Naturligt ... men er det også sikkert?

Målene er prisværdige. FN har defineret 17 mål for bæredygtig udvikling. Mål 12 adresserer reduktion af madtab og spild: ”Sikre bæredygtigt forbrug og produktionsmønstre”. Fødevarebioteknologi og især biobeskyttelse, der involverer anvendelse af mikrober eller mikrobielt producerede forbindelser for at reducere madspild og forbedre fødevaresikkerheden, betragtes som en yderst relevant og mulig løsning til at nå dette mål.

Som (mad)bioteknologer tilstræber vi at finde mikrober, der producerer stoffer, der kan hæmme eller ligefrem indlede en kamp – de ​​gode versus onde. En sikker madkultur kontra forurenende, ødelæggende eller endda patogene mikroorganismer.

Vi kæmper sammen med de små og levende organismer, som kan være meget forskellige fra den måde, de ser ud eller opfører sig. Vi sigter mod at blande os i deres vækst, deling og aktivitet. Målet er at gøre det på en naturlig og sikker måde. Men i modsætning til hvad mange måske tror, så er det naturlige desværre ikke altid sikkert.

Naturlig beskyttelse gennem gæring

En traditionel måde at hæmme de mikroorganismer, der ødelægger maden og de farlige patogener, på er at fermentere mad, såsom i ost, surdej eller vin. Her udkonkurrerer et kæmpe antal naturlige eller tilsatte starterkultur-celler de andre for os skadelige mikrober, der er til stede i råmaterialet.

Dette er stort set en stor konkurrence, hvor vi sørger for, at de bakterier, der er sikre for mennesker, vokser hurtigere end de bakterier, der kan skade os. Ligesom det sker i naturen og med lidt hjælp fra os er det også en sikker metode.

Gæring producerer syre, som forhindrer de patogene bakterier i at overleve. Men der er også måder at bruge kemiske forbindelser produceret af mikroorganismer til at inaktivere andre mikroorganismer ved direkte interaktion med dele af cellen. Disse naturlige måder til at hæmme uønsket vækst er et fokus i vores forskning.

Vi kan angribe cellemembranen eller cellevæggen, så mikroorganismen mister sit barriereforsvar og begynder at lække, før den dør. Vi kan kapre mikrobernes transportsystemer til at bringe kemiske forbindelse ind i deres celler, der vil hæmme eller dræbe dem. Eller vi kan bruge stoffer, der interagerer med specifikke strukturer i cellen, såsom proteiner, enzymer, RNA eller DNA.

Desværre er disse interaktioner ikke nødvendigvis målrettede, så hver celle, protein, enzym eller DNA-stykke i nærheden af stofferne kan være modtagelig for angreb, hvad enten det er af mikrobiel eller menneskelig oprindelse.

Bitter vin

Så vi fødevarebioteknologer foreslår og bruger mikroorganismer og stoffer fra mikroorganismer i fødevarer for at forbedre holdbarheden, men er de mikrobielle forbindelser, vi foreslår, alle sikre? Det korte svar er naturligvis nej, men det er normalt svært at finde et let svar. Lad mig give dig et eksempel.

Historien er baseret på min egen forskning i de seneste år og har været i mine tanker i et stykke tid. Vi har arbejdet med et naturligt antimikrobielt middel, der syntes meget aktivt og lovende. Det produceres af en almindeligt anvendt fødevareingrediens, glycerol, som også er en komponent i flere rå fødevareprodukter, af mikrober af bakteriefamilien Lactobacillaceae, som er meget almindelige i mad.

Et af Lactobacillaceaes enzymer katalyserer den første del af produktionsprocessen, og det resulterende produkt er sikkert. Men en yderligere kemisk proces finder sted samtidigt. Denne anden reaktion giver det toksiske stof acrolein, og den reaktion kan ikke kontrolleres. Så det er umuligt at regulere, at kun den første og sikre reaktion finder sted.

Disse reaktioner forekommer i mad og drikkevarer og har været kendt i lang tid. Allerede i det tidlige 20. århundrede observerede en fransk forsker, E. Voisenet, at mikrobiel glycerolmetabolisme i vin fører til dannelse af acrolein. Heldigvis gør denne proces vinen så bitter, at vores smagsløg får os til at forkaste en ellers rigtig god (men muligvis farlig) flaske vin.

Det store spørgsmål

I de næste årtier blev dette spørgsmål næsten glemt, indtil fødevarebakterien Limosilactobacillus reuteri i 1988 viste sig at producere et antimikrobielt middel kaldet reuterin, opkaldt efter den producerende stamme, ud fra glycerol. Reuterin var meget lovende, aktiv mod alle typer mikroorganismer, herunder gær, svampe og forurenende bakterier.

Reuterin blev testet med succes i fødevareprodukter som mejeriprodukter og fisk og hæmmede mange farlige patogener. En undersøgelse ledet af Food Biotechnology Laboratory ved ETH Zürich viste imidlertid, at reuterin kun har antimikrobiel aktivitet, hvis der sker to reaktioner samtidig: både den kontrollerede enzymatiske proces og en ukontrollabel kemisk reaktion, der fører til, at der skabes – ja – acrolein.

Dannelsen af acrolein forekommer naturligt under forhold, hvor mad fermenteres eller opbevares. Da reuterin blev brugt til biobeskyttelse af salatblade, førte højere koncentrationer af acrolein til stærkere hæmning af skadelige mikroorganismer på salat, hvilket understregede den antimikrobielle kraft af reuterin.

Men ingen ville spise salaten, fordi de høje acroleinkoncentrationer også ødelagde bladcellerne, som blev mørke og slimede. Alt i alt indså vi, at reuterin er et naturligt og stærkt antimikrobielt middel, men dets styrke afhænger af et giftstof: acrolein.

Dette fører til det store spørgsmål: hvordan skal vi håndtere sådanne nye fund fra laboratoriet, der ændrer vores perspektiver på en naturlig forbindelse så enormt? 

Og kan vi stadig bruge ideen om reuterin som et naturligt antimikrobielt middel, selvom vi nu ved, at en kemisk reaktion potentielt producerer et giftstof?

Først og fremmest sikkert

Der skal stadig laves meget forskning. Vi kender ikke de reelle niveauer af fri acrolein, der vil være til stede i de endelige produkter. Måske binder alt acrolein sig til maden på en måde, så det ikke længere er giftigt. Men vi er opmærksomme på, at muligheden for dets dannelse eksisterer, så snart glycerol og en reuterinproducerende mikrobe møder hinanden. Så det kan ske.

Der er sandsynligvis andre forbindelser som reuterin, der virker på samme måde, så problemet er ikke kun begrænset til forbindelser i mad. Vi har for nylig vist, at tarmmikrober også frigiver acrolein, herunder bakteriestammer, der anvendes eller betragtes som probiotika eller bioterapeutiske midler. 

Probiotika sælges i butikker for at styrke menneskers sundhed, et koncept der har været brugt i årtier. Næste generation af probiotika og bioterapeutiske midler er blevet udviklet på baggrund af deres unikke egenskaber til forbedring af en specifik sundhedstilstand, såsom inflammatorisk tarmsygdom. Hvad hvis de viser sig at være giftige?

I forelæsninger spørger de studerende ofte, hvordan de skal håndtere problemet, og det er vanskeligt at svare. Som videnskabsmand kan vi offentliggøre resultater med det formål at nå forskningsmiljøet. Som underviser kan vi vise dette eksempel som et casestudie for mennesker. Men hvordan kommunikerer vi til offentligheden og industrien om, at de naturlige produkter ikke altid er sikre produkter?

Og nogle gange kan det naturlige faktisk være mindre sikkert end ikke naturligt producerede forbindelser, der er designet og skræddersyet til at tjene formålet. 

Det er vores job som forskere at bidrage til mere sikker mad gennem grundlæggende forskning, også hvis det betyder, at en potentiel kandidat, der skal hjælpe os med at reducere madtab og spild, kan gå tabt på vejen derhen.

Jeg mener, ​​at beslutningstagerne er nødt til at finde en løsning – baseret på den rette balance – og en måde at regulere hvornår og hvordan man bruger ikke kun kunstige ingredienser, men også naturlige forbindelser baseret på mikrobernes funktionelle egenskaber. 

Så vi kan sikre os, at det, vi spiser, kan være naturligt, men at det først og fremmest skal være sikkert.