微生物探索者

当大多数人了解到他们周围有细菌或真菌时,他们会抓起清洁喷雾。安妮·马登06年抓了一个培养皿,希望能发现一个新物种,一种新的抗生素,甚至是酿造更好啤酒的方法。

穿着红色雨靴的安妮·马登蹲在田野里

一个nne Madden ' 06发现她的使命是作为一名研究科学家,站在哥斯达黎加东北部拉塞尔瓦生物站丛林中的“植物大教堂”。

在韦尔斯利大学三年级结束时,马登在植物生物学课程上的一个朋友告诉她,哥斯达黎加有一个奖学金名额。马登对她的教授说,兴奋,但当她得知她的朋友凯蒂·莫斯利06也感兴趣时,她告诉教授,他们应该选择莫斯利,因为她是西班牙语和生物学双学位。与此同时,Moseley支持《Madden》。韦尔斯利学院为他们俩找到了学费。

这是一次神奇的经历。马登描述了学习识别比指甲还小的树蛙的鸭子叫声,以及和爬虫学家一起抓蛇。不过,她和莫斯利在那里的主要目的是研究光线透过树冠对植物生长的影响。“只要你离开了任何一条路,你就在黑暗中。这是我们从未意识到的事情,我们将在哥斯达黎加度过整个夏天,回来时比离开时还糊里糊涂,”马登回忆道。

但最让马登难以忘怀的是,她与那些对研究充满热情并不断发现新发现的科学家们一起工作的感觉。她说:“我真的很喜欢丛林里的科学家——以及一般的科学家——当他们开始谈论他们正在做的研究时,他们就会容光焕发。”

从那以后,马登一直在追寻这种感觉,多年来,她回到校园,在油漆车间池塘(Paintshop Pond)研究微生物,嗅泥土为一家生物制药公司寻找新型抗生素,挂在谷仓椽上收集黄蜂(以及黄蜂上的细菌),在马萨诸塞州的葡萄园里寻找黄蜂上的酵母以酿造更美味的啤酒,并在bc·bc·温哥华的TED大会主舞台上演讲

如今,马登的工作跨越了工业、学术界和公共领域,因为她发现了新的微生物,并让它们为人类工作。她是总部位于北卡罗来纳州罗利的Lachancea公司的合伙人,该公司向啤酒厂销售马登帮助发现的新型酵母。直到最近,她还是波士顿靛蓝农业(Indigo Agriculture)的科学传播主管,这是一家利用植物微生物提高作物产量的农业技术公司。她正在与艺术家Amanda Phingbodhipakkiya一起开发一个互动展览,向观众介绍微生物。她的社交媒体生活非常繁忙(@AnneAMadden on推特而且Instagram),她通过照片和有趣的事实(还有她的小猫海雀客串)传播她对微生物的热情。对了,她还在继续发表研究论文。

有了微生物,丛林无处不在——Madden也是如此。

丝织品上色链霉菌的显微摄影。

崭露头角的生物学家

马登从小在缅因州长大,从小就对科学感兴趣。她患有严重的抑郁症和焦虑症,这导致她好几年没有上学。“很多事情都令人困惑,药物什么时候起作用,什么时候不起作用,没有太多的合理性。我的父母正在离婚,”她说。她说,在医生的帮助和不断变化的生理状况下,她得以重返高中。

她记得大二的时候,解剖课上解剖了一只猫。“我看到我们所有动作的美丽优雅,看起来如此复杂、美丽和动态,是由一个非常简单的骨骼系统实现的,这些骨骼不动,肌肉把它们拉在一起。由此出现了一些看起来复杂而又有些神奇的东西。这是我看到科学提供了一个机会来提供可预测性的时刻,如果你能发现更多,世界上有更多的美丽和奇迹,我学得越多,”她说。

在韦尔斯利,她在哥斯达黎加的夏天之后,马登开始在微生物学家玛丽·艾伦的实验室工作,当时是生物科学的简·格拉斯科克教授,评估来自油漆车间池塘的微生物是否具有抗生素耐药性,因为它们暴露在高于正常水平的有毒化合物中。她说:“这是我进入微生物学的途径,了解到我们周围有关于微观生命的发现和冒险。”

毕业后,马登在马萨诸塞州剑桥市的NovoBiotic制药公司工作。因为该公司的使命是开发抗生素,她不得不与“有趣的微生物”合作,比如导致鼠疫的细菌,以及耐抗生素的“超级细菌”,比如MRSA和VRE。“我的工作是在早上让病原体生长,”马登说,“然后尝试用另一种微生物在晚上产生的东西杀死它。”

找到新抗生素最好的地方在哪里?事实证明,是泥土。“在那里你会发现数量惊人的不同微生物。所以,如果你想筛选一些不同的[微生物],你可以在土壤中找到它们。从历史上看,我们大部分的商业抗生素都来自于一组特定的细菌,而这些细菌通常存在于土壤中。”

马登和她的同事们经常带着袋子,以防他们在后院或度假时遇到真正的赚钱土。马登说:“我们花了很多时间嗅泥土,因为我们把新鲜的泥土的气味与一种叫做土臭素的化合物联系在一起,这种化合物也是由经常[产生抗生素]的细菌产生的。”

对工业的了解不仅让马登意识到世界上有多少微生物,还让他意识到每种微生物可以为自己和人类做什么。“(微生物)通常看起来都一样:球或棒。但是他们的化学能力,他们改造自然的能力,是多样化的。这些化学物质基本上是你能想象到的所有东西——味道、香气、药物、疗法、帮助我们分解衣服上污渍的酶。我的意思是,任何事情,微生物都找到了一种方法,因为我们有这么多物种在这么多年里变得多样化,”马登说。

到底有多少种呢?她说:“如果你有一包糖那么大的土壤,它的物种数量将是世界上所有动物园的物种数量的两倍。”

欢迎来到丛林。

啤酒(和黄蜂)书呆子

当马登申请研究生院时,她在韦尔斯利寻找一个拥有她喜欢的跨学科、文科感觉的地方。她还对研究生物体之间的相互作用感兴趣。这让她来到塔夫茨大学行为生态学家菲利普·斯塔克斯(Philip Starks)的实验室,在那里她研究了生活在黄蜂身上的微生物。“当时没有人知道与黄蜂有关的微生物。所以这很棒。它们生活在我们所有的窗户上。我们对他们一无所知。这里一定有一个有趣的故事,”她说。

马登研究了马萨诸塞州本土纸黄蜂和来自欧洲的入侵纸黄蜂的微生物。“(黄蜂)关系非常密切。它们有非常相似的行为。但我们不知道它们是否拥有不同的微生物群落。为什么这可能是相关的,因为这些黄蜂在从葡萄园到其他食物来源的过程中,正在移动某些微生物,”她说。在这个过程中,马登发现这些入侵黄蜂携带着与葡萄酸腐病有关的微生物,这种疾病可以摧毁葡萄园。

马登的工作是在野外收集黄蜂。她会去参观果园和人们的房子,甚至有一次在Craigslist上做“免费除黄蜂”的广告。她经常需要收集住在蜂巢里的黄蜂。她说:“所以我经常会保持平衡,挂在旧谷仓的椽子上,用非常长的消毒镊子,试图在半夜把黄蜂放进塑料袋里,那时它们不太活跃。”

“我认为,当一种微生物被发现时,社会应该就像蹦蹦跳跳的房子一样。”

在这个过程中,马登发现了生活在蜂巢中的微生物世界——包括她在塔夫茨大学垃圾箱上方的纸黄蜂巢中发现的一种新的真菌物种。事实上,你可以在垃圾箱里找到一种未被发现的微生物,这让马登兴奋不已。“我会说,我的朋友们发现了新的恐龙物种,他们的恐龙得到了很多媒体的关注——我喜欢恐龙。但当你发现一种新的微生物物种时,你就得到了一种你还不知道它能做什么的生物。这意味着它有创造新事物的潜力。因此,我认为,当一种微生物被发现时,社会应该像蹦蹦跳跳的房子一样。”她说。

在Madden获得博士学位后,她获得了建筑环境博士后奖学金的Alfred P. Sloan微生物学,在此期间,她由科罗拉多大学博尔德分校的Noah Fierer和北卡罗来纳州立大学的Rob Dunn共同建议。她的大部分研究都集中在微生物和虫子上,它们是我们的室友(和身体伙伴),我们通常不知道。除此之外,她还通过对美国大陆700多个家庭的灰尘样本进行DNA测序,帮助创建了生活在我们家中的节肢动物(尘螨、蜘蛛、蟑螂等)的“地图集”

与邓恩的合作尤其意味着她在许多不同的项目上进行了合作。有一天,他给她发了一封电子邮件,介绍了他和一位酿酒科学教授为明年北卡罗来纳州罗利的世界啤酒节(World Beer Festival)准备的一个项目。“(他们)决定做一个教育推广项目,他们将合作,从某个地方找到一种野生酵母,酿造一种啤酒,以强调微生物可以在人类身上做各种各样的应用。我主动提出提供帮助,因为我研究黄蜂,而且黄蜂在酵母的自然生态中发挥着作用,这一点越来越明显,”马登说。

今天,世界上几乎每一种啤酒都是由两种酵母中的一种酵母制成的——麦芽酵母或贮藏啤酒酵母。“现在,有很多亚种,所以有变化,但仍然有一两个,如果你说,'我是一个真正的啤酒极客',我说作为一个,也许还有第三个。但实际上,这是传统的极限,”她说。马登去了外面的极限,在黄蜂身上寻找可能的候选者。酵母以花蜜和果实中的糖为食。当黄蜂啜饮花蜜时,一些酵母就搭上了便车。其中一些酵母能够制造酒精。

芽孢杆菌的显微摄影。

马登开始在房屋、果园和葡萄园里搜寻黄蜂——她决定从30只昆虫中挑选一种酵母。马登笑着回忆道:“还有一只德国牧羊犬在追我,它正在吃黄蜂,我没想到这些事情会成为研究的障碍。”在她捕捉到黄蜂后,她开发了一种方法来培养它们的搭便车微生物,然后选择具有她感兴趣特征的酵母。这些特征包括食品安全;可以发酵麦芽糖,谷物中的主要糖;甚至当它们在培养皿中生长时,会产生水果和花香。

最终,马登把两种酵母送到了一家啤酒厂,啤酒厂选择了一种来酿造啤酒。大约三周后,她在NCSU的同事约翰·谢泼德(John Sheppard)从啤酒厂拿到了一份样品,并给马登发了一封电子邮件,马登在邮件中称它“令人震惊地美味”。如今,谢帕德和马登经营着Lachancea有限责任公司,该公司以马登在马萨诸塞州一个葡萄园的黄蜂身上捕获的一种致命酵母命名。由他们公司授权的酵母酿造的啤酒已经获得了奖项,比如镍点酿造公司的树莓野妖酸啤酒。

北卡罗莱纳州立大学的罗布·邓恩(Rob Dunn)说,找到优质酿造酵母的最初看起来是巨大的好运,实际上,这是马登在这项任务中所具备的独特技能的结果。她在工业界的经验,以及她“像微生物一样思考……他们可能在做什么”的能力。此外,他说,“安妮有一个超级神奇的鼻子,可以嗅出不寻常的微生物活动”——她的鼻子总是知道培养皿上生长的东西是否有用。最后,邓恩说:“安妮对微生物世界也有一种非常真实的好奇心。”

当Madden谈到她的研究时,这种奇妙的感觉是有感染力的。她一直认识到交流工作的重要性。不过,听到TED大会的消息,她还是很惊讶。“我突然收到一封电子邮件,我读了它,我就想,‘哦,我的天哪。我被邀请参加TED。我简直不敢相信。你知道参加有多难吗?’”但后来她又读了一遍,意识到她是被邀请去的TED演讲。“我把它读了六遍,我想,‘哦。它是如此的好-差。’”她的谈话,“看看你家里和你脸上的微观生命,”2017年4月在不列颠哥伦比亚省温哥华的主舞台上发表的演讲认为,微生物是地球上新技术的最佳来源。

这是她今天作为科学传播者继续提出的观点,最近是为Indigo Ag;与一位纽约艺术家合作,举办了一个关于微生物的快闪教育展览;以及她每天在推特和Instagram上的帖子。她还从事学术工作,发表了她与塔夫茨大学、NCSU和其他地方的合作者所做的研究论文。她说:“我喜欢横跨两个领域(工业界和学术界)。”

无论Madden的职业生涯将她带向何处,冒险和发现都在等待着她。因为有了微生物,正如她所说,“你不需要在丛林中找到它们。”

Lisa Scanlon Mogolov ' 99是一个高级副编辑韦尔斯利杂志。

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