Nie jest typowym kandydatem na uniwersytet przyznający grunty, ale znalazł swoją niszę, koncentrując się na zdrowiu ludzi i zapobieganiu chorobom, pracując z pracownikami produkcji rolnej.

„Rolą Nebraska Food for Health Center było naprawdę połączenie hodowli roślin, genetyki roślin i całego potencjału badań rolniczych z badaniami biomedycznymi” – powiedział.

Następnie pojawiło się pytanie, jak to się robi?

„Cóż, ludzki mikrobiom jelitowy ma ogromny wpływ na zdrowie i dobre samopoczucie, a także na predyspozycje do chorób” – powiedział. „Mikrobiom bierze udział w szczególnie wczesnym etapie rozwoju układu odpornościowego”.

Mikrobiom bierze udział w metabolizowaniu błonnika pokarmowego, produkcji energii dla kolonocytów itp.

„Wiele innych korzystnych metabolitów jest wytwarzanych przez mikrobiom” – powiedział. „I zasadniczo nieprawidłowości w składzie gatunkowym są związane z wieloma różnymi chorobami”.

Wiadomo, że w niektórych przypadkach dysfunkcja mikrobiomu jest przyczyną procesu chorobowego. Benson powiedział, że jeśli mikrobiom zostanie pobrany od chorej osoby i umieszczony w zwierzęciu wolnym od zarazków, to zwierzę wolne od zarazków zacznie nabierać cech tej choroby.

„Jest bardzo jasne, że mikrobiom odgrywał bardzo ważną rolę w naszym zdrowiu i dobrym samopoczuciu oraz naszej podatności na choroby” – powiedział. „Zachowanie mikrobiomu i/lub przywracanie uszkodzonych mikrobiomów – oto związek między rolnictwem a biomedycyną”.

Badania biomedyczne zwykle nie mają nic wspólnego z badaniami rolniczymi i vice versa, a te dwa są zwykle „oddzielone od silosu”.

Jak więc różnorodność genetyczna w obrębie gatunku upraw wpływa na aktywne składniki mikrobiomu? Benson i jego personel przeprowadzili eksperymenty z sorgo, kukurydzą i suchą fasolą, aby spróbować to rozgryźć. Sorgo jako pierwsze „wyjechało z bramy”.

„Jest dobrze znany z różnorodności, błonnika i polifenoli. Zidentyfikowano szereg substancji bioaktywnych” – powiedział. „Jest spożywany codziennie przez niektóre populacje na świecie. (I) uprawę, którą możemy łatwo uprawiać w Nebrasce”.

Natknęli się na pierwsze wyzwanie w badaniu – nie mogą przeprowadzać badań dotyczących karmienia ludzi. Jest to zbyt niepraktyczne „z wielu, wielu powodów”.

W badaniu sorgo Benson i jego współpracownicy rozpoczęli od zestawu rekombinowanych linii wsobnych. Pobrali nasiona z każdej z tych linii i przepuścili je przez system AiMS — mieląc proszek z nasion i poddając je procesowi trawienia in vitro.

„Kiedy przeprowadzaliśmy te wstępne badania przesiewowe, wybraliśmy jeden z przedmiotów, który był czymś w rodzaju średniej, która będzie wyglądać jak średnia tego, jak wszyscy wyglądali” – powiedział. „I to stało się mikrobiomem podmiotu, którego używamy do badań genetycznych”.

Rośliny też były podobne — każda wyrosła w szklarni, a zespół zebrał dane RGB, a także inne dane z ograniczonego systemu technologicznego. Po zakończeniu replikacji i zebraniu danych zmierzyli kilka rzeczy.

Podczas eksperymentu z mapowaniem zauważyli, że w regionach chromosomu drugiego i czwartego znajdowała się bakteria fatale i kilka innych organizmów.

„Mieliśmy również kolor nasion, który segregował w tej populacji” – powiedział. „I oto, kolor nasion był również mapowany na ten sam wygląd, co te same loci na chromosomie drugim i chromosomie czwartym, a my mierzymy zawartość garbników i na pewno zawartość garbników jest również mapowana na te same szczyty”.

To, co zainteresowało Bensona w tej populacji, to fakt, że żaden z rodziców nie produkował garbników. Każdy rodzic jest nosicielem mutacji w jednym z regulatorów garbników.

„Często rozmawiając z mikrobiologiem – nie jesteśmy przyzwyczajeni do segregacji i wielu chromosomów” – powiedział. „Dzięki genetyce malijskiej rzeczywiście generujemy z tej populacji potomstwo produkujące garbniki. I rzeczywiście, jedna czwarta potomstwa produkuje garbniki z prawdziwej populacji”.

Naukowcy przeprowadzili jeszcze kilka eksperymentów i porównali kilka innych linii, ale ostatnim krokiem, który naprawdę wbił im gwóźdź do trumny z projektem sorgo, było przeprowadzenie komplementacji molekularnej. Umieścili mikrobiomy w minimalnych pożywkach, tak że było bardzo mało organizmów do wzrostu w pożywce.

„Dodaliśmy czyste garbniki do tych mediów i monitorowaliśmy” – powiedział. „Ale w tych czterech mikrobiomach ten organizm wzrasta dość znacząco jak na mikrobiom”.

Monitorowali konkretny organizm i jeśli umieścili czystą kulturę lub tylko ten organizm, uzyskali ten sam poziom stymulacji.

W ostatnim eksperymencie badania Benson musiał przekonać do tego swoich absolwentów, ponieważ „jest to dobra, staromodna mikrobiologia”. Wzięli pewne garbniki i włączyli je do podłoża stałego, aby organizm mógł rosnąć na podłożu stałym beztlenowo.

„(Zapytaliśmy) czy faktycznie może degradować garbniki? Czy widzimy strefy oczyszczenia i na pewno możesz to uruchomić” – powiedział. „Można zobaczyć strefy prześwitu — te aureole, w których się trawi i ucieka. Pozbycie się tych brązowych garbników.

Był to dość przekonujący dowód aż do poziomu mechanistycznego, że organizm przynajmniej rozkłada garbniki i wydaje się, że jest w stanie w nich rosnąć.

„To wyjaśnia to, co obserwujemy in vitro, aż do przyczynowej genetyki i przyczynowych wariantów, które rządziły” – powiedział. „Więc mieliśmy szczęście w tej gazecie. Szczęście, że trafiłem w loci garbników, ponieważ łatwo było go ścigać. I dostarcza bardzo przekonujących dowodów na to, że to podejście naprawdę działa. Jesteśmy tym bardzo podekscytowani”.

Jak to wszystko ma się do realnego świata? W Stanach Zjednoczonych spożywa się niewiele sorgo, a Amerykanie mogliby jeść o wiele więcej, powiedział Benson. Jednak sorgo jest głównym składnikiem diety w Afryce Subsaharyjskiej. Jest artykuł, który przygląda się naciskowi ptaków i garbnikom. Autorzy zauważyli, że w mapowaniu populacji ptaki żerowałyby na pewnych obszarach.

„Ale byli dość selektywni w kwestii linii, na których się żywili” – powiedział.

Na wolności ptaki faktycznie żywiły się pewnym fenotypem, a szkody były dość wyraźne. Badania i analiza genetyczna wykazały, że istnieje związek genetyczny z wysokością wiechy i produkcją garbników.

„Tak więc ptaki preferowały żucie rzeczy, które miały wysoką wysokość wiechy i niską produkcję garbników” – powiedział.

W Afryce jest specyficzny gatunek ptaka, który szczególnie lubi sorgo. Benson powiedział, że roją się jak szarańcza i mogą zniszczyć plony w bardzo krótkim czasie, w zależności od tego, gdzie się znajdują. Lokalizacja decyduje również o tym, czy hodowca produkuje sorgo o niskiej lub wysokiej zawartości garbników — wysoką taninę tam, gdzie występuje duża populacja tych ptaków, a niską taninę tam, gdzie zagrożenie jest mniejsze.

„Naprawdę zaczynam się zastanawiać, czy ptaki napędzają programy hodowlane i które linie są produkowane tam, gdzie się udajemy” – powiedział. „Wierz lub nie, ale istnieje również zjawisko związane z segregacją, a przynajmniej wydaje się, że rozwarstwienie populacji ludzkiej, ponieważ populacje ludzkie, które rosną na obszarach, na których produkują sorgo o wysokiej zawartości garbników, mają również wyższą częstotliwość allelu braku gorzkiego smaku dla receptorów smaku”.

Ludzie na tych obszarach nie są w stanie tak łatwo smakować gorzkich smaków, co sprawia, że ​​są bardziej skłonni do spożywania sorgo o wysokiej zawartości garbników.

„Teraz wiemy, że garbniki mają również ogromny wpływ na mikrobiom i to sprawia, że ​​​​zadajesz sobie pytanie, czy istnieją potencjalne różnice w mikrobiomie osobników w tych regionach, zasadniczo napędzane przez populacje ptaków, które napędzają rozmnażanie i wzrost. decyduje o tym, co jedzą na co dzień?” — powiedział Benson.

Korzystne drobnoustroje, które mają tendencję do wykluczania lub zmniejszania podatności na wiele chorób, są ważne w takich przypadkach, a on jest zafascynowany patrzeniem na te rzeczy. Jego pierwsze badanie nie zostało jeszcze opublikowane, a dane „wypływają z drzwi” – ​​powiedział.

W centrum badacze przyjrzeli się kilku innym głównym cechom – woskowatości w sorgo, wysokiej jakości białku w kukurydzy (popcorn). Według Bensona oba mają ogromny wpływ na mikrobiom.

„Myślę więc, że będzie to nowy kierunek. Chodzi o to, jak my, jako cała społeczność, myślimy o włączeniu ich do programów hodowlanych? Kiedy ma to sens? Za jakimi cechami najlepiej podążać? Jak możemy tworzyć wartość z ulic, abyśmy mogli ją utowarowić lub skomercjalizować i wprowadzić do komercyjnego strumienia?”