微生物による食品革命

Nature Communications volume 14、記事番号: 2231 (2023) この記事を引用

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私たちの現在の食料システムは持続不可能な慣行に依存しており、増え続ける人口に健康的な食事を提供できないことがよくあります。 したがって、新しい持続可能な栄養源とプロセスが緊急に求められています。 微生物は、二酸化炭素排出量が低く、土地、水、季節変動への依存度が低いこと、さらには好ましい栄養プロファイルを備えているため、新しい食料源ソリューションとして注目を集めています。 さらに、特に合成生物学における新しいツールの出現と使用により、微生物の使用は拡大し、私たちの食事のニーズの多くを満たす大きな可能性を示しています。 このレビューでは、食品における微生物のさまざまな応用を検討し、歴史、最先端技術、および現在の食品システムを破壊する可能性を検討します。 私たちは、バイオマスから自然食品を生産するための微生物の利用と、高機能で栄養価の高い原料を製造するための細胞工場としての微生物の利用の両方をカバーしています。 技術的、経済的、社会的限界についても、現在および将来の展望とともに議論します。

現在の食料システムは、人口増加に伴う栄養とタンパク質の需要を維持するのに苦労しているため、危機に瀕しています1。 農業、畜産業、水産養殖など、私たちのあらゆる食料システムは、将来増加するであろう土地の劣化、気候変動、気候災害と闘っています2。 植物ベースの食品への移行は環境への悪影響は少なくなりますが、それでも気候や季節、土地、水、化学物質の集中的な使用に依存しています3。 微生物には、現在利用可能な代替品を強化、改善、さらには代替する可能性さえあるため、食品における微生物革命の機は熟しています4,5。 特に肉などの伝統的なタンパク質源と比較した場合、それらは環境に優しく回復力のある食料源であることが証明されています6,7。 再生可能原料と廃棄原料を考慮すると、遺伝子設計とシステム設計により持続可能性をさらに前進させることができます8,9。 さらに、温度や天候などの場所の制限に依存しない分散型の性質により、高い復元力を備えています10。 最後に、それらは栄養面でも優れています11。これは、食生活に関連した健康被害の増加に直面する中で非常に重要です。

食品の歴史において微生物は珍しいことではありません。 しかし、最近の研究により、食品に微生物を使用することで得られる膨大な健康上の利点と環境上の節約が明らかになりました12,13。 これにより、新しいアプリケーションが爆発的に増加し、最先端のテクノロジーを使用して従来の手法が改善され 14、15、16、その役割と利点についての理解が深まりました 13。 発酵は、栄養、味、食感を改善するために食品に直接使用することもできます 17,18 だけでなく、食品業界で付加価値のある原料を生産するための生産プラットフォームとしても使用することができます 19,20,21。 さらに、栄養食品源として微生物バイオマスを生産するために発酵を使用することは、動物の飼料と人間の食品の両方に採用され始めています22、23、24。 ただし、これらのアプリケーションにはそれぞれ、スケーラビリティや経済的または生態学的持続可能性など、克服すべき課題があります。 新しいツールをこれらの分野に適用して、微生物ベースの食品の開発を強化および加速し、現在の限界を克服することができます。 これには、微生物の高解像度かつハイスループットの特性評価 14,25 に加え、遺伝子工学および代謝工学ツール 4 が含まれます。 菌株を操作して選択することにより、風味 26 と栄養価 20,27,28 を改善できるだけでなく、廃棄飼料や安価な非競合炭素源を使用して持続可能性を高めることも可能です 8,29。 これは、食品における微生物革命を推進するための応用と摂取の増加に貢献する可能性があります。

食品における微生物の高い可能性と多様な応用により、この分野では伝統的な発酵の改良から新製品の開発に至るまで、最近数多くのスタートアップ企業が誕生しています（表1）。 技術の進歩と消費者の受け入れのためには開発がまだ必要ですが、このレビューで検討するように、食品中の単細胞タンパク質と人工微生物の分野には大きな可能性があります。 このレビューは、伝統的な発酵技術から原料生産のバイオテクノロジー応用に至るまで、食品における微生物のさまざまな応用の概要を提供することを目的としています (図 1 を参照)。 食品システムにおける微生物のさまざまな新しい応用と、この分野の進歩における合成生物学の役割について取り上げます。 最後に、障害と将来の展望について検討します。