Карта микробиомов показывает скрытые связи между пищей, здоровьем и планетой
Исследователи определили, как микроорганизмы лежат в основе наших продовольственных систем, и как можно остановить их упадок. Опубликованная в Frontiers in Science, их карта "микробиомов агропродовольственных систем" показывает, как участники на каждом этапе пищевой цепи могут восстановить и защитить сокращающиеся микробиомы, чтобы улучшить здоровье человека и планеты.
Когда микробиомы разнообразны и сбалансированы, они обеспечивают безопасность, питательность и устойчивость нашей пищи, а также здоровье планеты. Однако качество этих сетей снижается во всей системе. Это проявляется в росте устойчивости к противомикробным препаратам (AMR), неурожаях, потере микробного разнообразия в почве, воде и кишечнике человека, а также в увеличении порчи продуктов.
Авторы утверждают, что это отчасти связано с комбинацией факторов: высокообработанные диеты, нарушающие естественные микробиомы, климатический кризис, интенсивное земледелие, чрезмерное использование антибиотиков и удобрений, а также загрязнение.
"Микробы объясняют всё: от того, почему клубника гниёт и как болеет выращенный на ферме лосось, до того, почему полезны для здоровья местные, минимально обработанные и богатые пробиотиками продукты", — говорит первый автор доктор Паула Фернандес-Гомес из Teagasc Food Research Center и APC Microbiome Ireland.
"Ухудшение здоровья микробиомов отражается на здоровье людей и планеты — проявляясь в снижении качества и доступности пищи, а также в росте хронических заболеваний у животных и растений".
Для решения этой проблемы исследователи всё чаще обращаются к скрытым сообществам микробов, лежащим в основе этих систем, например, в растениях, животных, почве, сельском хозяйстве, аквакультуре и пищевой промышленности.
Этот обзор объединяет их в единую карту и определяет, где микробные сети разрушаются. Это показало, где целевые вмешательства, такие как пробиотики, микробные консорциумы или биоудобрения, могут оказать наибольшее влияние.
"Подобно тому, как микробы работают вместе, должны и мы — на каждом этапе пищевой системы — делать выбор в пользу микробов, от производителя до потребителя", — говорит старший автор профессор Пол Коттер, также из Teagasc Food Research Center.
Восстановление баланса
Карта демонстрирует, как комплексный подход со стороны потребителей, сельскохозяйственных новаторов, регуляторов, педагогов и учёных может помочь защитить и восстановить эти скрытые сети. Авторы утверждают, что это повысит устойчивость глобальных продовольственных систем, а также восстановит здоровье источников пищи и, следовательно, животных, людей и планеты.
Она показывает, как каждый участник пищевой системы может помочь восстановить баланс:
- Потребители: выбирать свежие, минимально обработанные и местные продукты, поддерживать политику, благоприятную для микробов.
- Промышленность: масштабировать микробные инновации в сельском хозяйстве, пищевой переработке и аквакультуре.
- Регуляторы: создавать научно обоснованные рамки для безопасного и эффективного использования вмешательств на основе микробиома.
- Педагоги и коммуникаторы: повышать осведомлённость и укреплять доверие к науке о микробиомах.
- Учёные: углублять понимание функций микробиома с помощью экспериментальных и омиксных подходов.
"Наша статья подробно описывает, как микробные сообщества взаимосвязаны вдоль пищевой цепи — что стало ясно благодаря передовым омиксным технологиям, которые углубили наше понимание динамики и взаимодействий микробиома как никогда прежде", — говорит профессор Коттер.
Карта системы
Карта микробиомов — сетей из триллионов бактерий, грибов, вирусов и связей между ними — отражает скрытые связи между пищей, нашими телами и планетой.
Чтобы охватить всю систему, авторы объединили результаты более 250 омиксных исследований микробных взаимодействий в растениеводстве, лесоводстве, животноводстве и водных средах. Они также изучили микробы на всех этапах: переработка, распределение и транспортировка, хранение, рынки и магазины, потребители и их взаимодействие с организмом человека.
Авторы выделяют несколько областей, где решения на основе микробиома могут помочь улучшить компоненты системы производства пищи, включая:
- применение микробов для защиты сельскохозяйственных культур от соли, засухи и патогенов;
- посадка клевера для фиксации азота в почве для использования растениями;
- использование бактерий для производства кормов для животных более высокого качества;
- добавление пробиотиков в рацион животных для улучшения здоровья;
- сокращение пищевых отходов путём применения культур, продлевающих срок годности.
Некоторые из этих подходов уже используются. Например, дрожжи могут уменьшить порчу клубники после сбора урожая. Аналогично, бактерии могут помочь пустынным культурам стать более устойчивыми к экологическому стрессу. Укрепление микробиомов также может помочь сократить использование антибиотиков в животноводстве, ограничивая распространение AMR.
"Здоровые микробные сети лежат в основе нашего существования", — говорит соавтор доктор Таня Костич из AIT Austrian Institute of Technology и MicrobiomeSupport Association. "Они управляют круговоротом питательных веществ, производством пищи, устойчивостью к болезням, экологической устойчивостью, а также здоровьем человека и окружающей среды".
Влияние человека
Климатические изменения, а также деятельность человека, такая как чрезмерное использование антибиотиков и пестицидов, могут нарушить динамику и взаимодействия микробиома. Это способствует неурожаям, порче продуктов, распространению AMR и хроническим заболеваниям у людей, животных и растений.
Например, интенсивное использование удобрений может изменить уровень питательных веществ в реках и озёрах, что серьёзно нарушает водные микробиомы. Это изменение микробных уровней в водной среде может привести к цветению водорослей, которые истощают кислород в воде и убивают рыбу.
Аналогично, использование антибиотиков на рыбных фермах для предотвращения инфекций может увеличить AMR в окружающей среде. Другие загрязнители, такие как лекарства, пестициды и удобрения, также могут увеличивать количество генов AMR.
В частности, расшифровка функциональных ролей компонентов микробиома остаётся сложной задачей. Культуральные подходы имеют решающее значение для перевода этих исследований в инновации и для понимания причинно-следственных связей в системе.
Аналогично, авторы утверждают, что омиксные данные следует сочетать с синтетической биологией, высокопроизводительным скринингом и целевыми экспериментальными подходами для проверки функций этих микробиомов.