Микробная пищевая революция

Nature Communications, том 14, номер статьи: 2231 (2023) Цитировать эту статью

14 тысяч доступов

3 цитаты

65 Альтметрика

Подробности о метриках

Наша нынешняя продовольственная система опирается на неустойчивые практики, которые часто не могут обеспечить здоровое питание растущему населению. Поэтому существует острая потребность в новых устойчивых источниках питания и процессах. Микроорганизмы привлекли внимание как новый источник пищи благодаря их низкому углеродному следу, низкой зависимости от земли, воды и сезонных колебаний в сочетании с благоприятным профилем питания. Более того, с появлением и использованием новых инструментов, особенно в синтетической биологии, использование микроорганизмов расширилось, продемонстрировав большой потенциал для удовлетворения многих наших диетических потребностей. В этом обзоре мы рассмотрим различные применения микроорганизмов в пищевых продуктах, а также рассмотрим историю, современное состояние и потенциал, способный разрушить существующие продовольственные системы. Мы рассматриваем как использование микробов для производства цельных продуктов из их биомассы, так и использование клеточных фабрик для производства высокофункциональных и питательных ингредиентов. Технические, экономические и социальные ограничения также обсуждаются вместе с текущими и будущими перспективами.

Нынешние продовольственные системы оказались в кризисе, поскольку они изо всех сил пытаются удовлетворить потребности в питании и белке в сочетании с ростом населения1. Все наши продовольственные системы – сельское хозяйство, животноводство и аквакультура – ​​борются с деградацией земель, изменением климата и климатическими катастрофами, которые в будущем будут усиливаться2. Хотя переход к продуктам растительного происхождения менее вреден для окружающей среды, он по-прежнему зависит от климата или времени года, а также от интенсивного использования земли, воды и химикатов3. Настало время микробной революции в пищевых продуктах, поскольку микроорганизмы обладают потенциалом улучшить, улучшить или даже заменить доступные в настоящее время альтернативы4,5. Доказано, что они являются экологическим и устойчивым источником пищи, особенно по сравнению с традиционными источниками белка, такими как мясо6,7. Генетический и системный дизайн может способствовать дальнейшему повышению устойчивости, если учитывать возобновляемые источники сырья и отходы8,9. Кроме того, они обладают высокой устойчивостью благодаря своей децентрализованной природе, которая не зависит от ограничений местоположения, таких как температура или погода10. Наконец, они также имеют высокий питательный профиль11, что имеет решающее значение в условиях растущих эпидемий, связанных с питанием.

Микроорганизмы не новички в истории продуктов питания; однако недавние исследования выявили огромный спектр преимуществ для здоровья и экологической экономии, которые можно получить от использования микроорганизмов в пищевых продуктах12,13. Это привело к резкому увеличению количества новых приложений, совершенствованию традиционных практик с использованием новейших технологий14,15,16 и лучшему пониманию их роли и преимуществ13. Ферментацию можно использовать как непосредственно в пищевых продуктах для улучшения питательных свойств, вкуса или текстуры17,18, так и в качестве производственной платформы для производства ингредиентов с добавленной стоимостью в пищевой промышленности19,20,21. Более того, использование ферментации для производства микробной биомассы в качестве источника питательной пищи начинает применяться как в кормах для животных, так и в пищевых продуктах для человека22,23,24. Однако в каждом из этих приложений есть проблемы, которые необходимо преодолеть, включая масштабируемость и экономическую или экологическую устойчивость. В этих областях могут быть применены новые инструменты для улучшения и ускорения разработки продуктов питания на основе микробов и преодоления текущих ограничений. Это включает в себя определение характеристик микроорганизмов с высоким разрешением и высокой производительностью14,25, а также инструменты генетической и метаболической инженерии4. Путем разработки и отбора штаммов можно улучшить вкус26 и питательность20,27,28, а также повысить устойчивость, используя отходы корма или дешевые неконкурирующие источники углерода8,29. Это может способствовать расширению применения и внедрения микробной революции в пищевых продуктах.

Из-за высокого потенциала и разнообразия применений микробов в пищевых продуктах в последнее время в этой области появилось множество стартапов, начиная от улучшения традиционной ферментации и заканчивая созданием новых продуктов (таблица 1). Для технического прогресса и признания потребителями все еще необходимы разработки, но область применения одноклеточных белков и модифицированных микробов в пищевых продуктах имеет высокий потенциал, как будет показано в этом обзоре. Целью данного обзора является дать обзор различных применений микроорганизмов в пищевых продуктах, начиная от традиционных методов ферментации и заканчивая биотехнологическими применениями производства ингредиентов (см. рис. 1). В нем рассматриваются различные новые применения микробов в пищевой системе, а также роль синтетической биологии в развитии этой области. Наконец, будут рассмотрены препятствия и будущие перспективы.