Wykorzystanie mikrobiomów w systemach żywnościowych dostosowanych do przyszłych wyzwań
Mikroorganizmy stanowią integralną część środowiska. Są obecne w powietrzu, glebie i wodzie, a wraz ze swoimi żywicielami są częścią złożonej sieci interakcji zwanej holobiomem. Naukowcy zdają sobie sprawę, że holobiom odgrywa ważną rolę w systemach żywności, ale mechanizmy, dzięki którym mikroorganizmy, rośliny i zwierzęta oddziałują ze sobą, wpływając na produkcję żywności, pozostają słabo poznane. Zespół projektu CIRCLES(odnośnik otworzy się w nowym oknie) finansowanego ze środków UE prowadzi badania nad holobiomami związanymi z żywnością oraz tworzy mikrobiomowe narzędzia i procedury, które usprawnią produkcję żywności.
Mapowanie ekosystemów mikrobiologicznych
Aby zrealizować swoje cele, badacze pracujący przy projekcie CIRCLES skupili się na sześciu systemach żywności reprezentatywnych dla europejskiego zaopatrzenia w żywność. Są to szpinak, pomidory, drób, trzoda chlewna, łosoś atlantycki i kielczak właściwy. Zdecydowano się na te sześć systemów, ponieważ obejmują one produkcję mięsa, akwakulturę i świeże produkty rolne. W gospodarstwach doświadczalnych i zakładach akwakultury naukowcy wykorzystali najnowocześniejsze technologie sekwencjonowania DNA do oceny mikrobiomów badanych roślin i zwierząt. Zidentyfikowali drobnoustroje związane ze zdrowymi i mniej zdrowymi organizmami, wykorzystując podejście zwane metagenomiką porównawczą. „Zespół projektu CIRCLES zidentyfikował niezbędne mikroorganizmy w sześciu systemach żywnościowych, które zapewniają kluczowe funkcje wspomagające wzrost, wzmacniając obronę i wartości odżywcze powiązanego holobiomu” — wyjaśnia koordynator projektu Marco Candela.
Inteligentne modulatory mikrobiomu
W projekcie CIRCLES wykorzystano wiedzę zdobytą w fazie mapowania projektu — przeanalizowano wyniki metagenomiki porównawczej, aby zidentyfikować brakujące lub niezrównoważone elementy mikrobiomu. Następnie zespół podjął próbę przywrócenia mikrobiomu do zdrowego stanu poprzez wprowadzenie inteligentnych modulatorów mikrobiomu (SMM), takich jak prebiotyki lub probiotyki, dopasowanych do zaobserwowanych deficytów. Sukces tego podejścia został sprawdzony poprzez pomiar plonów z upraw i pobranie próbek biologicznych od zwierząt. Projekt CIRCLES przewiduje wprowadzanie na rynek SMM dostosowanych do potrzeb producentów żywności, które mają zapewniać bezpieczne i zrównoważone dostawy żywności wysokiej jakości.
Zestawy narzędzi mikrobiomu dla producentów żywności
Zestawy narzędzi opracowanych w ramach projektu CIRCLES dla każdego z sześciu analizowanych systemów żywności dostępne są na stronie internetowej projektu. Dostarczają producentom informacje oraz narzędzia potrzebne do wykorzystania naturalnego mikrobiomu i zwiększenia produkcji. Oprócz SMM dostosowanych do konkretnych typów żywności opracowane zestawy zapewniają także dostęp do instrumentów oceny, które obecnie są w trakcie patentowania. Jak mówi Candela: „Najbardziej obiecującym rezultatem projektu jest uniwersalne narzędzie do raportowania, które po dostosowaniu do różnych kontekstów umożliwiło opracowanie serii raportów do oceny stanu zdrowia (np. różnorodności, struktury sieci, obecności kluczowych taksonów) mikrobiomu w procesach produkcji żywności”. Projekt CIRCLES wykazał, że to działanie wspólnie z mikrobami, a nie przeciwko nim, ma sens ekonomiczny i środowiskowy. Wyzwaniem jednak pozostają ramy regulacyjne nadzorujące produkcję żywności, ponieważ nadal są niejasne i fragmentaryczne. Candela ma nadzieję, że przepisy wkrótce dogonią rzeczywistość. Jak wyjaśnia: „Projekt CIRCLES rzucił światło na kluczową rolę naturalnych mikrobiomów jako rezerwuarów mikroorganizmów, które odgrywają ważne role w systemach żywnościowych”. Dzięki nowej wiedzy na temat holobiomów i odpowiedniemu wsparciu regulacyjnemu możemy zadbać o przyszłość bezpiecznych, zrównoważonych i zdrowych systemów żywności.
