Global größte Datenbank für Lebensmittel-Metagenome entwickelt

Die CuratedFoodMetagenomicData (cFMD)-Ressource ist ein wegweisendes Datenbanksystem, das tausende Metagenome aus unterschiedlichen Lebensmitteln umfasst. Die Studie „Unexplored microbial diversity from 2,500 food metagenomes and links with the human microbiome“ wurde kürzlich im renommierten Fachjournal „Cell“ veröffentlicht.

Durch die neu ins Leben gerufene Datenbank von Metagenomen (Analyse des gesamten genomischen Materials aller Mikroorganismen in einer ökologischen Nische) sollen DNA-Sequenzierungstechnologien künftig ihr maximales Potential ausschöpfen können. 

Gleichzeitig unterstützt die Ressource Forscher:innen dabei, globale Herausforderungen wie Lebensmittelverschwendung und Antibiotikaresistenz zu bewältigen und die Lebensmittelsicherheit zu erhöhen.

Lebensmittelmikroben können sich sowohl positiv auf die Lebensmittelproduktion auswirken, beispielsweise durch Fermentierung von Lebensmitteln, als auch negativ, z. B. durch Verursachung von Verderb oder lebensmittelbedingten Krankheiten. Bis vor kurzem stützte sich die Analyse dieser Mikroben hauptsächlich auf traditionelle Ansätze, die das Wachstum von wenigen Mikroorganismen auf Agar in Petrischalen erforderten.

Die Anwendung von Hochdurchsatzmethoden auf Grundlage der DNA-Sequenzierung birgt das Potenzial, die Lebensmittelwissenschaften zu revolutionieren, da sie eine schnelle, gleichzeitige Untersuchung auf alle Mikroorganismen in einer Probe ermöglicht – auch auf jene, die schwer anzuzüchten sind.

Die cFMD-Datenbank ist eine global bahnbrechende Entwicklung für die Lebensmittelmikrobiomforschung, da sie die bestehende Bibliothek um 1.950 Lebensmittelproben erweitert und damit die Probenauswahl auf 2.500 erhöht. Als Open-Access-Ressource ist eine großflächige Anwendung dieser Technologie weltweit durch Wissenschaft und Industrie möglich.

MASTER steht für Microbiome Applications for Sustainable food systems through Technologies and EnteRprise (Mikrobiomanwendungen für nachhaltige Lebensmittelsysteme durch Technologien und Unternehmen) und ist ein von der Europäischen Union im Rahmen von Horizont 2020 finanziertes Projekt mit 29 Partnern. 

Es wurde 2019 gestartet, um Mikrobiome in einer Reihe von Lebensmittel- und Non-Food-Umgebungen mit bahnbrechenden Sequenzierungstechnologien zu kartieren. Federführend dabei waren Forscherteams der Universitäten Trient und Neapel Federico II (Italien), Teagasc (Irland), des Spanischen Nationalen Forschungsrats und der Universität Leon (Spanien), sowie des FFoQSI (Kompetenzzentrum für Futter- und Lebensmittelsicherheit) der Vetmeduni in Wien.

 „Die cFMD ist die größte Datenbank mit metagenomisch analysierten Mikrobiomen aus dem Lebensmittelsystem, und umfasst 15 Lebensmittelkategorien aus 52 Ländern. Die cFMD enthält Daten zu 3.600 verschiedenen mikrobiellen Spezies, von denen 290 neuartig sind. 

Sie steht kostenlos zur Verfügung und kann in großem Umfang für Mikrobiomstudien und Anwendungen in der Lebensmittelindustrie genutzt werden. Zum Beispiel für die Untersuchung des Übertrags von Mikrobengemeinschaften entlang der Nahrungskette, die Untersuchung der Ausbreitung antimikrobieller Resistenzgene, oder den Nachweis krankheitsauslösender Eigenschaften,“ so Studienkoordinator Paul Cotter vom Lebensmittelforschungszentrum Teagasc in Irland. 

„Die Verfügbarkeit eines so großen Datensatzes an Lebensmittel-Metagenomen und Genomen von Lebensmittel-Mikroben ist eine unglaublich wichtige Ressource für viele Lebensmittelwissenschafter:innen, um das Vorkommen und die Rolle von Mikroben in Lebensmitteln und Lebensmittelverarbeitungsanlagen weiter zu erforschen, mit dem Ziel, die Lebensmittelqualität, -sicherheit und -nachhaltigkeit zu verbessern,“ ergänzt Martin Wagner, wissenschaftlicher Leiter des FFoQSI und stellvertretender Leiter des Klinischen Departments für Nutztiere und Sicherheit von Lebensmittelsystemen an der Vetmeduni. 

„Das Konsortium hat eine Grundlage geschaffen, um zu verstehen, wie sich das Lebensmittelmikrobiom auf die menschliche Gesundheit auswirken könnte, da einige der Mikroben, die wir zu uns nehmen, zu stabilen Mitgliedern unseres eigenen Darmmikrobioms werden. 

Interessanterweise machen lebensmittelassoziierte Mikrobenarten nur etwa drei Prozent des Darmmikrobioms von Erwachsenen aus. Wir vermuten daher, dass nur relativ wenige unserer Darmmikroben direkt aus der Nahrung stammen. Menschen dürften sie aber in der Vergangenheit über die Nahrung aufgenommen haben und durch Anpassung wurden diese Mikroben ein Teil des menschlichen Mikrobioms. Lebensmittel sind nicht nur bezüglich der Inhaltsstoffe entscheidend für unsere Gesundheit, sondern auch wegen der Mikroben, die sie für unser eigenes Darmmikrobiom beständig liefern,“ so Martin Wagner weiter.

MASTER verfolgt einen globalen Ansatz für die Entwicklung von Mikrobiomprodukten (Stämme, Stammmischungen, Modulatoren, Kits), Lebens- und Futtermitteln, Dienstleistungen (Bioinformatik-Analyse, Hochdurchsatz-Sequenzierung) oder Prozessen (Standardbetriebsverfahren, Fermentationen, Echtzeit-Tests aller Mikroben in einer Probe) mit hohem kommerziellen Potenzial. 

Die Verbesserung der Quantität, Qualität und Sicherheit von Lebensmitteln über mehrere Lebensmittelketten hinweg – einschließlich Meeres-, Pflanzen-, Boden-, Pansen-, Fleisch-, Brauerei-, Obst- und Gemüseabfälle und fermentierte Lebensmittel – kommt der Gesellschaft zugute. 

Ermöglicht wurde dies durch die Gewinnung von Mikrobiomdaten in Bezug auf die Lebensmittelkette, die Entwicklung von Big-Data-Management-Tools zur Identifizierung von Wechselwirkungen zwischen Mikrobiomen über Lebensmittelketten hinweg und die Entwicklung von Anwendungen, die Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft fördern und zur Abfallwirtschaft sowie zur Eindämmung des Klimawandels beitragen.

MASTER-Wissenschafter:innen nutzen das Wissen über das Mikrobiom, um die Gesundheit und Widerstandsfähigkeit von Fischen, Pflanzen, Böden, Tieren und Menschen deutlich zu verbessern. 

Durch die Anwendung von sektorübergreifender und transdisziplinärer Expertise hat MASTER den Aufbau von Kapazitäten und Schulungen ermöglicht und die beruflichen Fähigkeiten und Kompetenzen im Lebensmittelsektor sowie in der Bioökonomie verbessert.

Publikation

Der Artikel “Unexplored microbial diversity from 2,500 food metagenomes and links with the human microbiome “ wurde in Cell veröffentlicht.