H2020 MASTER Proiektua: Microbiome Applications for Sustainable Food Systems for Technologies and Business
- Mota Proiektua
- Egoera Bete
- Exekuzioa 2019 -2023
- Esleitutako Aurrekontua 10.950.171,9 €
- Eremua Europeo
- Finantza-iturri nagusia H2020
- Proiektuaren webgunea Proyecto MASTER
Nahiz eta mikroorganismoak gure planetako ia nitxo ekologiko guztietan nagusi diren, azken 10-15 urteetan bakarrik hasi gara mikrobio-komunitateen (mikrobiomak) osaera eta funtzioa hobeto ulertzen, errendimendu handiko DNAren sekuentziazio (HTS) teknologien aurrerapen esanguratsuei esker. Ikuspegi hauek mikrobiomen azterketa integrala ahalbidetu dute lehen aldiz. HTS teknologiak erabiliz jakin-minak bultzatutako mikrobiomaren hasierako ikerketen ondoren, eremua eboluzionatu egin da lortutako ezagutzak aprobetxatzeko, eta mikrobiomaren karakterizazioan eta modulazioan zentratutako milioi anitzeko industria berri bat garatu da.
Inbertsio horren gehiengoa arlo klinikora bideratu da. Aitzitik, askoz gutxiago ezagutzen da elikadura-kate konplexuetako mikrobiomei buruz, eta zaila da elikadura-katearen mikrobioen datuak aprobetxatzea elikagai-sistema jasangarriagoak eta produktu eta aplikazio berritzaileak garatzeko. Hori gertatzen da mikrobioek elika-katean zehar duten garrantzia nabaria izan arren. MASTER-ek ikuspegi integrala hartuko du potentzial komertzial handiko mikrobio-produktu, elikagai, zerbitzu edo prozesu espezifikoak garatzeko. Produktu hauek gizarteari mesede egingo diote elikagaien kantitatea, kalitatea eta segurtasuna hobetuz elikadura-kate anitzetan, itsaskiak, landare-oinarritutakoak, lurzorukoak, errumen-oinarritutakoak, haragi-oinarritutakoak, garagardoa, landare-oinarritutako elikagaiak eta hartzituak barne.
Hori lortuko da elikadura-kateari lotutako mikrobio-datuak ateraz, big data kudeatzeko tresnak garatuz, elikadura-kateetan zehar mikrobiomen arteko erlazioak identifikatzeko eta iraunkortasuna eta zirkulartasuna sustatzen duten eta hondakinen kudeaketan eta klima-aldaketa arintzen laguntzen duten aplikazioak sortuz. Mikrobioen ezagutza aprobetxatuko dugu arrainen, landareen, lurzoruaren, animalien eta gizakien osasuna eta erresilientzia nabarmen hobetzeko, trebetasun eta gaitasun profesionalak hobetzeko eta elikagaien sektorean eta bioekonomian lanpostu berriak sortzen laguntzeko.
Landare Mikrobioma menperatzea: mikrobioman oinarritutako irtenbideak garatzen ditugu, ekoizpena hobetzeko, kalitatea optimizatzeko eta bazka-laboreetako gaixotasunak kontrolatzeko. Landareen hazkuntza sustatzen duten anduiekin, landareen biokontroleko anduiekin eta garatutako formulazioekin mikroorganismo horien bateragarritasuna eta eraginkortasuna ebaluatu ziren. Mikorrizetan oinarritutako bioongarrirako pellet formulazioa garatu eta merkaturatu zen. Patogenoak detektatzeko eta kolonizazioaren eraginkortasunaren iragarpenerako mikrobiometan oinarritutako diagnostiko tresna baten garapenean aurrera egin zen. Itsas mikrobioma menperatzea: mikrobioman oinarritutako soluzio berriek akuikultura iraunkorraren pentsuen efektu onuragarriak areagotzea ekarri dute. Andui probiotikoek arrainen hazkuntzan duten eragina zehaztu zen.
Horrez gain, probiotikoekin eta probiotikorik gabe elikatzen den izokin atlantikoko xerra-kalitatea eta balio sentsorialak ebaluatu ziren. Emaitza itxaropentsuak ere lortu ziren, akuikultura sistemetan patogenoak detektatzeko protokolo azkar batean lagunduz. Errumenaren mikrobioma menperatzea: errumenaren mikrobioma manipulatuz, MASTERek hausnarkarien ekoizpena hobetu zuen, metano-isuriak murriztuz eta haragi eta esneki osasuntsuak eskainiz. Animalia ugari ikertu ziren hazkuntzak, hainbat pentsu-gehigarri eta mikrobiomaren modulagailuek elikadura-eraginkortasunean eta metano-isurietan duten eragina ikertzeko, errumenaren mikrobioma fenotipoekin lotuz. Honek, bakarka edo konbinatuta, eskala handiago batean ezartzea merezi duten hainbat ikuspegi nabarmendu zituen.
Errumenaren mikrobioma modulatzeak bizitzan osasunerako eta ongizaterako dituen onurak ere zehaztu ziren, eta errumeneko mikrobioen jardueraren eredu matematikoak garatu ziren metanoa kontrolatzeko estrategia osagarriak aurreikusteko eta diseinatzeko. Elikagaien mikrobiomak eta giza hesteetako osasuna menperatzea: elikagaien industriari mikrobiomaren mapaketa prozedura eguneratuak eskaintzen dizkiogu elikagaiak prozesatzeko lerroetan mikrobio kutsatzaileak ikertzeko, elikagaien kalitatea eta segurtasuna hobetzeko, itxaronaldiak murrizteko eta elikagaien hondakinak murrizteko. Ekimen honi esker, datu-base integral berri bat sortu zen, DNAren sekuentziazioan oinarritutako hurbilketak elika-katean dauden mikroorganismoak askoz zehaztasun handiagoarekin identifikatzea ahalbidetzen duena. Beste ikerketa batean, elikagaien eta pentsuen osagai berriak garatu ziren elikagaien hondakinetatik, eta, aldi berean, itsaskiaren eta haragiaren biokontserbazio estrategia berriak garatu ziren.
Mikrobioma eta dieta datuak ere aztertu dira, dieta eta hesteetako mikrobiomaren arteko erlazioa aztertuz eta elikagai hartzituak bakterio potentzial probiotikoen iturri gisa duten garrantzia nabarmenduz. MASTER Estandarrak: Elika-kateko mikroorganismoak aztertzeko ikuspegi bateratua sortzen dugu eta ingurune ezberdinetako laginen mikrobioma prozesatzeko eta DNAren sekuentziazio mota ezberdinetarako baliozko metodoak estandarizatzen ditugu. Bioinformatikako lan-fluxu bat garatu eta inplementatu zen elikadura-kateko datu metagenomikoak profilatzeko. Bi datu-base sortu ziren: CuratedFoodMetagenomicDatabase (publikoki eskuragarri dauden elikagaien/elikagaien ekoizpenaren metagenoma guztiak biltzen dituena, MASTER datuak barne) eta foodGenVir (interesgarri diren ezaugarriekin lotutako mikrobio andui edo gene indibidualen mailan). Protokoloak eta datu-baseak laster egongo dira eskuragarri web atari ireki batean proiektua amaitu ondoren (DOMINO proiektuaren bidez zabalduko dena) eta etorkizunean elikagaien mikrobiologia probak iraultzeko ahalmena dute.
Mikroorganismoak nitxo ekologiko guztietan daude: ukitzen ditugun gainazaletatik hasi eta jaten ditugun elikagaietaraino, baita gure barnean ere, horietako asko gure osasunerako ezinbestekoak izanik. Lehen, zientzialariek agar plakak eta mikroskopioak erabiltzen zituzten mikroorganismo horiek aztertzeko, baina orain DNA sekuentziatzeko teknologiak erabiltzen ditugu mikrobio-komunitateen konposizioa eta funtzio potentziala ezagutzeko.
Europa osoko zientzialariek, H2020 MASTER Innovation Action-en esparruan, teknologia hauek erabili zituzten hainbat elika-kateetako mikrobiomak mapatzeko, eta elikagai-sistema seguruagoak, kalitate handikoak, osasuntsuagoak eta jasangarriagoak garatzeko datuak lortuz. Gure ikertzaileek mikrobiomaren datu hauek atera dituzte, datu handiak kudeatzeko tresnak garatu, elika-kateetako mikrobiomen arteko harremanak identifikatu dituzte eta jasangarritasuna sustatzen duten eta hondakinen kudeaketan eta klima-aldaketa arintzen laguntzen duten aplikazioak sortu dituzte. MASTER-ek produktu eta aplikazio berritzaileak ekarri ditu, mikrobioma errespetatzen duten produktuak, elikagaiak eta pentsuak, zerbitzuak eta prozesuak barne.
Gure planetako ia nitxo ekologiko guztietan mikroorganismoak nagusi diren arren, azken 10-15 urteetan soilik hasi gara mikrobio-komunitateen (mikrobiomak) osaera eta funtzioaren inguruko ezagutzak lortzen, errendimendu handiko DNAren sekuentziazio (HTS) teknologien aurrerapen esanguratsuen ondorioz. Ikuspegi hauek mikrobiomen azterketa integrala ahalbidetu dute lehen aldiz. HTS teknologiak erabiliz jakin-minak bultzatutako mikrobiomaren hasierako ikerketen ondoren, eremua eboluzionatu egin da emandako ezagutzak aprobetxatzeko, eta mikrobiomaren karakterizazioan eta modulazioan zentratutako milioi askoko industria berri bat garatu da.
Inbertsio horren gehiengoa espazio klinikoan egin da. Aitzitik, askoz gutxiago ezagutzen da elikagai-kate konplexuetako mikrobiomei buruz, eta zaila da elikadura-katearen mikrobiomaren datuak aprobetxatzea elikadura-sistema jasangarriagoak garatzeko eta produktu eta aplikazio berritzaileak ekoizteko. Hori gertatzen da mikrobioek elika-katean zehar duten garrantzia nabaria izan arren. MASTER-ek ikuspegi integrala hartuko du gizarteari mesede egingo dion mikrobioma produktuak, elikagaiak/jarioak, zerbitzuak edo prozesuak garatzeko, elikagaien kantitatea, kalitatea eta segurtasuna hobetuz elikagai-kate anitzetan, itsaskiak, landare-oinarritutakoak, lurzorukoak, errumena, haragia, garagardoa, landare-hondakinak eta elikagai hartzituak barne.
Hori lortuko da elikadura-kateari lotutako mikrobiomaren datuak ateraz, big data kudeatzeko tresnak garatuz elikadura-kateetan zehar mikrobiomen arteko erlazioak identifikatzeko eta jasangarritasuna eta zirkulartasuna sustatzen dituzten aplikazioak sortuz, eta hondakinen kudeaketan eta klima-aldaketa arintzen laguntzen dutenak. Mikrobiomaren ezagutza aprobetxatuko dugu arrainen, landareen, lurzoruaren, animalien eta gizakien osasuna eta erresilientzia nabarmen hobetzeko, trebetasun eta gaitasun profesionalak hobetzeko eta elikagaien sektorean eta bioekonomian lanpostu berriak sortzeari laguntzeko.
Mikroorganismoak nonahi ugaritzen dira, baita gure barruan ere. Mikroorganismoetan oinarritutako irtenbide aitzindariek osasuna sustatzen duten, hondakinak murrizten eta nekazaritza optimizatzen duten elikagai eta pentsu iraunkorretarako bidea zabaltzen dute. Mikroorganismoen bilketak, hala nola bakterioak, onddoak eta birusak, mikrobioma izenez ezagutzen direnak, gure ongizatean eragiten du, digestiotik hasi eta erantzun immunologikoraino. Mikrobiomak ere badira nekazaritzako elikagaien sistema guztietan.
Mikroorganismo hauek eta elkarren artean eta ingurunearekin dituzten interakzio konplexuak ulertzea funtsezkoa da elikagaien ekoizpen seguruagoa eta iraunkorragoa bermatzeko. Mikrobiomaren mapak egiteko prozedura koherenteak EBk finantzatutako MASTER proiektua elkarlotutako elikagai-sistemetan mikrobiomen arteko erlazio korapilatsuak deszifratzean zentratu zen, itsas, landare, lurzorua, errumena eta elikagaiak barne. "Mikrobioman oinarritutako DNA sekuentziatzeko teknologiak erabiliz, helburu nagusia nekazaritzako elikagaien kateen kalitatea, iraunkortasuna eta osasuna sustatzeko gaitasuna hobetuko zuten sistemak diseinatzea zen", azaldu du Paul Cotter proiektuaren koordinatzaileak. Hori lortzeko, mikrobiomaren analisi koherentea bermatu eta elika-kate osoan konparagarritasuna mantendu, partzuergoak laginak biltzeko, kontserbatzeko eta biltegiratzeko prozedurak estandarizatu zituen. Analisi-prozesuaren fase guztietan prozedura operatibo estandarrak garatzeak balizko akatsak minimizatu zituen, datuen alborapenak eta interpretazio okerrak saihestuz.
Teknologia berria Zehazki, MASTER-ek protokolo berri bat eta lotutako DNA erauzteko kit bat garatu zuen, DNAn oinarritutako mikrobiomaren analisirako laginketa eraginkorra errazteko, mikroorganismoen presentzia txikia dela-eta zaila den kasuetan ere. Nabarmentzekoa, protokolo hau elikagaiak prozesatzeko ingurune ezberdinetako milaka laginei aplikatzeak CuratedFoodMetagenomics datu-basea sortu zuen, industriak elikagaietan dauden mikroorganismoak zehaztasunez detektatzeko erabil dezakeen baliabide eskerga. Tresna hauek DNA sekuentziatzeko tresna azkar eta eramangarri batekin batera erabil daitezke mikroorganismo problematikoak detektatzeko. Elikagaien eta pentsuen ekoizpena hobetzea Landareen mikrobiomak patogenoen aurkako landareen defentsa-mekanismoak indartzeko eta landareen hazkuntza sustatzeko duten zeregin kritikoa aintzat hartuta, zientzialariek mikrobio-tentsioak garatu dituzte laboreetako onddoen patogenoei aurre egiteko, hala nola artoan eta bioongarrietan, belarraren kalitatea hobetzeko.
Akuikulturan, mikrobiometan oinarritutako soluzioek, andui probiotikoak eta biokontserbatzaileak barne, emaitza itxaropentsuak erakutsi dituzte arrainen hazkuntza eta xerra kalitatea hobetzeko. MASTER-ek behi, ardi eta ahuntz bezalako hausnarkarien mikrobioman ere sakondu zuen. Mikrobioma honek berebiziko garrantzia du, izan ere, bere osaeraren arabera, animalien elikaduratik proteinak eta beste mantenugai batzuk ateratzeko gaitasunari eragin diezaiokeelako, eta berotegi-efektuko gasen (metanoa batez ere) ere laguntzen baitu. "Hasnarkarien mikrobioma modulatzeak ingurumen-inpaktua murrizten du eta, gainera, kalitate handiagoko haragi eta esneki iraunkorrak ekar ditzake", dio Cotter-ek.
Elikagaien hondakinei aurre egitea eta haratago. Elikagaien ekoizpen osoaren ia heren bat hartzen duten elikagaien hondakin globalak elikagaiak prozesatzeko teknologiaren bidez landu ziren hondakinak osagai onuragarri bihurtzeko. Hartzidura kontserbazio metodo natural gisa ere aztertu zuten ikertzaileek. "Elikagai hartzituek, bakterio onuragarrietan aberatsak, elikagaien kalitatea, segurtasuna eta digestioa hobetzen dituzte eta osasunerako onurak eskaintzen dituzte", azaldu du Cotter-ek. Hartzitutako hainbat elikagairen azterketa integralak ezaugarri horietarako optimizatutako elikagai berriei ateak irekitzen dizkie. Cotter-ek nabarmendu du: "MASTER-etik 20 berrikuntza baino gehiago sortu dira, bakoitza bere potentzial izugarriagatik identifikatuta". Aurrera begira, MASTER partzuergoak EBko proiektu berrietan ikertzen jarraituko du, hala nola DOMINO eta HoloRuminant, funtsezko arlo hauetan aurrerapen iraunkorra eta etengabea bermatuz.
Onddo mikorriziko arbuskularrak eta biokontroleko bakterioak aplikatzeko formulazio berriak garatu eta probatu ziren, hainbat emaitza positiborekin. Lurzoruan patogenoak detektatzeko ONT teknologiak duen potentziala ere agerian geratu zen, eta tresna bioinformatiko berriak ezarri ziren. Aurrerapen handiak egin dira akuikultura jasangarriko pentsuak optimizatzean. Aurrerapena egin da akuikultura-sistemetan arrain patogenoak azkar detektatzeko.
Ondorio sozioekonomiko eta sozial potentzialak dira akuikulturan arrain-irinarekiko menpekotasun murriztea eta pentsuen erabilera eraginkorragoa. Hausnarkariekin egindako ikerketek metano isuri txikiagoa duten animaliak hazteko ahalmena erakutsi dute, eta dieta-interbentzio askok metano-isuriak gehiago murrizten zituzten, produktibitatea handitu zuten eta/edo produktu nutritiboak bermatzen zituzten. Hidrogenoa birbideratzeko eta metano-isuriak murrizteko konposatu fenolikoen erabilera, animaliari energia gehiago emanez, oso itxaropentsua da. Gainera, arkumeen dietan mikroalgak sartzeak osasunerako onurak izan zituen (omega-3 eduki handiagoa), metano-isuriak ere murrizten zituen. Modelaketaren aurrerapenek metanoa arintzea eta animalien osasuna eta produktibitatea maximizatzea bilatzen duten elikadura-estrategia berritzaileak ekarriko dituzte hausnarkarientzat. MASTER-ek elikagaien industrian mikrobiomak mapatzeko baliozko prozedurak garatu ditu, prozesuen optimizazioa, hondakinen murrizketa eta elikagaien kalitatea eta segurtasuna hobetzea sustatuz.
Elikagaien, mantenugaien, mikroorganismoen eta giza hesteetako mikrobiomaren arteko elkarloturen mapa ezarri zen, giza osasunari mesede egiteko gomendio dietetikoak ematen lagunduko duena. MASTER-ek aurrerapen handia egin du itsaski eta haragiaren biokontserbaziorako estrategiak eskaintzen. Elikagaiak eta osagaiak ekoizteko garagardotegien eta fruta-hondakinen korronteen balorizaziorako prozedurak ere garatu dira. Balioetsitako osagaiek giza hesteetako mikrobiotan duten eragin positiboa balioztatu da in vitro koloneko ikerketetan. MASTER barruan protokolo harmonizatuak, komunitate simulatua eta prozesu analitiko automatizatuak garatzeak, elikagaiekin lotutako ekosistemei bereziki eskainiak, elikadura-katerako sekuentziazio teknologien estandarizazioa eta potentziala hobetuko ditu.
Sortu berri diren MASTER datu-baseek elikagaiekin lotutako mikrobiomaren profilak eskaintzen dituzte datu osagarriekin, eta birulentziarekin, patogenikotasunarekin, hondatze-potentzialarekin eta mikrobioen aurkako erresistentziarekin lotutako andui edo geneekin, ezinbestekoak izango direnak elikagaien analisian sekuentziazio-teknologiak epe luzera aplikatzeko. Datu-base berritzaileak dira eta doan eskuragarri egongo dira. Emaitza hauek ondorio garrantzitsuak izango dituzte, elikadura-kateekin lotutako mikrobiomak ulertzea hobetuz eta gizartearen funtsezko erronkei aurre eginez, besteak beste, elikadura eta nutrizio-segurtasuna, osasuna eta ongizatea, elikagaien hondakinen kudeaketa eta klima-aldaketaren egokitzapena eta arintzea.
- TEAGASC - AGRICULTURE AND FOOD DEVELOPMENT AUTHORITY
Lotutako proiektuak
