本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
微生物生活在密集而多樣的群落中。在你的腸道或土壤中，生活著來自數千個物種的數十億細菌。對這些群落的總DNA進行測序可以讓我們得到一份那裡多樣性的目錄，但它不能告訴我們關於這些生物之間的關係，群落如何形成，以及它們如何共同進化。在一篇引人入勝的新論文中，我的朋友瑞秋·達頓和本·沃爾夫，以及他們在哈佛大學文理學院系統生物學中心的同事朱莉·巴頓和馬塞拉·桑塔雷利，提出了一個獨特的實驗性“生物體”來研究微生物生態系統的形成：乳酪。
也許說我對乳酪有特殊愛好是一種輕描淡寫。多年來，我一直是本和瑞秋工作的忠實粉絲，本是我去年製作的關於乳酪微生物的影片中的明星。他們的新論文非常棒，總結了他們對來自10個不同國家的137種乳酪中細菌和真菌的分析，其中有許多令人驚訝的結果，以及對我們未來如何研究微生物群落的重要啟示。
與其他富含微生物的環境相比，這些乳酪包含的微生物型別相對較少。在乳酪中，細菌只有14個屬（分類等級中高於物種的級別），真菌只有10個屬，且佔總人口的1%以上。平均而言，每種乳酪的皮中只有6.5個細菌屬和3.2個真菌屬。數量如此之少，你可能會認為這些只是乳酪製造商新增的 starter cultures（起始培養物），但60%的細菌和25%的真菌不是有意新增的。
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除了 starter cultures（起始培養物）之外，微生物還可以通過幾種方式進入乳酪的“微生物高速公路”。生牛奶中含有大量微生物，乳酪老化的環境也是如此，許多意想不到的菌株很可能在乳酪老化時附著在乳酪皮上。乳酪凝結後但在老化之前，乳酪製造商還會新增鹽以增強風味並減緩細菌的生長。在乳酪中發現的幾種菌株是耐鹽海洋細菌，它們很可能搭乘了乳酪製造商在該步驟中新增的海鹽。
不同型別的乳酪具有不同種類的細菌和真菌，這有助於每種乳酪的獨特風味。透過比較每種乳酪中細菌的種群，本和他的同事可以識別出三種主要的微生物型別叢集，這些叢集與三種主要的乳酪皮型別相關——用蓬鬆的白色黴菌製成的 bloomy rind cheese（花皮乳酪），如布里乳酪和卡門貝爾乳酪，drier natural rind cheese（較乾燥的天然乳酪皮乳酪），以及帶有橙色細菌粘性塗層的 stinky washed rind cheese（臭味洗皮乳酪）。當觀察微生物基因而不是僅僅是型別時，也出現了相同的叢集：例如，編碼產生具有“腐臭”或“汗味”氣味的化合物的酶的基因與 washed-rind cheeses（洗皮乳酪）高度相關。
也許令人驚訝的是，乳酪中的微生物種群與乳酪的地理位置之間沒有相關性。這並不意味著微生物風土不存在（如果他們檢視物種而不是屬的水平，可能會出現更多的地理相關性），但乳酪製造商在老化過程中創造的環境在決定微生物群落的最終形態方面更為重要。瑞秋說，當談到微生物群落時，“如果你構建它，它們就會到來。”
所以這就是他們所做的：因為只有少數菌株，而且所有這些菌株都可以在乳酪凝乳上生長，該團隊可以“體外”構建乳酪，看看會出現什麼細菌。他們在96孔板中製作了數千個微型乳酪，並添加了在他們的分析中最常出現的6種細菌和5種真菌。為了重現每種乳酪的環境，他們要麼製作較乾燥的凝乳（天然乳酪皮），要麼新增Galactomyces真菌（花皮乳酪），要麼用鹽溶液清洗凝乳（洗皮乳酪）。在實驗結束時，即使所有孔都以相同的細菌和真菌種群開始，每種環境型別——天然、花皮或洗皮——都具有更接近常規“原位”乳酪的乳酪皮型別的種群。使用體外乳酪模型，他們還可以跟蹤微生物種群隨時間的變化，觀察改變不同的環境條件（如pH值）如何影響細菌種群，並跟蹤不同對細菌和真菌之間的相互作用。
我們才剛剛開始瞭解微生物群落是如何形成的以及它們是如何運作的。乳酪是一個令人驚歎的微生物生態系統，由數千年來馴化的微生物與來自農場、海洋和老化洞穴的“野生”微生物相互作用而產生。它們是由乳酪製造商構建的環境塑造的“半天然”生態系統，旨在培育特定的風味和質地。現在它們也是實驗性生態系統，我們可以在其中學習如何設計和塑造新的微生物關係。
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乳酪皮群落為微生物多樣性的原位和體外研究提供了易於處理的系統。
沃爾夫、巴頓、桑塔雷利和達頓。Cell: 158(2), 422-433.