实验室之外的微生物学研究

解决现代世界的问题

从70年代中期开始, when the biology faculty established BIO 400 — aka 研究 Problems — Lenoir-Rhyne biology majors have used the course as a platform to tackle complex challenges in their own way.

“他们决定一个学期, 哪个是雄心勃勃的时间表, 但这足以缩小调查范围, 提出一个假设, 进行实验, 然后写一篇论文，陈述你的发现. 它为每个人的研究打下了良好的基础，”生物学教授丹尼尔·格林说.D.她现在加入了该项目的两位创始教授——玛莎·范宁(Marsha Fanning)博士.D.戴尔·伯恩赛德博士.D. -监督研究.

晚些时候, 该项目增加了一个多学期的研究选项, 一些学生选择进一步扩展他们的研究. 学生与专业与他们所建议的研究相一致的教授密切合作, 所以格林建议学生研究微生物学方面的课题.

最近的研究课题——塑料污染, 气候变化, 抗生素耐药性, 替代医学——在项目开始时是很难预测的, 但这种灵活性为几代人保留了它的相关性和价值.

“The beauty and genius of this model is that the students get to choose the project area of research they’re interested in and take the lead in asking questions,格林分享道.

细菌是塑料超载的答案吗?

24岁的迭戈·桑胡安(Diego Sanjuan)在校园里点午餐时发现了一个具有全球影响力的研究重点.

正如伟大的科学研究通常所做的那样，它始于在福来鸡(Chick-fil-A)排队买三明治,桑娟回忆道. “我注意到其中一名工人戴着清洁手套, 每次她处理新订单, 她不得不摘下手套，重新戴上.”

2020年联合国的一项研究估计，世界塑料产量为每年4亿吨. 大多数塑料都不能回收利用, 其中很大一部分最终进入了海洋, 它在哪里破坏了生态系统和食物供应.

“具体的统计数据并没有让我印象深刻，而是数字有多大. 塑料垃圾的数量几乎令人难以理解——全球网赌十大网站该怎么做呢?三娟分享道.

作为一个生物化学专业的学生, he looked at the possibility that some organisms have adapted to take advantage of such a plentiful food source.

“我最早读到的一篇文章是关于酒井艾多拉的, 2016年，研究人员在日本一家废物处理厂外的一个水坑里发现了它们, 使用聚对苯二甲酸乙二醇酯或PET -用于塑料水瓶.”

酒井Ideonella sakaiensis是少数适应消耗塑料的微生物之一, 但它们在废物管理中的应用并不确定.

“人们读到在日本发现了一种细菌, 他们认为这将在一夜之间彻底改变回收行业, 但事情不是这样发生的,桑娟说.

而不是, scientists around the world contribute to a growing body of research to determine how — or even if — these plastic-eating organisms can help make a dent in all those tons of plastic. 与格林和化学教授约书亚·林博士合作.D., Sanjuan’s study will join that body of research as he studies certain waxworms and their ability to degrade low density polyethylene plastic.

“第一步是确定蜡虫是否会在实验室里吃塑料, 然后全球网赌十大网站必须提取和培养蠕虫体内的细菌，让它们消化塑料,桑娟说.

The steps that follow involve developing and testing a method to contain large numbers of these bacteria while they continue to produce digestive enzymes. “一个很好的比喻是一只仓鼠在一个地方的轮子上, 但只要有动机，它就会持续下去,桑娟解释道.

如果这个方法有效, 更多的研究将确定它是否有可能在不产生其他问题的情况下实现工业规模, 比如细菌本身产生的过量二氧化碳或环境中的微塑料.

“即使这一切都有效, 全球网赌十大网站看到的是一种权衡, 不是奇迹, 把大的东西缩小到更易于管理的规模,三娟分享道. “It’s validating to me as a scientist to know I’m capable of conducting this research and contributing to an established community.”

精油能对抗耳部感染吗?

耳部感染或中耳炎是最常见和最痛苦的儿童疾病之一, 这是医学预科专业23岁的科莱特·朗普亲身体会到的.

“夏天我给三个男孩当保姆, 我记得最小的那个在一个夏天得了两三次耳部感染. 他很痛苦，”朗普分享道.

抗生素清除了朗普年轻的孩子的感染, but her studies have made her all too aware of the ramifications of such frequent administration of antibiotics.

“抗生素对中耳炎仍然有效, but between providers prescribing a lot of general antibiotics and patients not finishing the full prescribed course, 引起耳痛的细菌正在慢慢产生耐药性,朗普解释道.

近年来，作为一种家庭疗法，使用精油已经成为一种潮流, 这些油中有许多具有抗菌特性. 罗普想知道这些特性是否可以用于中耳炎等疾病的集中治疗.

“我有朋友喜欢精油. 如果他们咳嗽，他们会把薄荷油涂在胸前，然后发誓。. “But my science mind wants to investigate — are these remedies really helping or do they just feel like they’re helping?”

Essential oils have been the focus of numerous studies investigating their properties as well as the benefits and drawbacks of their use.

“There are a lot of articles and studies about using essential oils as a potential treatment for respiratory infections, 但对耳部感染的使用却知之甚少. 这就是我正在研究的，”罗普解释道.

Romp hopes to determine if delivery of these oils via a vapor across the tympanic membrane can kill bacteria as a potential treatment for ear infections.

“我的很多实验都是方法开发，因为以前没有人这样做过, 据我所知,罗普分享道. “我只有一个学期, 我的方法可能行不通, but rejecting a hypothesis is important because it rules out a possibility and gets you a step closer to supporting the hypothesis.”

耐多药的“超级细菌”会变得不那么超级吗?

而替代疗法可能会延缓细菌对抗生素产生耐药性, 20岁的西德尼·卡雷想知道，一旦微生物产生耐药性，全球网赌十大网站有什么办法. 这些生物通常被称为“超级细菌”，它们可以在很短的时间内造成毁灭性的破坏.

“Multidrug-resistant bacteria pose a real danger — especially in hospital settings — because if you can’t slow down or kill the bacteria, 人们可能死于感染,”卡尔说。, 谁的荣誉研究跨越了四个学期.

“在抗生素被发现之前, 医生使用噬菌体, 哪些是自然界中自然产生的能杀死细菌的病毒. 我想看看这些噬菌体如何被用来对抗超级细菌.”

每个噬菌体对它攻击的细菌都是特定的, 所以它们不会产生抗生素常见的副作用. 然而, 噬菌体生活在细菌丰富的地方, 将它们分离出来用于研究是一个独特的挑战.

“我收集湖水和海水, 土壤样本，甚至来自水处理厂的一些未经处理的污水. 格林和我可以分离这些噬菌体，”卡雷分享道.

Karre and Grimm then adapted a method to purify the phages from the source and match them to target strains of bacteria.

“在全球网赌十大网站纯化了噬菌体之后, 全球网赌十大网站会治疗它对多重耐药的细菌. 就像抗生素一样, 你不会用第一剂就杀死所有的东西, 所以第二阶段针对的是在第一次攻击中幸存下来的细菌,”卡尔说。.

而不是用第二轮噬菌体治疗幸存的超级细菌, 她测试了它们对抗生素的敏感性.

“I hypothesized that the bacteriophage attack would change the bacteria’s susceptibility to antibiotic treatment, 在全球网赌十大网站所有的研究中, 事情就是这样,卡雷分享道.

Karre presented her findings at a few conferences with a recommendation for further research into the potential for tandem use of phages and antibiotics to treat multidrug-resistant infections in hospitals.

“当我来到LR时, I worried about getting the kind of research experience I would need to be competitive in applying to med school,她分享道。. “相反，无论我申请到哪里，他们都被我的本科研究成果所震撼. 我申请了14个项目，得到了10个面试机会. 我参加了其中的五次面试，并被全部五所学校录取.”

现在在维克森林大学攻读医学博士学位, she has found her undergraduate research has prepared her for the intellectual rigor and problem-solving her field requires.

“我打算进入临床实践, 但医学博士也经常做研究, so I’m hoping to start some research this summer — possibly with the CDC or here at Wake Forest in pediatric intensive care or anesthesiology,卡雷分享道.

当她探索她未来的研究选择, 她发现她过去的研究一直在带来好处.

“向教授和研究人员伸出援手, 他们总是想看写作样本, 所以我寄了一份我的论文. 他们不敢相信这是一个本科项目，所以它仍然为我打开了大门. 我有很多选择，我为此感到幸运.”

阿尔茨海默病是如何在脑组织中发展的?

Statistics projecting a substantial increase in Alzheimer’s patients in the coming decades — from around 6 million current cases to 13 million by 2050 — inspired John Amodeo ’18 to turn his interest in biochemistry and human health toward researching this disease.

“全球网赌十大网站的想法是，因为人们的寿命更长，全球网赌十大网站看到了更多与年龄有关的疾病. I saw an opportunity to study some interesting phenomena at the molecular level in a way that would be meaningful and offer some insight for ways people can stay healthy,他分享道.

Alzheimer’s disease results from the buildup of protein pieces called beta-amyloids into clumps or plaques in the brain’s neural tissue. 研究 has shown a correlation between exposure to reactive oxygen species — unstable molecules that react easily with molecules in a cell — and the development of these plaques.

“有很多研究讨论了这种联系, 但我读过的论文中没有一篇清楚地说明它是如何在基本层面上发生的,Amodeo解释道.

“I designed an experiment exposing amyloid-beta proteins to hydrogen peroxide to measure the rates of folding and accumulation of plaques at increasing concentrations of peroxide.”

The study won an award at the North Carolina Academy of Science Conference and sparked Amodeo’s interest in neuroscience, 让他走上了攻读博士学位的道路.D. 杜克大学神经生物学博士.

“当我来到LR时，我加入了足球队并参加了田径比赛. 我对体育比学术更感兴趣, 但是在文科课程中, 我有机会尝试很多不同的想法，成为一个全面的思想家. 我找到了自己的道路，展示了自己在学术上的能力.”

设计, conducting and presenting original research in his final semester at LR gave Amodeo a preview of his academic future. 虽然他已经离开了分子分析, 他对神经科学的热情和解决难题的决心依然存在. 目前, 这个问题涉及到观察大脑中与注意力相关的化学和电反应.

“当你读研究生的时候, 你处在知识的前沿, 所以你必须学会开拓未知，明白你所追求的是什么. 你做得越多，你就越擅长这个过程, 但我的本科论文给了我开始发展我每天使用的技能的工具.”

为了学生和科学的未来

Karre and Amodeo are among many biology graduates whose research opened the paths of interest and opportunity to the next level of their academic careers.

“全球网赌十大网站的学生在参加研究生院面试时发现, 医学院或工作, 他们的面试官对他们的研究很感兴趣. 在很多地方, 本科生被分配到别人的大项目中，并从中获得一小部分,格林解释道. “全球网赌十大网站的学生拥有的选择和控制权在某种程度上是劳氏所独有的.”

有生物系的支持和资源, 无论学生是否证实他们的假设，这种经历都是有价值的.

格林分享道:“我喜欢一个学生冒着风险去做一些可能不会成功的事情. 研究就是这样进行的.”

“圣胡安”已经接受了这一关于科学本质的信息, 然而，他自己的研究最终证明了这一点. “你是在向其他研究中添加一茶匙, 当所有勺子混合在一起, 它们可以填满整个海洋."