Projet MASTER H2020 : Applications du microbiome pour des systèmes alimentaires durables grâce aux technologies et aux entreprises
- Taper Projet
- État Rempli
- Exécution 2019 -2023
- Budget alloué 10.950.171,9 €
- Portée Europeo
- Principale source de financement H2020
- Site Web du projet Proyecto MASTER
Bien que les micro-organismes dominent presque toutes les niches écologiques de notre planète, ce n’est qu’au cours des 10 à 15 dernières années que nous avons commencé à mieux comprendre la composition et la fonction des communautés microbiennes (microbiomes) grâce aux avancées significatives des technologies de séquençage d’ADN à haut débit (HTS). Ces approches ont permis pour la première fois une analyse complète des microbiomes. Suite à des recherches initiales sur le microbiome motivées par la curiosité et utilisant les technologies HTS, le domaine a évolué pour tirer parti des connaissances acquises, conduisant au développement d'une nouvelle industrie de plusieurs milliards de dollars axée sur la caractérisation et la modulation du microbiome.
La grande majorité de cet investissement a été allouée au domaine clinique. En revanche, on en sait beaucoup moins sur les microbiomes dans les chaînes alimentaires complexes, ce qui rend difficile l’exploitation des données microbiennes de la chaîne alimentaire pour développer des systèmes alimentaires plus durables et des produits et applications innovants. Et ce, malgré l’importance évidente des microbes tout au long de la chaîne alimentaire. MASTER adoptera une approche globale pour développer des produits, aliments, services ou procédés microbiens spécifiques à fort potentiel commercial. Ces produits bénéficieront à la société en améliorant la quantité, la qualité et la sécurité des aliments dans de multiples chaînes alimentaires, notamment les fruits de mer, les aliments à base de plantes, à base de terre, à base de rumen, à base de viande, les aliments brassicoles, à base de plantes et fermentés.
Cet objectif sera atteint en extrayant des données microbiennes liées à la chaîne alimentaire, en développant des outils de gestion de données volumineuses pour identifier les interrelations entre les microbiomes le long des chaînes alimentaires et en générant des applications qui favorisent la durabilité et la circularité et contribuent à la gestion des déchets et à l’atténuation du changement climatique. Nous exploiterons les connaissances microbiennes pour améliorer considérablement la santé et la résilience des poissons, des plantes, des sols, des animaux et des humains, renforcer les compétences et les aptitudes professionnelles et soutenir la création de nouveaux emplois dans le secteur alimentaire et la bioéconomie.
Maîtriser le microbiome végétal : nous développons des solutions basées sur le microbiome pour améliorer la production, optimiser la qualité et contrôler les maladies des cultures fourragères. Des essais avec des souches favorisant la croissance des plantes, des souches de lutte biologique contre les plantes et des formulations développées ont évalué la compatibilité et l’efficacité de ces micro-organismes. Une formulation de granulés pour biofertilisant à base de mycorhizes a été développée et introduite sur le marché. Des progrès ont été réalisés dans le développement d’un outil de diagnostic basé sur le microbiome pour la détection des agents pathogènes et la prédiction de l’efficacité de la colonisation. Maîtriser le microbiome marin : de nouvelles solutions basées sur le microbiome ont conduit à des effets bénéfiques accrus des aliments pour l'aquaculture durable. L’effet des souches probiotiques sur la croissance des poissons a été déterminé.
De plus, la qualité des filets et les valeurs sensorielles du saumon atlantique nourri avec et sans probiotiques ont été évaluées. Des résultats prometteurs ont également été obtenus, contribuant à un protocole rapide de détection des agents pathogènes dans les systèmes d’aquaculture. Maîtriser le microbiome du rumen : En manipulant le microbiome du rumen, MASTER a amélioré la production des ruminants tout en réduisant les émissions de méthane et en fournissant de la viande et des produits laitiers sains. Un grand nombre d'animaux ont été étudiés pour étudier l'impact de l'élevage, de divers additifs alimentaires et de modulateurs du microbiome sur l'efficacité alimentaire et les émissions de méthane, reliant le microbiome du rumen aux phénotypes. Cela a mis en évidence plusieurs approches qui méritent d’être mises en œuvre, individuellement ou en combinaison, à plus grande échelle.
Les avantages de la modulation du microbiome du rumen dès le début de la vie pour la santé et le bien-être ont également été déterminés, tandis que des modèles mathématiques de l’activité microbienne du rumen ont été développés pour prédire et concevoir des stratégies supplémentaires de contrôle du méthane. MAÎTRISE des microbiomes alimentaires et de la santé intestinale humaine : Nous fournissons à l'industrie alimentaire des procédures de cartographie du microbiome à jour pour étudier les contaminants microbiens le long des chaînes de transformation des aliments, qui peuvent être appliquées pour améliorer la qualité et la sécurité des aliments, réduire les périodes d'attente et réduire le gaspillage alimentaire. Grâce à cette initiative, une nouvelle base de données complète a été générée qui permet aux approches basées sur le séquençage de l’ADN d’identifier les micro-organismes présents dans la chaîne alimentaire avec une précision beaucoup plus grande. Dans une autre étude, de nouveaux ingrédients destinés à l’alimentation humaine et animale ont été développés à partir de déchets alimentaires, tandis que, parallèlement, de nouvelles stratégies de biopréservation pour les fruits de mer et la viande ont été développées.
Les données sur le microbiome et l’alimentation ont également été analysées, explorant la relation entre l’alimentation et le microbiome intestinal et soulignant l’importance des aliments fermentés comme source de bactéries potentiellement probiotiques. Normes MASTER : Nous créons une approche unifiée pour l'analyse des micro-organismes dans la chaîne alimentaire et normalisons les méthodes validées pour le traitement du microbiome d'échantillons provenant de différents environnements et pour différents types de séquençage d'ADN. Un flux de travail bioinformatique a été développé et mis en œuvre pour profiler les données métagénomiques de la chaîne alimentaire. Deux bases de données ont été créées : CuratedFoodMetagenomicDatabase (contenant tous les métagénomes alimentaires/de production alimentaire accessibles au public, y compris les données MASTER) et foodGenVir (au niveau des souches microbiennes individuelles ou des gènes associés aux traits d'intérêt). Les protocoles et les bases de données seront bientôt disponibles sur un portail Web ouvert après l'achèvement du projet (qui sera étendu grâce au projet DOMINO) et ont le potentiel de révolutionner les tests de microbiologie alimentaire à l'avenir.
Les micro-organismes existent dans toutes les niches écologiques : des surfaces que nous touchons aux aliments que nous mangeons, et même à l’intérieur de nous, beaucoup d’entre eux étant essentiels à notre santé. Auparavant, les scientifiques utilisaient des plaques d’agar et des microscopes pour étudier ces micro-organismes, mais nous utilisons désormais des technologies de séquençage de l’ADN pour découvrir la composition et la fonction potentielle des communautés microbiennes.
Dans le cadre de l'action d'innovation H2020 MASTER, des scientifiques de toute l'Europe ont utilisé ces technologies pour cartographier les microbiomes dans diverses chaînes alimentaires, obtenant ainsi des données pour le développement de systèmes alimentaires plus sûrs, de meilleure qualité, plus sains et plus durables. Nos chercheurs ont extrait ces données sur le microbiome, développé des outils de gestion de données volumineuses, identifié les relations entre les microbiomes dans les chaînes alimentaires et généré des applications qui favorisent la durabilité et contribuent à la gestion des déchets et à l’atténuation du changement climatique. MASTER a conduit à des produits et applications innovants, notamment des produits, des aliments et des aliments pour animaux, des services et des processus respectueux du microbiome.
Bien que les micro-organismes dominent presque toutes les niches écologiques de notre planète, ce n’est qu’au cours des 10 à 15 dernières années que nous avons commencé à mieux comprendre la composition et la fonction des communautés microbiennes (microbiomes) grâce aux avancées significatives des technologies de séquençage d’ADN à haut débit (HTS). Ces approches ont permis pour la première fois une analyse complète des microbiomes. Après des recherches initiales sur le microbiome motivées par la curiosité et utilisant les technologies HTS, le domaine a évolué pour tirer parti des informations fournies, conduisant au développement d'une nouvelle industrie de plusieurs milliards de dollars axée sur la caractérisation et la modulation du microbiome.
La grande majorité de cet investissement a été réalisée dans le domaine clinique. En revanche, on en sait beaucoup moins sur les microbiomes des chaînes alimentaires complexes, ce qui rend difficile l’exploitation des données sur le microbiome de la chaîne alimentaire pour développer des systèmes alimentaires plus durables et produire des produits et des applications innovants. Et ce, malgré l’importance évidente des microbes tout au long de la chaîne alimentaire. MASTER adoptera une approche globale pour développer des produits, des aliments/aliments pour animaux, des services ou des processus ciblés sur le microbiome à fort potentiel commercial qui bénéficieront à la société en améliorant la quantité, la qualité et la sécurité des aliments dans de multiples chaînes alimentaires, notamment les fruits de mer, les aliments à base de plantes, les aliments à base de sol, le rumen, la viande, le brassage, les déchets végétaux et les aliments fermentés.
Cet objectif sera atteint en exploitant les données du microbiome liées à la chaîne alimentaire, en développant des outils de gestion de données volumineuses pour identifier les interrelations entre les microbiomes le long des chaînes alimentaires et en générant des applications qui favorisent la durabilité et la circularité et contribuent à la gestion des déchets et à l’atténuation du changement climatique. Nous exploiterons les connaissances sur le microbiome pour améliorer considérablement la santé et la résilience des poissons, des plantes, des sols, des animaux et des humains, renforcer les compétences et les aptitudes professionnelles et soutenir la création de nouveaux emplois dans le secteur alimentaire et la bioéconomie.
Les micro-organismes prolifèrent partout, même à l’intérieur de nous. Des solutions pionnières à base de micro-organismes ouvrent la voie à des aliments et des aliments pour animaux durables qui favorisent la santé, réduisent les déchets et optimisent l’agriculture. L’ensemble de micro-organismes, tels que les bactéries, les champignons et les virus, connu sous le nom de microbiome, influence notre bien-être, affectant tout, de la digestion à la réponse immunitaire. Les microbiomes existent également dans tous les systèmes agroalimentaires.
Il est essentiel de comprendre ces micro-organismes et leurs interactions complexes entre eux et avec leur environnement pour garantir une production alimentaire plus sûre et plus durable. Procédures cohérentes pour la cartographie du microbiome Le projet MASTER, financé par l'UE, s'est concentré sur le déchiffrement des relations complexes entre les microbiomes dans les systèmes alimentaires interconnectés, notamment marins, végétaux, du sol, du rumen et alimentaires. « En utilisant des technologies de séquençage de l'ADN basées sur le microbiome, l'objectif principal était de concevoir des systèmes qui amélioreraient la qualité, la durabilité et la capacité de promotion de la santé des chaînes agroalimentaires et des aliments et aliments pour animaux qu'elles produisent », explique le coordinateur du projet, Paul Cotter. Pour y parvenir, garantir une analyse cohérente du microbiome et maintenir la comparabilité tout au long de la chaîne alimentaire, le consortium a standardisé les procédures de collecte, de conservation et de stockage des échantillons. L’élaboration de procédures opérationnelles standard à toutes les étapes du processus d’analyse a permis de minimiser les erreurs potentielles, évitant ainsi les biais et les mauvaises interprétations des données.
Nouvelle technologie Plus précisément, MASTER a développé un nouveau protocole et un kit d'extraction d'ADN associé pour faciliter un échantillonnage efficace pour l'analyse du microbiome basée sur l'ADN, même dans les cas où cela est difficile en raison de la faible présence de micro-organismes. Notamment, l’application de ce protocole à des milliers d’échantillons provenant de différents environnements de transformation des aliments a conduit à la création de la base de données CuratedFoodMetagenomics, une ressource inestimable que l’industrie peut utiliser pour détecter avec précision les micro-organismes présents dans les aliments. Ces outils peuvent être utilisés en combinaison avec un outil de séquençage d’ADN rapide et portable pour détecter les micro-organismes problématiques. Améliorer la production alimentaire et fourragère Reconnaissant le rôle essentiel des microbiomes végétaux dans le renforcement des mécanismes de défense des plantes contre les agents pathogènes et la promotion de la croissance des plantes, les scientifiques ont développé des souches microbiennes pour lutter contre les agents pathogènes fongiques dans les cultures telles que le maïs et des biofertilisants pour améliorer la qualité de l'herbe.
En aquaculture, les solutions à base de microbiome, notamment les souches probiotiques et les bioconservateurs, ont montré des résultats prometteurs dans l’amélioration de la croissance des poissons et de la qualité des filets. MASTER s’est également penché sur le microbiome des ruminants tels que les vaches, les moutons et les chèvres. Ce microbiome est d’une importance vitale car, selon sa composition, il peut affecter la capacité à extraire des protéines et d’autres nutriments des aliments pour animaux, et il contribue également aux émissions de gaz à effet de serre (principalement du méthane). « La modulation du microbiome des ruminants peut réduire l’impact environnemental et également conduire à des produits carnés et laitiers durables et de meilleure qualité », explique Cotter.
Lutter contre le gaspillage alimentaire et au-delà Le gaspillage alimentaire mondial, qui représente près d’un tiers de la production alimentaire totale, a été traité grâce à une technologie de transformation des aliments permettant de transformer les déchets en ingrédients bénéfiques. Les chercheurs ont également étudié la fermentation comme méthode de conservation naturelle. « Les aliments fermentés, riches en bactéries bénéfiques, améliorent la qualité, la sécurité et la digestion des aliments et offrent des bienfaits pour la santé », explique Cotter. Une étude approfondie de plusieurs aliments fermentés ouvre la porte à de nouveaux aliments optimisés pour ces attributs. Cotter souligne : « Plus de 20 innovations ont émergé de MASTER, chacune identifiée pour son immense potentiel. » À l’avenir, le consortium MASTER poursuivra ses recherches dans de nouveaux projets européens, tels que DOMINO et HoloRuminant, garantissant ainsi des progrès soutenus et continus dans ces domaines clés.
De nouvelles formulations pour l'application de champignons mycorhiziens arbusculaires et de bactéries de biocontrôle ont été développées et testées, avec plusieurs résultats positifs. Le potentiel de la technologie ONT pour détecter les agents pathogènes dans le sol a également été révélé et de nouveaux outils bioinformatiques ont été mis en place. Des progrès considérables ont été réalisés dans l’optimisation des aliments pour l’aquaculture durable. Des progrès ont été réalisés dans la détection rapide des agents pathogènes des poissons dans les systèmes d’aquaculture.
Les implications socioéconomiques et sociales potentielles comprennent une dépendance réduite à la farine de poisson dans l’aquaculture et une utilisation plus efficace des aliments. Des études sur les ruminants ont illustré le potentiel d’élevage d’animaux produisant moins d’émissions de méthane, établissant que de nombreuses interventions alimentaires réduisaient encore davantage les émissions de méthane, augmentaient la productivité et/ou garantissaient des produits nutritifs. L’utilisation de composés phénoliques pour rediriger l’hydrogène et réduire les émissions de méthane, tout en fournissant plus d’énergie à l’animal, est très prometteuse. De plus, l’inclusion de microalgues dans l’alimentation des agneaux a montré des bénéfices pour la santé (teneur plus élevée en oméga-3), tout en réduisant les émissions de méthane. Les progrès de la modélisation conduiront à des stratégies nutritionnelles innovantes pour les ruminants qui cherchent à atténuer le méthane et à maximiser la santé et la productivité animales. MASTER a développé des procédures validées pour la cartographie des microbiomes dans l'industrie alimentaire, favorisant l'optimisation des processus, la réduction des déchets et l'amélioration de la qualité et de la sécurité des aliments.
Une carte des interconnexions entre les produits alimentaires, les nutriments, les micro-organismes et le microbiome intestinal humain a été établie, ce qui aidera à fournir des recommandations diététiques bénéfiques pour la santé humaine. MASTER a réalisé des progrès significatifs en fournissant des stratégies de biopréservation des fruits de mer et de la viande. Des procédés ont également été développés pour la valorisation des flux de déchets de brasserie et de fruits afin de produire des aliments et des ingrédients. L’effet positif des ingrédients valorisés sur le microbiote intestinal humain a été validé dans des études in vitro sur le côlon. Le développement de protocoles harmonisés, d’une communauté simulée et de processus analytiques automatisés au sein de MASTER, spécifiquement dédié aux écosystèmes liés à l’alimentation, améliorera la standardisation et le potentiel des technologies de séquençage pour la chaîne alimentaire.
Les bases de données MASTER nouvellement générées fournissent des profils de microbiome associés aux aliments avec des données complémentaires et des souches ou des gènes associés à la virulence, à la pathogénicité, au potentiel de détérioration et à la résistance aux antimicrobiens, qui seront essentiels pour l'application à long terme des technologies de séquençage dans l'analyse des aliments. Il s’agit de bases de données innovantes et elles seront disponibles gratuitement. Ces résultats auront des implications importantes, améliorant notre compréhension des microbiomes associés aux chaînes alimentaires et répondant aux principaux défis sociétaux, notamment la sécurité alimentaire et nutritionnelle, la santé et le bien-être, la gestion des déchets alimentaires et l’adaptation et l’atténuation du changement climatique.
- TEAGASC - AGRICULTURE AND FOOD DEVELOPMENT AUTHORITY
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