De grote faagontsnapping: Hoe een doorbraak in zuivelculturen fermentatie in zuivel en daarbuiten kan veranderen

Zoals veel zuivelproducenten weten, blijven bacteriofagen - ook bekend als 'fagen', de virussen die bacteriën infecteren - een van de duurste en meest verstorende uitdagingen bij de productie van kaas, yoghurt en andere gefermenteerde zuivelproducten.

Deze virale infecties moeten zorgvuldig worden gecontroleerd en beheerd om te voorkomen dat ze fermentaties vertragen of stilleggen, de kwaliteit aantasten en soms zelfs hele batches bederven.

Ons gezamenlijke gloednieuwe onderzoek toont aan dat faagmitigatie niet alleen bestaat uit het onder controle houden van fagen, maar ook uit het gebruik van de natuurlijke afweersystemen van de bacteriën zelf. Lees verder en ontdek waarom onze resultaten de zuivelproductie en daarbuiten kunnen veranderen.

Een baanbrekend onderzoek van dsm-firmenich, APC Microbiome Ireland en INRAE

Onze wetenschappers voerden dit onderzoek uit in samenwerking met APC Microbiome Ireland, een wereldwijd toonaangevend onderzoekscentrum aan University College Cork, en het Franse National Research Institute for Agriculture, Food and Environment (INRAE).

Samen ontdekten we hoe Lactococcus lactis - de primaire bacteriesoort die gebruikt wordt bij zuivelfermentatie - nieuw geïdentificeerde afweersystemen gebruikt om zich te beschermen tegen faaginfectie.

Gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), biedt ons onderzoek een nieuw inzicht in hoe deze bacteriële afweer werkt, hoe fagen evolueren om hieraan te ontsnappen en hoe deze aanpassingen worden tegengegaan.

Deze ontdekkingen creëren nieuwe mogelijkheden om veerkrachtigere culturen te ontwerpen, veiligere fermentatieomstandigheden te creëren en uiteindelijk een consistentere, efficiëntere productie van zuivel en andere voedingsmiddelen op grote schaal mogelijk te maken.

Ons ontdekkingsproces: Het bacteriële anti-faag arsenaal in kaart brengen

In de afgelopen jaren heeft onderzoek aangetoond dat de afweer van bacteriën tegen fagen veel diverser en complexer is dan ooit gedacht. Toch bleven voor veel systemen de moleculaire details onbekend.

Voor deze studie onderzochten we 13 nieuw ontdekte resistentiesystemen in Lactococcus lactis. Deze omvatten Rhea, Kamadhenu, Rugutis, Audmula, PARIS, type II CBASS, Septu, en verschillende abortieve infectie (Abi) families. We analyseerden ook 66 'escape' fagen om 15 virale genen te identificeren die betrokken zijn bij het omzeilen van de bacteriële resistentiesystemen. Onze resultaten onthulden overlappende sensingmechanismen, werkingsmechanismen en kwetsbaarheden van de resistentiesystemen, maar ook unieke kenmerken.

En een baanbrekende ontdekking was het afweermechanisme van Audmula, een van de nieuwe afweersystemen. In tegenstelling tot traditionele abortieve infectiesystemen, die de replicatie van fagen stoppen door celdood te induceren, ontdekten we dat dit systeem de bacteriële celwand modificeert, waardoor fagen binnenin gevangen worden. Dit voorkomt dat ze zich tijdens de gisting verspreiden.

Dit is de eerste keer dat dit werkingsmechanisme is waargenomen. De ontdekking verbreedt dus het bekende spectrum van bacteriële afweer tegen fagen en opent nieuwe mogelijkheden om de veerkracht van zuivelculturen te verbeteren.

Van ontdekking tot melktoepassing

Samen vormen deze inzichten een completer beeld van de bacteriële afweer tegen fagen en hoe deze samenwerken met fagen tijdens de fermentatie van zuivelproducten. Met deze kennis kunnen zuivelproducenten hun kweekprestaties verbeteren, vooral voor kaas en andere gefermenteerde zuivelproducten:

• Faagrobuuste starterculturen ontworpen met complementaire afweersystemen
• Slimmere rotatieschema's die anticiperen op faagontsnappingsstrategieën
• Oplossingen op maat om opbrengst en consistentie in productieomgevingen te beschermen

"We beginnen nu eindelijk te begrijpen hoe bacteriële antivirale afweer werkt - en hoe virussen erin slagen om deze te omzeilen," legt prof. Douwe van Sinderen van APC Microbiome Ireland, hoofdauteur van het onderzoek, uit. "Praktisch gezien maken deze bevindingen de weg vrij voor de volgende generatie starterculturen, die ontworpen zijn om de faaguitdagingen te weerstaan waar zuivelfermentaties vandaag de dag mee te maken hebben."

Ongeëvenaarde wetenschap omzetten in echte impact

Deze resultaten laten duidelijk zien hoe geavanceerd microbiologisch onderzoek kan worden vertaald naar end-to-end oplossingen die een antwoord bieden op de echte uitdagingen waar producenten in de sector mee te maken hebben.

& Dirk Lippits, Executive Vice President Ingredient Solutions, Taste, Texture & Health, vat het als volgt samen: "Deze bevindingen tonen de kracht aan van het combineren van onze interne wetenschappelijke uitmuntendheid met onderzoekspartnerships van wereldklasse om echte uitdagingen in de industrie op te lossen. Door deze inzichten toe te passen op de ontwikkeling van onze culturen, vergroten we de unieke diepte en breedte van ons zuivelportfolio en versterken we ons vermogen om veerkrachtigere en betrouwbaardere fermentatieprestaties te leveren voor zuivelproducenten wereldwijd."

"Door de complexe relatie tussen culturen en fagen te ontcijferen, zetten we baanbrekende wetenschap om in concurrentievoordeel", voegt Noël van Peij, Principal Scientist bij dsm-firmenich, toe. "Deze bevindingen stellen ons in staat om zeer veerkrachtige culturen te ontwikkelen en stellen producenten in staat om de fermentatie onder controle te houden - of het nu gaat om zuivel, plantaardige producten of probiotische toepassingen."

De toekomst van fermentatie vormgeven

Hoewel de onmiddellijke voordelen van dit werk duidelijk zijn voor de zuivelsector, reiken de implicaties verder. Een beter begrip van bacteriële antivirale systemen kan ook de biotechnologie, probiotica en biomedische innovatie bevorderen.

Bij dsm-firmenich zijn we er trots op dat we de toekomst vormgeven. Met meer dan 50 jaar ervaring in microbiële innovatie en een sterke reputatie op het gebied van samenwerkingsverbanden met de industrie, blijven we wetenschap, toepassing en samenwerking combineren om producenten te helpen veilige, duurzame en consistent hoogwaardige fermentatieproducten te leveren - batch na batch.

Om meer te weten te komen over hoe nieuw inzicht in afweerstoffen tegen fagen verbeterde zuivelculturen en meer mogelijk kan maken, lees de volledige studie - en leer hier meer over onze zuiveloplossingen.