Die große Phagenflucht: Wie ein Durchbruch bei Milchkulturen die Fermentation in der Milchwirtschaft und darüber hinaus verändern könnte

Wie viele Molkereiproduzenten wissen, sind Bakteriophagen - auch bekannt als "Phagen", d. h. Viren, die Bakterien infizieren - nach wie vor eine der kostspieligsten und störendsten Herausforderungen bei der Herstellung von Käse, Joghurt und anderen fermentierten Milchprodukten.

Diese Virusinfektionen erfordern eine sorgfältige Überwachung und Behandlung, um zu verhindern, dass sie die Gärung verlangsamen oder zum Stillstand bringen, die Qualität beeinträchtigen und manchmal sogar ganze Chargen verderben.

Unsere gemeinsamen brandneuen Forschungsarbeiten zeigen, dass die Bekämpfung von Phagen nicht nur die Kontrolle der Phagen, sondern auch die Nutzung der natürlichen Abwehrsysteme der Bakterien selbst umfasst. Lesen Sie weiter und erfahren Sie, warum unsere Ergebnisse die Milchproduktion und darüber hinaus verändern könnten.

Eine bahnbrechende Studie von dsm-firmenich, APC Microbiome Ireland und INRAE

Unsere Wissenschaftler führten diese Studie in Zusammenarbeit mit APC Microbiome Ireland, einem weltweit führenden Forschungszentrum am University College Cork, und dem französischen Nationalen Forschungsinstitut für Landwirtschaft, Ernährung und Umwelt (INRAE) durch.

Gemeinsam entdeckten wir, wie Lactococcus lactis - die wichtigste Bakterienart für die Milchfermentation - neu identifizierte Abwehrsysteme einsetzt, um sich vor einer Phageninfektion zu schützen.

Unsere Forschung wurde in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht und bietet neue Erkenntnisse darüber, wie diese bakteriellen Abwehrmechanismen funktionieren, wie sich Phagen entwickeln, um ihnen zu entgehen, und wie diese Anpassungen bekämpft werden.

Diese Entdeckungen eröffnen neue Möglichkeiten, widerstandsfähigere Kulturen zu entwickeln, sicherere Fermentationsbedingungen zu schaffen und letztlich eine konsistentere, effizientere Produktion von Milchprodukten und anderen Lebensmitteln in großem Maßstab zu ermöglichen.

Unser Entdeckungsprozess: Kartierung des bakteriellen Anti-Phagen-Arsenals

In den letzten Jahren hat die Forschung gezeigt, dass die bakterielle Abwehr gegen Phagen weitaus vielfältiger und komplexer ist, als man früher dachte. Doch bei vielen Systemen blieben die molekularen Details unbekannt.

Für diese Studie haben wir 13 neu entdeckte Resistenzsysteme in Lactococcus lactis untersucht. Dazu gehören Rhea, Kamadhenu, Rugutis, Audmula, PARIS, Typ II CBASS, Septu und mehrere Familien mit abortiven Infektionen (Abi). Wir analysierten auch 66 "Flucht"-Phagen, um 15 virale Gene zu identifizieren, die an der Umgehung der bakteriellen Resistenzsysteme beteiligt sind. Unsere Ergebnisse zeigen, dass es bei den Resistenzsystemen Überschneidungen bei den Erkennungsmechanismen, Wirkungsweisen und Schwachstellen gibt, aber auch einzigartige Merkmale.

Und eine bahnbrechende Entdeckung war der Abwehrmechanismus von Audmula, eines der neuen Abwehrsysteme. Im Gegensatz zu herkömmlichen abortiven Infektionssystemen, die die Phagenreplikation durch Herbeiführung des Zelltods stoppen, haben wir festgestellt, dass dieses System die bakterielle Zellwand verändert und die Phagen darin einschließt. Dadurch wird verhindert, dass sie sich während der Gärung ausbreiten.

Dies ist das erste Mal, dass diese Wirkungsweise beobachtet wurde. Damit erweitert die Entdeckung das bekannte Spektrum der bakteriellen Anti-Phagen-Abwehr erheblich und eröffnet neue Möglichkeiten, die Widerstandsfähigkeit von Milchkulturen zu verbessern.

Von der Entdeckung bis zur Anwendung in der Milchwirtschaft

Zusammengenommen ergeben diese Erkenntnisse ein vollständigeres Bild der bakteriellen Anti-Phagen-Abwehr und ihrer Interaktion mit Phagen während der Fermentation von Milchprodukten. Dieses Wissen wird es den Milcherzeugern ermöglichen, die Leistung der Kulturen - insbesondere bei Käse und anderen fermentierten Milcherzeugnissen - zu verbessern:

• Phagen-resistente Starterkulturen mit komplementären Abwehrsystemen
• Intelligentere Rotationsverfahren, die Phagen-Entweichungsstrategien vorhersehen
• Maßgeschneiderte Lösungen zum Schutz von Ertrag und Konsistenz in Produktionsumgebungen

"Wir beginnen nun endlich zu verstehen, wie die bakterielle antivirale Abwehr funktioniert - und wie Viren es schaffen, sie zu umgehen", erklärt Prof. Douwe van Sinderen vom APC Microbiome Ireland, Hauptautor der Studie. "In praktischer Hinsicht ebnen diese Ergebnisse den Weg für die nächste Generation von Starterkulturen, die so konzipiert sind, dass sie den Herausforderungen durch Phagen bei der heutigen Milchfermentation standhalten.

Die Umsetzung einzigartiger wissenschaftlicher Erkenntnisse in die Praxis

Diese Ergebnisse zeigen deutlich, wie Spitzenforschung im Bereich der Mikrobiologie in End-to-End-Lösungen umgesetzt werden kann, die den echten Herausforderungen der Industrie gerecht werden.

Dirk Lippits, Executive Vice President Ingredient Solutions, Taste, Texture & Health, , fasst zusammen: "Diese Ergebnisse zeigen, wie gut es ist, unsere eigenen wissenschaftlichen Spitzenleistungen mit Forschungspartnerschaften von Weltrang zu kombinieren, um echte Herausforderungen der Industrie zu lösen. Indem wir diese Erkenntnisse in die Entwicklung unserer Kulturen einfließen lassen, erweitern wir die einzigartige Tiefe und Breite unseres Molkereiportfolios und stärken unsere Fähigkeit, Milchproduzenten auf der ganzen Welt eine widerstandsfähigere und zuverlässigere Fermentationsleistung zu bieten.

"Indem wir die komplexe Beziehung zwischen Kulturen und Phagen entschlüsseln, verwandeln wir modernste Wissenschaft in einen Wettbewerbsvorteil", fügt Noël van Peij, Principal Scientist bei dsm-firmenich, hinzu. "Diese Erkenntnisse ermöglichen es uns, hochresistente Kulturen zu entwickeln und Produzenten in die Lage zu versetzen, die Fermentation zu kontrollieren - sei es in Milchprodukten, pflanzlichen Produkten oder probiotischen Anwendungen.

Die Zukunft der Fermentation gestalten

Der unmittelbare Nutzen dieser Arbeit für die Milchwirtschaft liegt auf der Hand, aber ihre Auswirkungen reichen weiter. Ein tieferes Verständnis der bakteriellen antiviralen Systeme könnte auch die Biotechnologie, Probiotika und biomedizinische Innovationen voranbringen.

Wir bei dsm-firmenich sind stolz darauf, die Zukunft zu gestalten. Mit mehr als 50 Jahren Erfahrung in der mikrobiellen Innovation und einer Vielzahl von Partnerschaften mit der Industrie kombinieren wir auch weiterhin Wissenschaft, Anwendung und Zusammenarbeit, um Produzenten dabei zu unterstützen, sichere, nachhaltige und gleichbleibend hochwertige Fermentationsprodukte zu liefern - Charge für Charge.

Um mehr darüber zu erfahren, wie neue Erkenntnisse über die Anti-Phagen-Abwehr verbesserte Milchkulturen und mehr ermöglichen könnten, lesen Sie die vollständige Studie - und erfahren Sie mehr über unsere Lösungen für Milchprodukte hier.