Ernährungssysteme mit Mikrobiomen zukunftssicher gestalten
Mikroorganismen sind ein wesentlicher Bestandteil der Umwelt. Sie kommen in der Luft, im Boden und im Wasser vor und sind zusammen mit den Wirten Teil eines komplexen Netzes von Wechselwirkungen, das als Holobiom bezeichnet wird. Es ist bekannt, dass das Holobiom wichtig für Ernährungssysteme ist, aber die Mechanismen, über die Mikroorganismen, Pflanzen und Tiere interagieren und sich auf die Nahrungsmittelerzeugung auswirken, sind kaum erklärt. Im EU-finanzierten Projekt CIRCLES(öffnet in neuem Fenster) wurden lebensmittelbezogene Holobiome erforscht und Mikrobiom-Werkzeuge und -Verfahren entwickelt, um die Nahrungsmittelerzeugung zu verbessern.
Mikrobielle Ökosysteme kartieren
Dafür wurden bei CIRCLES sechs Ernährungssysteme betrachtet, die für die europäische Nahrungsmittelversorgung repräsentativ sind. Dazu gehören Spinat, Tomaten, Geflügel, Schwein, Atlantischer Lachs und Seebrassen. Mit diesen sechs Systemen werden die Fleischerzeugung, Aquakultur und frische Produkte abgedeckt. In Forschungsbetrieben und Aquakulturanlagen haben die Forschenden modernste Technologien zur DNS-Sequenzierung eingesetzt, um die Mikrobiome der Pflanzen und Tiere zu untersuchen. Sie haben über einen Ansatz der vergleichenden Metagenomik Mikroben erkannt, die mit gesunden Organismen und weniger gesunden Organismen in Verbindung gebracht werden. „Das CIRCLES-Team hat essentielle Mikroben in den sechs Ernährungssystemen bestimmt, die wichtige wachstumsfördernde Funktionen fördern und so die Verteidigung und Nährstoffversorgung des assoziierten Holobioms verbessern“, berichtet der Projektkoordinator Marco Candela.
Intelligente Mikrobiom-Modulatoren
Das CIRCLES-Team hat das Wissen aus der Kartierungsphase des Projekts genutzt, um die Ergebnisse der vergleichenden Metagenomik zu analysieren und so herauszufinden, was in dem Mikrobiom fehlt oder nicht mit Gleichgewicht ist. Anschließend sollte das Mikrobiom in einen gesunden Zustand versetzt werden, indem intelligente Mikrobiom-Modulatoren wie Prä- und Probiotika für die verzeichneten Defizite eingesetzt werden. Der Erfolg wurde anhand der Ertragsleistung der Pflanzen und biologischer Proben von Tieren gemessen. Das CIRCLES-Team plant, individuelle intelligente Mikrobiom-Modulatoren für die Nahrungsmittelerzeugung zu vermarkten, um eine sichere, nachhaltige und hochwertige Nahrungsmittelversorgung sicherzustellen.
Mikrobiom-Werkzeuge für die Nahrungsmittelerzeugung
Das CIRCLES-Team hat Werkzeuge für die sechs behandelten Ernährungssysteme entwickelt und auf der Website zur Verfügung gestellt. Mit diesen Werkzeugen erhalten Erzeugerbetriebe die Informationen und Mittel, mit denen sie das natürliche Mikrobiom ausnutzen und die Produktivität steigern können. Neben den lebensmittelspezifischen Mikrobiom-Modulatoren ist auch der Zugang zu einem Bewertungsinstrument enthalten, für das ein Patent angemeldet wurde. Candela erzählt: „Das vielversprechendste Ergebnis ist das Universal Reporting Tool. Das Instrument kann an verschiedene Kontexte angepasst werden, um verschiedene Berichte zum Gesundheitsstatus (z. B. Vielfalt, Netzstruktur, Vorhandensein wichtiger Taxa) der Mikrobiota in der Nahrungsmittelerzeugung zu erstellen.“ Über CIRCLES wurde gezeigt, dass die Arbeit mit statt gegen Mikroben wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll ist. Der Rechtsrahmen für die Nahrungsmittelerzeugung ist jedoch eine Herausforderung, da er unklar und fragmentiert ist. Candela hofft, dass der Rechtsrahmen bald angepasst wird. „Über CIRCLES wurde die essentielle Bedeutung natürlicher Mikrobiome als Speicher an Mikroorganismen klar, die für Ernährungssysteme kritisch sind“, erklärt er. Mit dem neuen Wissen zu Holobiomen und geeigneter Regulierung kann die Zukunft sicherer, nachhaltiger und gesunder Ernährungssysteme gewährleistet werden.
