A revolução alimentar microbiana

Nature Communications volume 14, número do artigo: 2231 (2023) Citar este artigo

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O nosso sistema alimentar atual depende de práticas insustentáveis, que muitas vezes não conseguem fornecer dietas saudáveis ​​a uma população crescente. Portanto, existe uma procura urgente de novas fontes e processos de nutrição sustentáveis. Os microrganismos têm ganhado atenção como uma nova solução de fonte alimentar, devido à sua baixa pegada de carbono, baixa dependência da terra, da água e das variações sazonais, juntamente com um perfil nutricional favorável. Além disso, com o surgimento e utilização de novas ferramentas, especificamente na biologia sintética, os usos de microrganismos expandiram-se mostrando grande potencial para satisfazer muitas das nossas necessidades dietéticas. Nesta revisão, analisamos as diferentes aplicações de microrganismos nos alimentos e examinamos a história, o estado da arte e o potencial para perturbar os sistemas alimentares atuais. Cobrimos tanto o uso de micróbios para produzir alimentos integrais a partir de sua biomassa quanto como fábricas de células para produzir ingredientes altamente funcionais e nutritivos. As limitações técnicas, económicas e sociais também são discutidas juntamente com as perspectivas atuais e futuras.

Os actuais sistemas alimentares foram empurrados para uma crise, à medida que lutam para acompanhar a procura nutricional e proteica, juntamente com o crescimento populacional1. Todos os nossos sistemas alimentares – agricultura, pecuária e aquicultura – enfrentam a degradação dos solos, as alterações climáticas e os desastres climáticos, que deverão aumentar no futuro2. Embora a mudança para alimentos à base de plantas seja menos prejudicial ao ambiente, ainda depende do clima ou da estação do ano e do uso intensivo de terra, água e produtos químicos3. Chegou o momento de uma revolução microbiana nos alimentos, uma vez que os microrganismos têm o potencial de melhorar, melhorar ou mesmo substituir as alternativas atualmente disponíveis4,5. Provou-se que são uma fonte alimentar ecológica e resiliente, especialmente quando comparadas com fontes proteicas tradicionais, como a carne6,7. A concepção genética e de sistemas pode promover ainda mais a sustentabilidade quando são consideradas matérias-primas renováveis ​​e resíduos8,9. Além disso, são altamente resilientes devido à sua natureza descentralizada que não depende de limitações de localização, como temperatura ou clima10. Por último, têm também um perfil nutricional elevado11, crucial face às crescentes epidemias de saúde relacionadas com a alimentação.

Os microrganismos não são estranhos na história da alimentação; no entanto, a investigação revelou recentemente a vasta gama de benefícios para a saúde e poupanças ecológicas que podem ser derivadas da utilização de microrganismos nos alimentos12,13. Isto levou a uma explosão de novas aplicações, à melhoria das práticas tradicionais utilizando tecnologia de ponta14,15,16 e a uma melhor compreensão das suas funções e benefícios13. A fermentação pode ser usada diretamente nos alimentos para melhorar a nutrição, sabor ou textura17,18, bem como usada como plataforma de produção para produzir ingredientes de valor agregado na indústria alimentícia19,20,21. Além disso, o uso da fermentação para produzir biomassa microbiana como fonte nutricional de alimento está começando a ser adotado tanto na alimentação animal quanto na alimentação humana22,23,24. No entanto, existem desafios a superar em cada uma destas aplicações, incluindo escalabilidade e sustentabilidade económica ou ecológica. Novas ferramentas podem ser aplicadas a estes campos para melhorar e acelerar o desenvolvimento de alimentos de base microbiana e superar as limitações atuais. Isso inclui caracterização de microrganismos de alta resolução e alto rendimento14,25, bem como ferramentas de engenharia genética e metabólica4. Através da engenharia e seleção de estirpes, é possível melhorar o sabor26 e a nutrição20,27,28, bem como aumentar a sustentabilidade utilizando resíduos de rações ou fontes de carbono baratas e não concorrentes8,29. Isto pode contribuir para aumentar as aplicações e a aceitação para impulsionar uma revolução microbiana nos alimentos.

Devido ao elevado potencial e às variadas aplicações dos micróbios nos alimentos, tem havido inúmeras iniciativas recentes neste espaço, que vão desde a melhoria da fermentação tradicional até à criação de novos produtos (Tabela 1). O desenvolvimento ainda é necessário para avanços técnicos e aceitação do consumidor, mas o campo das proteínas unicelulares e dos micróbios modificados nos alimentos tem um elevado potencial, como será explorado nesta revisão. Esta revisão tem como objetivo fornecer uma visão geral das diferentes aplicações de microrganismos em alimentos, desde técnicas tradicionais de fermentação até aplicações biotecnológicas na produção de ingredientes (ver Fig. 1). Abrange as diferentes novas aplicações dos micróbios no sistema alimentar, bem como o papel da biologia sintética no avanço deste campo. Por fim, serão considerados os obstáculos e as perspectivas futuras.