Was steckt im Mikrobiom der Lebensmittel, die wir essen?
Mikroben sind Teil der Lebensmittel, die wir essen, und können unser eigenes Mikrobiom beeinflussen, aber wir wissen nur sehr wenig über die Mikroben in unseren Lebensmitteln. Jetzt haben Forscher eine Datenbank des "Lebensmittelmikrobioms" entwickelt, indem sie die Metagenome von 2 533 verschiedenen Lebensmitteln sequenziert haben. Sie identifizierten 10 899 lebensmittelassoziierte Mikroben, von denen die Hälfte bisher unbekannte Arten waren, und zeigten, dass lebensmittelassoziierte Mikroben im Durchschnitt etwa 3 % des Darmmikrobioms von Erwachsenen und 56 % des Darmmikrobioms von Kindern ausmachen. Die Studie wurde am 29. August in der Fachzeitschrift Cell veröffentlicht , und die Datenbank ist als frei zugängliche Ressource verfügbar.
Zu den Proben gehören viele, die in Käsereien gesammelt wurden
Teagasc
"Dies ist die größte Erhebung über Mikroben in Lebensmitteln", sagt der Co-Autor und Computermikrobiologe Nicola Segata (@nsegata) von der Universität Trient und dem Europäischen Institut für Onkologie in Mailand. "Wir können jetzt damit beginnen, diese Referenz zu nutzen, um besser zu verstehen, wie die Qualität, die Konservierung, die Sicherheit und andere Eigenschaften von Lebensmitteln mit den darin enthaltenen Mikroben zusammenhängen."
Bisher wurden Mikroben in Lebensmitteln untersucht, indem sie einzeln im Labor kultiviert wurden, aber dieser Prozess ist langsam und zeitaufwändig, und nicht alle Mikroben lassen sich leicht kultivieren. Um das Mikrobiom von Lebensmitteln umfassender und effizienter zu charakterisieren, nutzten die Forscher die Metagenomik, ein molekulares Werkzeug, das es ihnen ermöglichte, das gesamte genetische Material in jeder Lebensmittelprobe gleichzeitig zu sequenzieren. Die Metagenomik wird häufig zur Charakterisierung des menschlichen Mikrobioms oder zur Analyse von Umweltproben eingesetzt, wurde aber bisher nicht zur Untersuchung von Lebensmitteln in großem Maßstab verwendet.
"Lebensmittelmikrobiologen untersuchen seit mehr als hundert Jahren Lebensmittel und testen sie auf Lebensmittelsicherheit, aber wir haben die modernen DNA-Sequenzierungstechnologien nicht ausreichend genutzt", sagt Co-Autor und Mikrobiologe Paul Cotter (@pauldcotter) von Teagasc, APC Microbiome Ireland und VistaMilk Ireland. "Dies ist der Ausgangspunkt für eine neue Welle von Studien auf diesem Gebiet, bei denen wir die verfügbaren molekularen Technologien voll ausschöpfen."
Insgesamt analysierte das Team 2.533 lebensmittelassoziierte Metagenome aus 50 Ländern, darunter 1.950 neu sequenzierte Metagenome. Diese Metagenome stammten aus einer Vielzahl von Lebensmitteln, von denen 65% aus Milchprodukten, 17% aus fermentierten Getränken und 5% aus fermentiertem Fleisch stammten.
Diese Metagenome umfassten genetisches Material von 10.899 lebensmittelassoziierten Mikroben, die in 1.036 Bakterien- und 108 Pilzarten eingeteilt wurden. Ähnliche Lebensmittel beherbergten in der Regel ähnliche Arten von Mikroben - so waren die mikrobiellen Gemeinschaften in verschiedenen fermentierten Getränken einander ähnlicher als die Mikroben in fermentiertem Fleisch -, aber es gab mehr Unterschiede zwischen den Milchprodukten, was wahrscheinlich auf die größere Anzahl der untersuchten Milchprodukte zurückzuführen ist.
Obwohl die Forscher nicht viele offenkundig pathogene Bakterien in den Lebensmittelproben identifizierten, stellten sie einige Mikroben fest, die aufgrund ihrer Auswirkungen auf den Geschmack oder die Konservierung von Lebensmitteln weniger erwünscht sein könnten. Zu wissen, welche Mikroben in verschiedene Arten von Lebensmitteln "gehören", könnte Herstellern - sowohl in der Industrie als auch in kleinem Maßstab - helfen, konsistentere und bessere Produkte herzustellen. Es könnte auch den Lebensmittelbehörden dabei helfen, zu definieren, welche Mikroben in bestimmten Arten von Lebensmitteln enthalten sein sollten und welche nicht, und die Identität und Herkunft von "lokalen" Lebensmitteln zu authentifizieren.
"Auffallend ist, dass einige Mikroben sogar in ganz unterschiedlichen Lebensmitteln vorkommen und ähnliche Funktionen ausüben, und gleichzeitig haben wir gezeigt, dass die Lebensmittel in jeder lokalen Einrichtung oder auf jedem Bauernhof einzigartige Merkmale aufweisen", sagt Segata. "Das ist wichtig, denn es könnte die Vorstellung von der Besonderheit und der Qualität lokaler Lebensmittel weiter verbessern, und wir könnten die Metagenomik sogar nutzen, um Lebensmittel zu authentifizieren, die aus einer bestimmten Einrichtung oder einem bestimmten Ort stammen."
Das Verständnis des Lebensmittelmikrobioms könnte auch Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben, da einige der Mikroben, die wir essen, stabile Mitglieder unseres eigenen Mikrobioms werden könnten. Um Überschneidungen zwischen lebensmittelassoziierten Mikroben und dem menschlichen Mikrobiom zu untersuchen, verglich das Team seine neue Datenbank mit 19.833 zuvor sequenzierten menschlichen Metagenomen. Es zeigte sich, dass lebensmittelassoziierte Mikrobenarten etwa 3 % des Darmmikrobioms von Erwachsenen und mehr als 50 % des Darmmikrobioms von Neugeborenen ausmachen.
"Dies deutet darauf hin, dass einige unserer Darmmikroben direkt aus der Nahrung stammen oder dass menschliche Populationen in der Vergangenheit diese Mikroben aus der Nahrung erhalten haben und dass sich diese Mikroben dann angepasst haben, um Teil des menschlichen Mikrobioms zu werden", sagt Segata. "Es mag nur ein kleiner Prozentsatz sein, aber diese 3 % können für ihre Funktion in unserem Körper äußerst wichtig sein. Mit dieser Datenbank können wir damit beginnen, in großem Maßstab zu untersuchen, wie sich die mikrobiellen Eigenschaften von Lebensmitteln auf unsere Gesundheit auswirken könnten".
Die Studie war eines der wichtigsten Ergebnisse des EU-Konsortiums MASTER, einer von der EU finanzierten Initiative, an der 29 Partner aus 14 Ländern beteiligt sind und die darauf abzielt, das Vorhandensein und die Funktion von Mikroben in der gesamten Lebensmittelkette zu charakterisieren.
"In Zukunft wollen wir die Vielfalt dieser Lebensmittelmikrobiome in Bezug auf verschiedene Lebensmittel, Kulturen, Lebensstile und Bevölkerungsgruppen erforschen", sagt Cotter.
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