La rivoluzione alimentare microbica

Nature Communications volume 14, numero articolo: 2231 (2023) Citare questo articolo

Accessi 14k

3 citazioni

65 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Il nostro attuale sistema alimentare si basa su pratiche non sostenibili, che spesso non riescono a fornire diete sane a una popolazione in crescita. Pertanto, esiste una domanda urgente di nuove fonti e processi nutrizionali sostenibili. I microrganismi hanno attirato l’attenzione come nuova fonte di cibo, grazie alla loro bassa impronta di carbonio, alla scarsa dipendenza dalla terra, all’acqua e alle variazioni stagionali, oltre a un profilo nutrizionale favorevole. Inoltre, con l’emergere e l’uso di nuovi strumenti, in particolare nella biologia sintetica, gli usi dei microrganismi si sono ampliati mostrando un grande potenziale per soddisfare molte delle nostre esigenze alimentari. In questa recensione, esaminiamo le diverse applicazioni dei microrganismi negli alimenti ed esaminiamo la storia, lo stato dell’arte e il potenziale di sconvolgere gli attuali sistemi alimentari. Copriamo sia l'uso dei microbi per produrre alimenti integrali dalla loro biomassa, sia come fabbriche di cellule per produrre ingredienti altamente funzionali e nutrizionali. Vengono discussi anche i limiti tecnici, economici e sociali insieme alle prospettive attuali e future.

Gli attuali sistemi alimentari sono stati spinti verso una crisi, poiché faticano a tenere il passo con la nutrizione e la domanda di proteine ​​insieme alla crescita della popolazione1. Tutti i nostri sistemi alimentari – agricoltura, zootecnia e acquacoltura – sono alle prese con il degrado del territorio, i cambiamenti climatici e i disastri climatici, che sono destinati ad aumentare in futuro2. Sebbene il passaggio agli alimenti di origine vegetale sia meno dannoso per l’ambiente, dipende comunque dal clima, dalla stagione e dall’uso intensivo di terra, acqua e sostanze chimiche3. I tempi per una rivoluzione microbica negli alimenti sono maturi poiché i microrganismi hanno il potenziale per potenziare, migliorare o addirittura sostituire le alternative attualmente disponibili4,5. È stato dimostrato che sono una fonte alimentare ecologica e resiliente, soprattutto se paragonate alle fonti proteiche tradizionali come la carne6,7. La progettazione genetica e di sistema può promuovere ulteriormente la sostenibilità quando si prendono in considerazione le materie prime rinnovabili e di scarto8,9. Inoltre, sono altamente resilienti grazie alla loro natura decentralizzata che non si basa su limitazioni geografiche, come la temperatura o le condizioni meteorologiche10. Infine, hanno anche un elevato profilo nutrizionale11, fondamentale di fronte alle crescenti epidemie sanitarie legate all’alimentazione.

I microrganismi non sono estranei alla storia degli alimenti; tuttavia, la ricerca ha recentemente rivelato la vasta gamma di benefici per la salute e risparmi ecologici che possono derivare dall'utilizzo di microrganismi negli alimenti12,13. Ciò ha portato a un’esplosione di nuove applicazioni, al miglioramento delle pratiche tradizionali che utilizzano tecnologie all’avanguardia14,15,16 e a una migliore comprensione dei loro ruoli e vantaggi13. La fermentazione può essere utilizzata sia direttamente sugli alimenti per migliorarne la nutrizione, il gusto o la consistenza17,18, sia come piattaforma di produzione per produrre ingredienti a valore aggiunto nell'industria alimentare19,20,21. Inoltre, l’utilizzo della fermentazione per produrre biomassa microbica come fonte alimentare nutrizionale sta iniziando ad essere adottato sia nei mangimi animali che negli alimenti destinati all’uomo22,23,24. Tuttavia, ci sono sfide da superare in ciascuna di queste applicazioni, tra cui la scalabilità e la sostenibilità economica o ecologica. Nuovi strumenti possono essere applicati a questi campi per migliorare e accelerare lo sviluppo di alimenti a base microbica e superare le attuali limitazioni. Ciò include la caratterizzazione ad alta risoluzione e ad alto rendimento dei microrganismi14,25, nonché strumenti di ingegneria genetica e metabolica4. Progettando e selezionando i ceppi, è possibile migliorare il sapore26 e la nutrizione20,27,28 nonché aumentare la sostenibilità utilizzando mangimi di scarto o fonti di carbonio non concorrenti a basso costo8,29. Ciò può contribuire ad aumentare le applicazioni e l’adozione per promuovere una rivoluzione microbica negli alimenti.

A causa dell’elevato potenziale e delle varie applicazioni dei microbi negli alimenti, ci sono state numerose start-up recenti in questo ambito, che vanno dal miglioramento della fermentazione tradizionale alla creazione di nuovi prodotti (Tabella 1). È ancora necessario uno sviluppo per i progressi tecnici e l’accettazione da parte dei consumatori, ma il campo delle proteine ​​unicellulari e dei microbi ingegnerizzati negli alimenti ha un alto potenziale, come verrà esplorato in questa recensione. Questa recensione mira a fornire una panoramica delle diverse applicazioni dei microrganismi negli alimenti, dalle tradizionali tecniche di fermentazione alle applicazioni biotecnologiche nella produzione di ingredienti (vedere Fig. 1). Copre le diverse nuove applicazioni dei microbi nel sistema alimentare nonché il ruolo della biologia sintetica nel progresso in questo campo. Infine verranno considerati gli ostacoli e le prospettive future.