles store reserve substances of various types.

Mitochondria are the real power stations of the cell when the latter operates in presence of oxygen. Their role consists in using the sugars available in yeast to produce energy and thus ensure the growth of the cell.


Misschien vind je dit ook leuk

I liked the article and understand the basic chemistry of adding acid to yeast in order to facilitate rising however, and this is what I was hoping to ascertain from the article, this source does not direct me to the ratio of vinegar to flour. anon319648 February 14, 2013

Not that it really matters, but "ethanol alcohol" (from the article) is over-specified. It would simply be ethanol or ethyl alcohol because the "ol" at the end of the ethanol implies it is an alcohol, which is a functional group that behaves in a certain manner. anon312712 January 8, 2013

My daughter and I conducted a science fair project to see which "food" would cause the yeast to produce the most "gas". The two ingredients that did the best were when yeast was mixed with flour and when it was mixed with pancake syrup (high-fructose corn syrup). Between these two, do you know why the yeast/flour mixture produced more gas then the yeast/syrup mixture? anon309170 December 15, 2012

Is there any harm to let yeast bread rise for 13 hours? andee November 1, 2012

I have never used live yeast and wonder if this works the same as dried yeast? The biggest reason I probably haven't used this is because it has such a short shelf life.

I never know when I am going to be in the mood to bake some bread and like to keep packets of dried yeast on hand. I usually use the rapid-rise yeast, which doesn't take nearly as long to make the dough rise as the regular yeast.

I have also had problems with my bread deflating and sinking after it had been in the oven for a while. Once I started adding some dough enhancer to my batter, this made a big difference. myharley October 31, 2012

I finally got in the habit of taking the temperature of the water I used when I dissolved my yeast. Before doing this, I would just guess when the water was lukewarm and this ended up in many loaves of bread that didn't rise.

If the water is too hot or too cool, the yeast won't respond the way it should and you will be disappointed. Now I use a handy thermometer so I don't have to guess when the water is at just the right temperature to dissolve the yeast, yet not kill it off before it goes in the oven. sunshined October 31, 2012

Baking bread can be a challenge even though it only requires a few ingredients. I have learned a few things from trial and error, but every now and then, still have a loaf of bread that doesn't rise like it is supposed to.

I got in the habit of proofing my yeast and know that if it gets bubbly on the top it is good to go. I also watch the expiration date on the package, but if it is past the date and the yeast still proofs, it will be OK for your bread.

Yeast breads are my favorite type of breads but sometimes if I want something that doesn't take as much time I will bake quick breads. Baking things like banana bread and muffins don't require yeast and they still rise because of the baking soda that is in them. As far as traditional bread goes though, I don't know of a way of getting it to rise without using yeast.

@surreallife: Not only do changes in temperature affect yeast, but humidity levels do as well. We have a lot of humidity during the summer months and I have to watch my bread more closely when we have high levels of humidity like this.

It is hard to think about yeast actually being a fungi when the end product is such delicious bread. I have always enjoyed baking my own bread and feel like the time is well worth it. There is nothing better than a slice of warm bread from the oven with a little bit of butter and honey on it. surreallife February 28, 2011

To Clayton: I know that when you bake regular bread, sweet bread, pastry or anything else involving yeast, you have to keep the oven door closed for the first 20 minutes of baking.

Only after 20 minutes you should open the oven door and check on the progress.

Yeast is very finicky and can not handle changes in temperature. anon155480 February 23, 2011

This quick, fast, easy to read article made it so easy for me to study for my seventh grade science test. Hartelijk bedankt. anon150004 February 6, 2011

Bedankt! This really helped with background info for my science fair project! anon116712 October 7, 2010

My bread falls when I bake it. Waarom? --Clayton anon111880 September 18, 2010

does anyone know any more resources on yeast bread? i need more help on teaching myself how to make yeast bread! motherteresa April 5, 2008

nhusein - There are two things I can recommend for your bread making adventure. If you have to leave while your dough is rising, do not put it in warm oven, since heat speeds up the rising action.

Cover your bread with a clean kitchen cloth, and leave it at room temperature to rise. This process will take longer, and give you more time for your errands.

Then when you come home if the dough did not grow enough, you can put it into the warm oven for a while before baking.

Second, I am not positive about this, but I think if you kneed the dough one more time and let it rise for the third time, I think it will turn out reasonably well. But whatever you do, do not give up. Somehow when you bake your own bread it tastes so much better, and also after a while you will get the feel for it.

i have been trying to teach myself to bake bread (without a bread maker). on my first attempt to bake a loaf of simple white bread, i didn't give myself enough time to let the divided loaves rise for the second time after i put them into loaf pans. i had to leave, so i left them in my warm oven, and was planning to bake them when i got home. well, i was gone longer than i expected and came home to loaves that had fallen. i decided to bake them anyway to see what would result, and they ended up tasting very yeasty. i hear that this can happen if the dough is left to rise too long. wish me luck for better results next time!


Why did the yeast rise? - Biologie

Abstract

Yeast is most commonly used in the kitchen to make dough rise. Have you ever watched piz z a crust or a loaf of bread swell in the oven? Yeast makes the dough expand. But what is yeast exactly and how does it work? Yeast strains are actually made up of living eukaryot ic microbes, meaning that they contain cells with nuclei. Being classified as fungi (the same kingdom as mushrooms), yeast is more closely related to you than plants! In this experiment we will be watching yeast come to life as it breaks down sugar, also known as sucrose, through a process called ferment at ion. Let&rsquos explore how this happens and why!

Onderzoeksvragen

What is sugar&rsquos effect on yeast?

Materialen:

Procedure

1. Fill all three dishes with about 2 inches of cold water

2. Place your clear glasses in each dish and label them 1, 2, and 3.

3. In glass 1, mix one teaspoon of yeast, ¼ cup of warm water, and 2 teaspoons of sugar.

4 . In glass 2, mix one teaspoon of yeast with ¼ cup of warm water.

5. In glass 3, place one teaspoon of yeast in the glass.

6. Observe each cups reaction. Why do you think the reactions in each glass differed from one another? Try using more of your senses to evaluate your three glasses sight, touch, hearing and smell especially!

Resultaten

The warm water and sugar in glass 1 caused foaming due to fermentation.

Fermentation is a chemical process of breaking down a particular substance by bacteria, microorganisms, or in this case, yeast. The yeast in glass 1 was activated by adding warm water and sugar. The foaming results from the yeast eating the sucrose. Did glass 1 smell different? Typically, the sugar fermentation process gives off heat and/or gas as a waste product. In this experiment glass 1 gave off carbon dioxide as its waste.

Yeast microbes react different in varying environments. Had you tried to mix yeast with sugar and cold water, you would not have had the same results. The environment matters, and if the water were too hot, it would kill the yeast microorganisms.

The yeast alone does not react until sugar and warm water are added and mixed to create the fermentation process. To further investigate how carbon dioxide works in this process, you can mix yeast, warm water and sugar in a bottle while attaching a balloon to the open mouth. The balloon will expand as the gas from the yeast fermentation rises.


Humans and Yeast

What makes yeast such a useful model organism? An important feature of yeasts (especially Saccharomyces cerevisiae - a.k.a. S. cerevisiae) is that their cells, like ours, are eukaryotic – meaning they have a nucleus containing DNA packaged into chromosomes. And although it may seem like yeast and humans have very little in common, at least 20 percent of human genes known to have a role in disease have counterparts in yeast. This suggests that such diseases result from the disruption of very basic cellular processes (such as DNA repair, control of gene expression, and cell division). Many of the core cellular and metabolic pathways thought to occur in humans can also be studied in yeast. For example, genes involved in yeast cell division are mutated in human cancers.


If you've tried all these options and your bread still didn't rise

You don't have to trash the dough! You have a few options to salvaging your bread-making efforts. I hate to throw away dough after all the time and effort I put into trying to make it perfect.

I tried all the above steps to get my dough to rise, but it would not budge! It was Thanksgiving Eve, and I was out of time to start over. Instead of trashing my non-rising doughs and trying a third time, I made delicious pull-apart flatbread!

For Stubborn Dough That Wont Rise Despite Your Best Efforts, You Can:

Make Flatbread: this is my favorite thing to do with dough that refuses to rise. Simply roll or spread out the dough (you may need to break it into a few smaller balls) and cook it on a griddle or grill for about 5 minutes on each side. The sides will begin to brown in spots when it's done.

You can use the flatbread to make sandwiches and pizzas. I love classic cheese flatbread pizza or pepperoni flatbread pizza. These margherita pizza and spinach feta pizza flatbreads are amazingly simple and delicious, too!

You can also break it apart to make flatbread chips that are perfect for dipping!

Make Breadcrumbs: I love to turn the ends of sandwich bread or stale bread into homemade breadcrumbs. To make breadcrumbs, bake dough in the oven as normal, cut into small pieces, and put in a food processor or blender to create fine crumbs. Use the breadcrumbs to coat chicken, in meatballs, macaroni and cheese, etc.

Make Croutons: another one of my favorites! Bake the bread in the oven as normal, slice it, and cut the slices into small cubes. You can season the crumbs with oil and Italian seasoning or Parmesan. Toast them for a few minutes right before using them. Use homemade croutons in soups and salads.


Bekijk de video: Wat zijn symptomen van een hersentumor? - (Januari- 2022).