Mikrobiom-Innovationen für nachhaltige Lebensmittelsysteme
Die Gesamtheit aller Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze und Viren – das sogenannte Mikrobiom – beeinflusst unser Wohlbefinden und wirkt sich auf den gesamten Körper aus, von der Verdauung bis zur Immunantwort. Mikrobiome gibt es auch in allen Agrar- und Lebensmittelsystemen. Das Verständnis dieser Mikroorganismen und ihrer komplizierten Wechselwirkungen untereinander sowie mit ihrer Umwelt ist von entscheidender Bedeutung für eine sicherere und nachhaltigere Lebensmittelerzeugung.
Kohärente Verfahren für die Mikrobiomkartierung
Das Team des EU-finanzierten Projekts MASTER konzentrierte sich auf die Entschlüsselung der komplizierten Zusammenhänge zwischen Mikrobiomen in miteinander verbundenen Ernährungssystemen wie Meer, Pflanze, Boden, Pansen und Lebensmittel. „Durch den Einsatz mikrobiombasierter DNA-Sequenzierungstechnologien sollten in erster Linie die Qualität, die Nachhaltigkeit sowie die gesundheitsfördernde Wirkung von Lebensmittelketten und Lebensmitteln sowie von erzeugten Futtermitteln verbessert werden“, erklärt Projektkoordinator Paul Cotter. Um dies zu erreichen, eine kohärente Analyse der Mikrobiome zu gewährleisten und die Vergleichbarkeit über die gesamte Lebensmittelkette hinweg aufrechtzuerhalten, standardisierte das Konsortium die Verfahren zur Entnahme, Konservierung und Lagerung von Proben. Durch die Entwicklung von Standardarbeitsanweisungen für alle Schritte der Analysepipeline wurden potenzielle Fehler minimiert und Verzerrungen sowie Fehlinterpretationen der Daten vermieden.
Neue Technik
Konkret entwickelte das Team von MASTER ein neues Protokoll und ein dazugehöriges DNA-Extraktionskit, um eine effiziente Probenahme für die DNA-basierte Analyse von Mikrobiomen zu unterstützen, selbst in Fällen, in denen dies aufgrund der geringen Anzahl der vorhandenen Mikroorganismen eine Herausforderung darstellt. Die Anwendung dieses Protokolls auf Tausende von Proben aus verschiedenen Lebensmittelverarbeitungsumgebungen führte zur Erstellung der CuratedFoodMetagenomic-Datenbank, einer unschätzbaren Ressource, die von der Industrie zum genauen Nachweis von Mikroorganismen in Lebensmitteln genutzt werden kann. Diese Instrumente können in Kombination mit einem tragbaren und schnellen DNA-Sequenzierungsinstrument zum Nachweis problematischer Mikroorganismen verwendet werden.
Verbesserung der Lebens- und Futtermittelerzeugung
In Anerkennung der zentralen Rolle des Pflanzenmikrobioms bei der Stärkung der Abwehrmechanismen von Pflanzen gegen Krankheitserreger und bei der Förderung des Pflanzenwachstums entwickelten Forschende Mikrobenstämme zur Bekämpfung von Pilzerregern in Anbaupflanzen wie Mais und biologische Dünger zur Verbesserung der Qualität von Gras. In der Aquakultur zeigten Lösungen auf Mikrobiombasis, einschließlich probiotischer und biokonservierender Stämme, vielversprechende Ergebnisse bei der Verbesserung des Fischwachstums und der Filetqualität. Das Team von MASTER beschäftigte sich zudem mit dem Mikrobiom von Wiederkäuern wie Kühen, Schafen und Ziegen. Dieses Mikrobiom ist von zentraler Bedeutung, da es je nach seiner Zusammensetzung das Ausmaß beeinflussen kann, in dem Proteine und andere Nährstoffe aus Tierfutter gewonnen werden können, und außerdem zu den Treibhausgasemissionen (hauptsächlich Methan) beiträgt. „Die Modulation des Mikrobioms von Wiederkäuern kann die Umweltauswirkungen verringern und zu nachhaltigeren und qualitativ besseren Fleisch- und Milcherzeugnissen führen“, so Cotter.
Bekämpfung von Lebensmittelverschwendung und darüber hinaus
Das weltweite Problem der Lebensmittelabfälle, die fast ein Drittel der gesamten Nahrungsmittelerzeugung ausmachen, wurde mithilfe von Lebensmittelverarbeitungstechnologien angegangen, die Abfälle in nützliche Inhaltsstoffe umwandeln. Die Forschenden untersuchten zudem die Fermentierung als natürliche Konservierungsmethode. „Fermentierte Lebensmittel, die reich an nützlichen Bakterien sind, verbessern die Lebensmittelqualität, die Sicherheit sowie die Verdauung und bieten Nutzen für die Gesundheit“, erklärt Cotter. Eine umfassende Untersuchung zu verschiedenen fermentierten Lebensmitteln ebnet den Weg für neue Lebensmittel, die im Hinblick auf diese Eigenschaften optimiert sind. Cotter betont: „Mehr als zwanzig Innovationen sind aus MASTER hervorgegangen, die alle aufgrund ihres immensen Potenzials identifiziert wurden.“ In Zukunft wird das Konsortium von MASTER die Forschung im Rahmen neuer EU-Projekte wie DOMINO und HoloRuminant fortsetzen, um nachhaltige Fortschritte und kontinuierliche Weiterentwicklungen in diesen wichtigen Bereichen zu gewährleisten.
Schlüsselbegriffe
MASTER, Mikrobiom, Pflanze, Lebensmittelabfälle, DNA-Sequenzierungstechnologien, Wiederkäuer, Fermentierung, Aquakultur
