Projecte H2020 MASTER: Aplicacions del microbioma per a sistemes alimentaris sostenibles a través de tecnologies i empreses
- Tipus Projecte
- Estat Completat
- Execució 2019 -2023
- Pressupost assignat 10.950.171,9 €
- Àmbit Europeo
- Font principal de finançament H2020
- Web del projecte Proyecto MASTER
Tot i que els microorganismes dominen gairebé tots els nínxols ecològics del nostre planeta, només en els darrers 10 a 15 anys hem començat a comprendre millor la composició i la funció de les comunitats microbianes (microbiomes) gràcies als importants avenços en les tecnologies de seqüenciació d'ADN d'alt rendiment (HTS). Aquests enfocaments han permès una anàlisi exhaustiva dels microbiomes per primera vegada. Després de les investigacions inicials sobre microbiomes impulsades per la curiositat mitjançant tecnologies HTS, el camp ha evolucionat per aprofitar els coneixements obtinguts, cosa que ha donat lloc al desenvolupament d'una nova indústria multimilionària centrada en la caracterització i la modulació dels microbiomes.
La gran majoria d‟aquesta inversió s‟ha destinat al‟àmbit clínic. Per contra, se sap molt menys sobre els microbiomes a les complexes cadenes alimentàries, cosa que dificulta l'aprofitament de les dades microbianes de la cadena alimentària per al desenvolupament de sistemes alimentaris més sostenibles i l'obtenció de productes i aplicacions innovadors. Això passa malgrat l'evident importància dels microbis a tota la cadena alimentària. MASTER adoptarà un enfocament global per al desenvolupament de productes, aliments, serveis o processos microbians concrets amb un alt potencial comercial. Aquests productes beneficiaran la societat en millorar la quantitat, qualitat i seguretat alimentària en múltiples cadenes alimentàries, incloent aliments marins, vegetals, sòl, rumen, carnis, cervesers, residus vegetals i fermentats.
Això s'aconseguirà mitjançant l'extracció de dades microbianes relacionades amb la cadena alimentària, el desenvolupament d'eines de gestió de big data per identificar les interrelacions entre els microbiomes al llarg de les cadenes alimentàries i la generació d'aplicacions que promoguin la sostenibilitat i la circularitat i contribueixin a la gestió de residus i la mitigació del canvi climàtic. Aprofitarem el coneixement microbià per millorar significativament la salut i la resiliència de peixos, plantes, sòl, animals i humans, millorar les habilitats i competències professionals i donar suport a la creació de nous llocs de treball en el sector alimentari i la bioeconomia.
Dominant el microbioma vegetal: Desenvolupem solucions basades en el microbioma per millorar la producció, optimitzar la qualitat i controlar malalties en cultius farratgers. Assajos amb ceps promotors del creixement vegetal, ceps de biocontrol vegetal i formulacions desenvolupades van avaluar la compatibilitat i l'eficàcia d'aquests microorganismes. Es va desenvolupar i introduir al mercat una formulació en pèl·lets per a biofertilitzant a base de micorizes. Va avançar-se en el desenvolupament d'una eina de diagnòstic basada en el microbioma per a la detecció de patògens i la predicció de l'eficiència de colonització. Dominant el microbioma marí: Noves solucions basades en el microbioma van propiciar un augment dels efectes beneficiosos dels aliments aqüícoles sostenibles. Es va determinar l'efecte dels ceps probiòtics en el creixement dels peixos.
A més, es van avaluar la qualitat del filet i els valors sensorials del salmó de l'Atlàntic, alimentat amb probiòtics i sense. També es van obtenir resultats prometedors que contribueixen a un protocol ràpid per a la detecció de patògens en sistemes aqüícoles. Dominant el microbioma ruminal: Mitjançant la manipulació del microbioma ruminal, MASTER va millorar la producció de remugants, alhora que va reduir les emissions de metà i va proporcionar productes carnis i lactis saludables. Es va estudiar un gran nombre d'animals per investigar l'impacte de la criança, diversos additius alimentaris i moduladors del microbioma a l'eficiència alimentària i les emissions de metà, vinculant el microbioma ruminal amb els fenotips. Això va posar de manifest diversos enfocaments que mereixen aplicació, individualment o en combinació, a més escala.
També es va determinar el benefici de la modulació del microbioma ruminal en etapes primerenques de la vida per a la salut i el benestar, alhora que es van desenvolupar models matemàtics de l'activitat microbiana ruminal per predir i dissenyar estratègies addicionals de control del metà. DOMINI dels microbiomes alimentaris i la salut intestinal humana: Proporcionem a la indústria alimentària procediments actualitzats de mapeig del microbioma per investigar els contaminants microbians al llarg de les línies de processament d'aliments, la qual cosa es pot aplicar per millorar la qualitat i la seguretat alimentària, reduir els períodes d'espera i el malbaratament d'aliments. Gràcies a aquesta iniciativa, es va generar una nova base de dades completa que permet que els enfocaments basats en la seqüenciació d'ADN identifiquin amb molta més precisió els microorganismes presents a la cadena alimentària. En una altra feina, es van desenvolupar nous ingredients per a aliments i pinsos a partir de residus alimentaris, mentre que, en paral·lel, es van desenvolupar noves estratègies de biopreservació de marisc i carns.
També es van analitzar dades del microbioma i la dieta, explorant la relació entre la dieta i el microbioma intestinal i destacant a més la importància dels aliments fermentats com a font de bacteris potencialment probiòtics. Estàndards MASTER: Creem un enfocament unificat per a l'anàlisi de microorganismes de la cadena alimentària i estandarditzem mètodes validats per al processament del microbioma de mostres de diferents entorns i per a diferents tipus de seqüenciació d'ADN. Es va desenvolupar i implementar un flux de treball bioinformàtic per al perfilat de dades metagèniques de la cadena alimentària. Es van crear dues bases de dades: CuratedFoodMetagenomicDatabase (que conté tots els metagenomes d'aliments/producció alimentària disponibles públicament, incloses les dades MASTER) i foodGenVir (a nivell de ceps microbians individuals o gens associats amb característiques d'interès). Els protocols i les bases de dades estaran disponibles properament en un portal web obert un cop finalitzat el projecte (que s'ampliarà a través del projecte DOMINO) i tenen el potencial de revolucionar les proves de microbiologia alimentària en el futur.
Els microorganismes existeixen en tots els nínxols ecològics: des de les superfícies que toquem fins als aliments que consumim, i fins i tot al nostre interior, i molts d'ells són essencials per a la nostra salut. Anteriorment, els científics feien servir plaques d'agar i microscopis per estudiar aquests microorganismes, però ara fem servir tecnologies de seqüenciació d'ADN per descobrir la composició i la funció potencial de les comunitats microbianes.
Científics de tot Europa, en el marc de l'Acció d'Innovació H2020 MASTER, van utilitzar aquestes tecnologies per mapejar els microbiomes a diverses cadenes alimentàries, obtenint dades per al desenvolupament de sistemes alimentaris més segurs, de més qualitat, més saludables i més sostenibles. Els nostres investigadors han extret aquestes dades del microbioma, han desenvolupat eines de gestió de big data, han identificat relacions entre els microbiomes a les cadenes alimentàries i han generat aplicacions que promouen la sostenibilitat i contribueixen a la gestió de residus i la mitigació del canvi climàtic. MASTER ha donat lloc a productes i aplicacions innovadors, com ara productes, aliments i pinsos per al microbioma, serveis i processos.
Tot i que els microorganismes dominen gairebé tots els nínxols ecològics del nostre planeta, només ha estat durant els darrers 10 a 15 anys que hem començat a obtenir coneixements sobre la composició i funció de les comunitats microbianes (microbiomes) com a conseqüència d'avenços importants en les tecnologies de seqüenciació d'ADN d'alt rendiment (HTS). Aquests enfocaments han permès per primera vegada una anàlisi exhaustiva dels microbiomes. Després de les investigacions inicials de microbiomes impulsades per la curiositat que utilitzen tecnologies HTS, el camp ha evolucionat per aprofitar els coneixements proporcionats, cosa que ha portat al desenvolupament d'una nova indústria multimilionària centrada en la caracterització i la modulació de microbiomes.
La gran majoria d'aquesta inversió s'ha fet a l'espai clínic. Per contra, se sap molt menys sobre els microbiomes en cadenes alimentàries complexes, cosa que dificulta aprofitar les dades dels microbiomes de la cadena alimentària per al desenvolupament de sistemes alimentaris més sostenibles i produir productes i aplicacions innovadors. Això malgrat la importància evident dels microbis al llarg de la cadena alimentària. MASTER adoptarà un enfocament global per al desenvolupament de productes, aliments/pinsos, serveis o processos de microbioma concrets amb un alt potencial comercial, que beneficiaran la societat mitjançant la millora de la quantitat, la qualitat i la seguretat dels aliments, al llarg de múltiples cadenes alimentàries, que inclouen aliments marins, vegetals, del sòl, ruminals, carnis, cervesers,
Això s'aconseguirà mitjançant l'extracció de dades de microbiomes relacionats amb la cadena alimentària, el desenvolupament d'eines de gestió de big data per identificar les interrelacions entre els microbiomes al llarg de les cadenes alimentàries i la generació d'aplicacions que promoguin la sostenibilitat, la circularitat i contribueixin a la gestió de residus i la mitigació del canvi climàtic. Aprofitarem el coneixement del microbioma per millorar significativament la salut i la resiliència dels peixos, les plantes, el sòl, els animals i els humans, millorar les habilitats i competències professionals i donar suport a la creació de nous llocs de treball en el sector alimentari i la bioeconomia.
Els microorganismes proliferen a tot arreu, fins i tot dins nostre. Les solucions pioneres basades en microorganismes obren el camí cap a aliments i pinsos sostenibles que promouen la salut, la reducció de residus i una agricultura optimitzada. El conjunt de microorganismes, com bacteris, fongs i virus, conegut com a microbioma, influeix en el nostre benestar, influint en tot, des de la digestió fins a la resposta immunitària. Els microbiomes també existeixen a tots els sistemes agroalimentaris.
Comprendre aquests microorganismes i les seves interaccions complexes entre si i amb els seus entorns és fonamental per garantir una producció alimentària més segura i sostenible. Procediments coherents per al mapeig del microbioma El projecte MASTER , finançat amb fons europeus, es va centrar a desxifrar les intricades relacions entre els microbiomes en sistemes alimentaris interconnectats, com el marí, el vegetal, el sòl, el rumen i els aliments. "Mitjançant l'ús de tecnologies de seqüenciació d'ADN basades en el microbioma, l'objectiu principal va ser dissenyar sistemes que milloressin la qualitat, la sostenibilitat i la capacitat de promoure la salut de les cadenes agroalimentàries, els aliments i els pinsos generats", explica el coordinador del projecte, Paul Cotter. Per aconseguir-ho, garantir una anàlisi coherent dels microbiomes i mantenir la comparabilitat al llarg de la cadena alimentària, el consorci va estandarditzar els procediments de recollida, conservació i emmagatzematge de mostres. El desenvolupament de procediments operatius estàndard en totes les etapes del procés d'anàlisi va minimitzar els possibles errors, evitant biaixos i interpretacions errònies de les dades.
Nova tecnologia Més específicament, MASTER va desenvolupar un nou protocol i un kit d'extracció d'ADN associat per facilitar el mostreig eficient per a l'anàlisi de microbiomes basat en ADN, fins i tot en casos on això és difícil degut a la baixa presència de microorganismes. Cal destacar que l‟aplicació d‟aquest protocol a milers de mostres de diferents entorns de processament d‟aliments va conduir a la creació de la base de dades CuratedFoodMetagenomic, un recurs inavaluable que la indústria pot utilitzar per detectar amb precisió els microorganismes presents en els aliments. Aquestes eines es poden utilitzar en combinació amb una eina de seqüenciació dADN portàtil i ràpida per detectar microorganismes problemàtics. Millorar la producció d'aliments i pinsos Reconeixent el paper fonamental dels microbiomes vegetals en l'enfortiment dels mecanismes de defensa de les plantes contra patògens i el foment del creixement vegetal, els científics van desenvolupar ceps microbians per combatre fongs patògens en cultius com el blat de moro i biofertilitzants per millorar la qualitat de la pastura.
En aqüicultura, les solucions basades en el microbioma, incloent ceps probiòtics i bioconservants, van mostrar resultats prometedors en la millora del creixement dels peixos i la qualitat dels filets. MASTER també va aprofundir en el microbioma de remugants com vaques, ovelles i cabres. Aquest microbioma és de vital importància ja que, depenent de la seva composició, pot afectar la capacitat dextracció de proteïnes i altres nutrients de laliment animal, i també contribueix a les emissions de gasos defecte hivernacle (principalment metà). "Modular el microbioma dels remugants pot reduir l'impacte ambiental i també conduir productes carnis i lactis sostenibles i de millor qualitat", afirma Cotter.
Abordar el malbaratament d'aliments i més enllà El malbaratament mundial d'aliments, que representa gairebé un terç de la producció total d'aliments, es va abordar mitjançant tecnologia de processament d'aliments per convertir les deixalles en ingredients beneficiosos. Els investigadors també van estudiar la fermentació com a mètode de conservació natural. «Els aliments fermentats, rics en bacteris beneficiosos, milloren la qualitat, la seguretat i la digestió dels aliments, i ofereixen beneficis per a la salut», explica Cotter. Un estudi exhaustiu de diversos aliments fermentats obre la porta a nous aliments optimitzats pel que fa a aquests atributs. Cotter destaca: «Més de vint innovacions han sorgit de MASTER, cadascuna identificada pel seu potencial immens». De cara al futur, el consorci MASTER continuarà la recerca en nous projectes de la UE, com ara DOMINO i HoloRuminant, garantint un progrés sostingut i continu en aquestes àrees fonamentals.
Es van desenvolupar i van provar noves formulacions per a l'aplicació de fongs micorísics arbusculars i bacteris de biocontrol, amb diversos resultats positius. També es va revelar el potencial de la tecnologia ONT per a la detecció de patògens a terra i es van establir noves eines bioinformàtiques. S'han aconseguit avenços considerables en l'optimització d'aliments aqüícoles sostenibles. Es va avançar en la detecció ràpida de patògens de peixos en sistemes aqüícoles.
Les possibles implicacions socioeconòmiques i socials inclouen la reducció de la dependència de l'ús de farina de peix a l'aqüicultura i una utilització més eficient de l'aliment. Estudis amb remugants van il·lustrar el potencial de criar animals amb menors emissions de metà, establint que nombroses intervencions dietètiques van reduir encara més les emissions de metà, van augmentar la productivitat i/o van garantir productes nutritius. L'ús de compostos fenòlics per redirigir l'hidrogen i reduir les emissions de metà alhora que proporciona més energia a l'animal és molt prometedor. Així mateix, la inclusió de microalgues a la dieta de bens va mostrar beneficis per a la salut (major contingut d'omega-3), alhora que va reduir les emissions de metà. Els avenços en modelització conduiran a estratègies nutricionals innovadores per a remugants que busquen mitigar el metà, maximitzar la salut i la productivitat animal. MASTER ha generat procediments validats per mapejar els microbiomes a la indústria alimentària, promovent l'optimització de processos, la reducció de deixalles i la millora de la qualitat i innocuïtat dels aliments.
Es va establir un mapa de les interconnexions entre productes alimentaris, nutrients, microorganismes i el microbioma intestinal humà, que ajudarà a proporcionar recomanacions dietètiques per beneficiar la salut humana. MASTER ha aconseguit avenços significatius en la disponibilitat d'estratègies per a la biopreservació de marisc i carns. També s'han desenvolupat procediments per a la valoració de fluxos de residus de cerveseria i fruites per produir aliments i ingredients. L'efecte positiu dels ingredients valoritzats a la microbiota intestinal humana s'ha validat en estudis in vitro de còlon. El desenvolupament de protocols harmonitzats, una comunitat simulada i processos analítics automatitzats dins de MASTER, especialment dedicats als ecosistemes relacionats amb els aliments, millorarà l'estandardització i el potencial de les tecnologies de seqüenciació per a la cadena alimentària.
Les bases de dades MASTER, generades recentment, proporcionen perfils de microbiomes associats als aliments, amb dades complementàries, i ceps o gens associats amb la virulència, patogenicitat, potencial de deteriorament i resistència als antimicrobians, que seran essencials per a l'aplicació a llarg termini de les tecnologies de seqüenciació en l'anàlisi d'aliments. Es tracta de bases de dades noves i estaran disponibles gratuïtament. Aquests resultats tindran implicacions importants, ja que milloraran la comprensió dels microbiomes associats amb les cadenes alimentàries i abordaran desafiaments socials clau, inclosa la seguretat alimentària i nutricional, la salut i el benestar, la gestió del malbaratament d'aliments i l'adaptació i mitigació del canvi climàtic.
- TEAGASC - AGRICULTURE AND FOOD DEVELOPMENT AUTHORITY
Projectes relacionats
