Proxecto MASTER H2020: Aplicacións do microbioma para sistemas alimentarios sostibles a través de tecnoloxías e empresas
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2019 -2023
- Orzamento asignado 10.950.171,9 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento Horizonte 2020
- Páxina web do proxecto Proyecto MASTER
Aínda que os microorganismos dominan case todos os nichos ecolóxicos do noso planeta, só nos últimos 10 ou 15 anos comezamos a comprender mellor a composición e a función das comunidades microbianas (microbiomas) grazas aos avances significativos nas tecnoloxías de secuenciación de ADN de alto rendemento (HTS). Estas abordaxes permitiron por primeira vez unha análise exhaustiva dos microbiomas. Tras a investigación inicial sobre o microbioma impulsada pola curiosidade empregando tecnoloxías HTS, o campo evolucionou para aproveitar os coñecementos obtidos, o que levou ao desenvolvemento dunha nova industria multimillonaria centrada na caracterización e modulación do microbioma.
A gran maioría deste investimento destinouse ao ámbito clínico. En contraste, sábese moito menos sobre os microbiomas nas cadeas alimentarias complexas, o que dificulta aproveitar os datos microbianos da cadea alimentaria para desenvolver sistemas alimentarios máis sostibles e produtos e aplicacións innovadores. Isto ocorre a pesar da evidente importancia dos microbios en toda a cadea alimentaria. MASTER adoptará unha abordaxe integral para desenvolver produtos, alimentos, servizos ou procesos microbianos específicos con alto potencial comercial. Estes produtos beneficiarán á sociedade ao mellorar a cantidade, a calidade e a seguridade dos alimentos en múltiples cadeas alimentarias, incluíndo alimentos do mar, de orixe vexetal, do solo, do rume, da carne, da elaboración de cervexa, de orixe vexetal e fermentados.
Isto conseguirase mediante a extracción de datos microbianos relacionados coa cadea alimentaria, o desenvolvemento de ferramentas de xestión de big data para identificar as interrelacións entre os microbiomas ao longo das cadeas alimentarias e a xeración de aplicacións que promovan a sustentabilidade e a circularidade, e contribúan á xestión de residuos e á mitigación do cambio climático. Aproveitaremos o coñecemento microbiano para mellorar significativamente a saúde e a resiliencia dos peixes, as plantas, o solo, os animais e os humanos, mellorar as habilidades e competencias profesionais e apoiar a creación de novos empregos no sector alimentario e na bioeconomía.
Dominando o microbioma vexetal: Desenvolvemos solucións baseadas no microbioma para mellorar a produción, optimizar a calidade e controlar as enfermidades nos cultivos forraxeiros. Os ensaios con cepas promotoras do crecemento das plantas, cepas de biocontrol de plantas e formulacións desenvolvidas avaliaron a compatibilidade e a eficacia destes microorganismos. Desenvolveuse e introduciuse no mercado unha formulación en gránulos para biofertilizante a base de micorrizas. Avanzáronse no desenvolvemento dunha ferramenta de diagnóstico baseada no microbioma para a detección de patóxenos e a predición da eficiencia da colonización. Dominando o microbioma mariño: as novas solucións baseadas no microbioma levaron a un aumento dos efectos beneficiosos dos alimentos sostibles para a acuicultura. Determinouse o efecto das cepas probióticas no crecemento dos peixes.
Ademais, avaliáronse a calidade dos filetes e os valores sensoriais do salmón do Atlántico alimentado con e sen probióticos. Tamén se obtiveron resultados prometedores, o que contribuíu a un protocolo rápido para a detección de patóxenos en sistemas de acuicultura. Dominando o microbioma do rume: Ao manipular o microbioma do rume, MASTER mellorou a produción de ruminantes, á vez que reduciu as emisións de metano e proporcionou carne e produtos lácteos saudables. Estudouse un gran número de animais para investigar o impacto da cría, varios aditivos para a alimentación e moduladores do microbioma na eficiencia alimentaria e as emisións de metano, vinculando o microbioma do rume cos fenotipos. Isto puxo de manifesto varias abordaxes que merecen a súa aplicación, individualmente ou en combinación, a maior escala.
Tamén se determinaron os beneficios da modulación do microbioma ruminal nas primeiras etapas da vida para a saúde e o benestar, ao tempo que se desenvolveron modelos matemáticos da actividade microbiana do rume para predicir e deseñar estratexias adicionais de control do metano. DOMINANDO os microbiomas alimentarios e a saúde intestinal humana: Proporcionamos á industria alimentaria procedementos actualizados de mapeo de microbiomas para investigar contaminantes microbianos ao longo das liñas de procesamento de alimentos, que se poden aplicar para mellorar a calidade e a seguridade dos alimentos, reducir os períodos de espera e reducir o desperdicio de alimentos. Grazas a esta iniciativa, xerouse unha nova base de datos exhaustiva que permite que as abordaxes baseadas na secuenciación do ADN identifiquen os microorganismos presentes na cadea alimentaria con moita maior precisión. Noutro estudo, desenvolvéronse novos ingredientes para alimentos e pensos a partir de residuos alimentarios, mentres que, en paralelo, se desenvolveron novas estratexias de biopreservación para mariscos e carne.
Tamén se analizaron datos do microbioma e da dieta, explorando a relación entre a dieta e o microbioma intestinal e destacando a importancia dos alimentos fermentados como fonte de bacterias potencialmente probióticas. Estándares MESTRE: Creamos unha abordaxe unificada para a análise de microorganismos na cadea alimentaria e estandarizamos métodos validados para o procesamento do microbioma de mostras de diferentes ambientes e para diferentes tipos de secuenciación de ADN. Desenvolveuse e implementouse un fluxo de traballo bioinformático para a elaboración de perfís de datos metaxenómicos da cadea alimentaria. Creáronse dúas bases de datos: CuratedFoodMetagenomicDatabase (que contén todos os metaxenomas de alimentos/produción de alimentos dispoñibles publicamente, incluídos os datos MASTER) e foodGenVir (ao nivel de cepas ou xenes microbianos individuais asociados a trazos de interese). Os protocolos e as bases de datos estarán dispoñibles en breve nun portal web aberto despois da finalización do proxecto (que se ampliará a través do proxecto DOMINO) e terán o potencial de revolucionar as probas de microbioloxía alimentaria no futuro.
Os microorganismos existen en todos os nichos ecolóxicos: desde as superficies que tocamos ata os alimentos que comemos e mesmo dentro de nós, sendo moitos deles esenciais para a nosa saúde. Anteriormente, os científicos empregaban placas de ágar e microscopios para estudar estes microorganismos, pero agora empregamos tecnoloxías de secuenciación de ADN para descubrir a composición e a función potencial das comunidades microbianas.
Científicos de toda Europa, no marco da Acción de Innovación MASTER de H2020, empregaron estas tecnoloxías para mapear microbiomas en diversas cadeas alimentarias, obtendo datos para o desenvolvemento de sistemas alimentarios máis seguros, de maior calidade, máis saudables e máis sostibles. Os nosos investigadores extraeron estes datos do microbioma, desenvolveron ferramentas de xestión de big data, identificaron as relacións entre os microbiomas nas cadeas alimentarias e xeraron aplicacións que promoven a sustentabilidade e contribúen á xestión de residuos e á mitigación do cambio climático. MASTER deu lugar a produtos e aplicacións innovadores, incluíndo produtos, alimentos e pensos, servizos e procesos respectuosos co microbioma.
Aínda que os microorganismos dominan case todos os nichos ecolóxicos do noso planeta, só nos últimos 10 ou 15 anos comezamos a obter información sobre a composición e a función das comunidades microbianas (microbiomas) como resultado dos avances significativos nas tecnoloxías de secuenciación de ADN de alto rendemento (HTS). Estas abordaxes permitiron por primeira vez unha análise exhaustiva dos microbiomas. Tras as investigacións iniciais sobre o microbioma impulsadas pola curiosidade empregando tecnoloxías HTS, o campo evolucionou para aproveitar os coñecementos proporcionados, o que levou ao desenvolvemento dunha nova industria multimillonaria centrada na caracterización e modulación do microbioma.
A gran maioría deste investimento realizouse no ámbito clínico. En contraste, sábese moito menos sobre os microbiomas en cadeas alimentarias complexas, o que dificulta aproveitar os datos do microbioma da cadea alimentaria para desenvolver sistemas alimentarios máis sostibles e producir produtos e aplicacións innovadores. Isto ocorre a pesar da evidente importancia dos microbios en toda a cadea alimentaria. MASTER adoptará unha abordaxe integral para desenvolver produtos, alimentos/pensos, servizos ou procesos específicos para o microbioma con alto potencial comercial que beneficien á sociedade ao mellorar a cantidade, a calidade e a seguridade dos alimentos en múltiples cadeas alimentarias, incluíndo mariscos, alimentos de orixe vexetal, alimentos do solo, alimentos ruminais, carne, cervexeira, residuos vexetais e alimentos fermentados.
Isto conseguirase mediante a extracción de datos de microbiomas relacionados coa cadea alimentaria, o desenvolvemento de ferramentas de xestión de big data para identificar as interrelacións entre os microbiomas ao longo das cadeas alimentarias e a xeración de aplicacións que promovan a sustentabilidade e a circularidade, e contribúan á xestión de residuos e á mitigación do cambio climático. Aproveitaremos o coñecemento do microbioma para mellorar significativamente a saúde e a resiliencia dos peixes, as plantas, o solo, os animais e os humanos, mellorar as habilidades e competencias profesionais e apoiar a creación de novos empregos no sector alimentario e na bioeconomía.
Os microorganismos proliferan por todas partes, mesmo dentro de nós. As solucións pioneiras baseadas en microorganismos abren o camiño para alimentos e pensos sostibles que promoven a saúde, reducen os residuos e optimizan a agricultura. O conxunto de microorganismos, como bacterias, fungos e virus, coñecido como microbioma, inflúe no noso benestar, afectando todo, dende a dixestión ata a resposta inmunitaria. Os microbiomas tamén existen en todos os sistemas agroalimentarios.
Comprender estes microorganismos e as súas complexas interaccións entre si e cos seus entornos é fundamental para garantir unha produción de alimentos máis segura e sostible. Procedementos coherentes para a cartografía do microbioma O proxecto MASTER, financiado pola UE, centrouse en descifrar as intrincadas relacións entre os microbiomas en sistemas alimentarios interconectados, incluídos os mariños, as plantas, o solo, o rume e os alimentos. «Mediante tecnoloxías de secuenciación de ADN baseadas no microbioma, o obxectivo principal era deseñar sistemas que mellorasen a calidade, a sustentabilidade e a capacidade de promoción da saúde das cadeas agroalimentarias e dos alimentos e pensos que producen», explica o coordinador do proxecto, Paul Cotter. Para conseguilo, garantir unha análise coherente do microbioma e manter a comparabilidade en toda a cadea alimentaria, o consorcio estandarizou os procedementos de recollida, conservación e almacenamento de mostras. O desenvolvemento de procedementos operativos estándar en todas as etapas do proceso de análise minimizou os posibles erros, evitando sesgos e malas interpretacións dos datos.
Nova tecnoloxía Máis concretamente, MASTER desenvolveu un novo protocolo e o kit de extracción de ADN asociado para facilitar unha mostraxe eficiente para a análise do microbioma baseada no ADN, mesmo nos casos nos que isto resulta difícil debido á baixa presenza de microorganismos. Cabe destacar que a aplicación deste protocolo a miles de mostras de diferentes entornos de procesamento de alimentos levou á creación da base de datos CuratedFoodMetagenomics, un recurso valioso que a industria pode empregar para detectar con precisión os microorganismos presentes nos alimentos. Estas ferramentas pódense usar en combinación cunha ferramenta de secuenciación de ADN rápida e portátil para detectar microorganismos problemáticos. Mellora da produción de alimentos e pensos Recoñecendo o papel fundamental dos microbiomas vexetais no fortalecemento dos mecanismos de defensa das plantas contra os patóxenos e na promoción do crecemento das plantas, os científicos desenvolveron cepas microbianas para combater os patóxenos fúnxicos en cultivos como o millo e biofertilizantes para mellorar a calidade da herba.
Na acuicultura, as solucións baseadas no microbioma, incluíndo cepas probióticas e bioconservantes, mostraron resultados prometedores na mellora do crecemento dos peixes e da calidade dos filetes. MASTER tamén afondou no microbioma de ruminantes como as vacas, as ovellas e as cabras. Este microbioma é de vital importancia porque, dependendo da súa composición, pode afectar á capacidade de extraer proteínas e outros nutrientes da alimentación animal, e tamén contribúe ás emisións de gases de efecto invernadoiro (principalmente metano). «A modulación do microbioma dos ruminantes pode reducir o impacto ambiental e tamén levar a produtos cárnicos e lácteos sostibles e de maior calidade», afirma Cotter.
Abordar o desperdicio de alimentos e máis aló O desperdicio de alimentos a nivel mundial, que representa case un terzo da produción total de alimentos, abordouse mediante a tecnoloxía de procesamento de alimentos para converter os residuos en ingredientes beneficiosos. Os investigadores tamén estudaron a fermentación como método de conservación natural. «Os alimentos fermentados, ricos en bacterias beneficiosas, melloran a calidade, a seguridade e a dixestión dos alimentos e ofrecen beneficios para a saúde», explica Cotter. Un estudo exhaustivo de varios alimentos fermentados abre a porta a novos alimentos optimizados para estes atributos. Cotter destaca: «Xurdiron máis de 20 innovacións de MASTER, cada unha delas recoñecida polo seu inmenso potencial». De cara ao futuro, o consorcio MASTER continuará a investigación en novos proxectos da UE, como DOMINO e HoloRuminant, garantindo un progreso sostido e continuado nestas áreas clave.
Desenvolvéronse e probáronse novas formulacións para a aplicación de fungos micorrícicos arbusculares e bacterias de biocontrol, con varios resultados positivos. Tamén se revelou o potencial da tecnoloxía ONT para a detección de patóxenos no solo e establecéronse novas ferramentas bioinformáticas. Fixéronse progresos considerables na optimización dos alimentos sostibles para a acuicultura. Fixéronse progresos na detección rápida de patóxenos de peixes nos sistemas de acuicultura.
As posibles implicacións socioeconómicas e sociais inclúen unha menor dependencia da fariña de peixe na acuicultura e unha utilización máis eficiente dos alimentos. Os estudos con ruminantes ilustraron o potencial da cría de animais con menores emisións de metano, establecendo que numerosas intervencións dietéticas reduciron aínda máis as emisións de metano, aumentaron a produtividade e/ou garantiron produtos nutritivos. O uso de compostos fenólicos para redirixir o hidróxeno e reducir as emisións de metano, ao tempo que lle proporcionan máis enerxía ao animal, é moi prometedor. Ademais, a inclusión de microalgas na dieta dos cordeiros mostrou beneficios para a saúde (maior contido en omega-3), á vez que reduciu as emisións de metano. Os avances na modelización levarán a estratexias nutricionais innovadoras para ruminantes que busquen mitigar o metano e maximizar a saúde e a produtividade animal. MASTER desenvolveu procedementos validados para mapear microbiomas na industria alimentaria, promovendo a optimización de procesos, a redución de residuos e a mellora da calidade e seguridade dos alimentos.
Estableceuse un mapa das interconexións entre os produtos alimenticios, os nutrientes, os microorganismos e o microbioma intestinal humano, que axudará a proporcionar recomendacións dietéticas en beneficio da saúde humana. MASTER fixo progresos significativos no fornecemento de estratexias para a biopreservación de mariscos e carne. Tamén se desenvolveron procedementos para a valorización dos fluxos de residuos cervexeiros e de froitas para producir alimentos e ingredientes. O efecto positivo dos ingredientes valorizados na microbiota intestinal humana foi validado en estudos de colon in vitro. O desenvolvemento de protocolos harmonizados, unha comunidade simulada e procesos analíticos automatizados dentro de MASTER, dedicado especificamente aos ecosistemas relacionados coa alimentación, mellorará a estandarización e o potencial das tecnoloxías de secuenciación para a cadea alimentaria.
As bases de datos MASTER recentemente xeradas proporcionan perfís de microbiomas asociados aos alimentos con datos complementarios e cepas ou xenes asociados coa virulencia, a patoxenicidade, o potencial de alteración e a resistencia antimicrobiana, o que será esencial para a aplicación a longo prazo das tecnoloxías de secuenciación na análise de alimentos. Trátase de bases de datos innovadoras e estarán dispoñibles de balde. Estes resultados terán importantes implicacións, mellorando a nosa comprensión dos microbiomas asociados ás cadeas alimentarias e abordando desafíos sociais clave, incluíndo a seguridade alimentaria e nutricional, a saúde e o benestar, a xestión dos residuos alimentarios e a adaptación e mitigación do cambio climático.
- TEAGASC - AGRICULTURE AND FOOD DEVELOPMENT AUTHORITY
Proxectos relacionados
