Mikrobiominnovationen für nachhaltige Ernährungssysteme
Die Gesamtheit aller Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze und Viren – das sogenannte Mikrobiom – beeinflusst unser Wohlbefinden und hat prägenden Einfluss von der Verdauung bis hin zu Immunreaktionen. Mikrobiome kommen zudem in allen Agrar- und Ernährungssystemen vor. Das Verständnis dieser Mikroorganismen und ihrer komplexen Wechselwirkungen untereinander sowie mit ihrer Umgebung ist entscheidend für eine sicherere und nachhaltigere Nahrungsmittelerzeugung.
Einheitliche Verfahren für die Mikrobiomkartierung
Das EU-finanzierte Projekt MASTER(öffnet in neuem Fenster) konzentrierte sich darauf, die komplexen Beziehungen zwischen Mikrobiomen in miteinander verbundenen Ernährungssystemen von etwa Meer, Pflanzen, Boden, Pansen und Nahrung zu entschlüsseln. „Das vorrangige Ziel bestand darin, mittels mikrobiombasierter DNS-Sequenzierungstechnologien die Qualität, Nachhaltigkeit und gesundheitsfördernde Wirkung von Agrar- und Ernährungsketten sowie Nahrungsmitteln und von erzeugten Futtermitteln zu verbessern“, erklärt Projektkoordinator Paul Cotter. Um dies zu erreichen und eine kohärente Mikrobiomanalyse sowie die Vergleichbarkeit entlang der gesamten Nahrungskette zu gewährleisten, standardisierte das Konsortium die Verfahren zur Probenentnahme, -konservierung und -lagerung. Die Entwicklung von einheitlichen Arbeitsanweisungen für alle Schritte der Analysepipeline minimierte potenzielle Fehler und verhinderte Verzerrungen sowie Fehlinterpretationen von Daten.
Neue Technologie
MASTER brachte vor allem ein neues Protokoll und ein dazugehöriges DNS-Extraktionskit hervor, um eine effiziente Probenahme für die DNS-basierte Mikrobiomanalyse zu ermöglichen – selbst in Fällen, in denen sich dies aufgrund der geringen Anzahl vorhandener Mikroorganismen schwierig gestaltet. Die Anwendung dieses Protokolls auf Tausende von Proben aus verschiedenen Umgebungen in der Lebensmittelverarbeitung führte bemerkenswerterweise zur Erstellung der Datenbank CuratedFoodMetagenomic – einer unschätzbar wertvollen Ressource für die industrielle Nutzung, um vorhandene Mikroorganismen in Nahrungsmitteln genau nachzuweisen. Diese Werkzeuge können in Kombination mit einem tragbaren und schnellen DNS-Sequenzierungsgerät für den Nachweis problematischer Mikroorganismen eingesetzt werden.
Die Nahrungsmittel- und Futtermittelerzeugung verbessern
In Anerkennung der zentralen Rolle des Pflanzenmikrobioms bei der Stärkung der pflanzlichen Abwehrmechanismen gegen Krankheitserreger und der Förderung des Pflanzenwachstums entwickelten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Mikrobenstämme zur Bekämpfung pilzlicher Krankheitserreger in Kulturpflanzen wie Mais sowie Biodünger zur Verbesserung der Grasqualität. In der Aquakultur zeigten mikrobiom-basierte Lösungen, darunter probiotische und biokonservierende Stämme, vielversprechende Ergebnisse bei der Steigerung des Fischwachstums und der Filetqualität. MASTER befasste sich zudem mit dem Mikrobiom von Wiederkäuern(öffnet in neuem Fenster) wie Kühen, Schafen und Ziegen. Dieses Mikrobiom ist von entscheidender Bedeutung, da es je nach Zusammensetzung Einfluss darauf hat, inwieweit Proteine und andere Nährstoffe aus dem Tierfutter gewonnen werden können, und zudem zu Treibhausgasemissionen (hauptsächlich Methan) beiträgt. „Die Modulation des Mikrobioms von Wiederkäuern kann die Auswirkungen auf die Umwelt verringern und zudem zu nachhaltigen und qualitativ hochwertigeren Fleisch- und Milcherzeugnissen führen“, erklärt Cotter.
Lebensmittelverschwendung und weitere Herausforderungen angehen
Die weltweite Lebensmittelverschwendung, die fast ein Drittel der gesamten Nahrungsmittelerzeugung ausmacht, wurde durch Lebensmittelverarbeitungstechnologien angegangen, um Abfälle in nützliche Inhaltsstoffe umzuwandeln. Das Forschungsteam untersuchte zudem die Fermentation als natürliche Konservierungsmethode. „Fermentierte Lebensmittel, die reich an nützlichen Bakterien sind, verbessern die Lebensmittelqualität, Lebensmittelsicherheit und Verdauung und bieten gesundheitliche Vorteile“, erklärt Cotter. Eine umfassende Studie zu verschiedenen fermentierten Lebensmitteln ebnet den Weg für neue Nahrungsmittel mit entsprechenden optimierten Eigenschaften. Cotter betont: „Aus MASTER sind über zwanzig Innovationen hervorgegangen, die jeweils aufgrund ihres immensen Potenzials identifiziert wurden.“ Das MASTER-Konsortium wird die Forschung in Zukunft im Rahmen neuer EU-Projekte wie DOMINO(öffnet in neuem Fenster) und HoloRuminant(öffnet in neuem Fenster) fortsetzen und so für nachhaltige Fortschritte und kontinuierliche Weiterentwicklungen in diesen zentralen Bereichen sorgen.
