میکروبیوم و آینده‌ای برای غذا و امنیت مواد غذایی/ میکروبیوم از کلیدهای رشد اقتصاد جهانی و پایداری اجتماعی و زیست‌محیطی خواهد بود/ مردم بر مبنای میکروبیوم‌شان برای شخصی‌سازی رژیم غذایی گروه‌بندی می‌شوند

تقاضای جهانی برای مواد غذایی و فیبرها تا سال ۲۰۵۰ نزدیک به ۷۰ درصد افزایش خواهد داشت. این افزایش در تولیدات کشاورزی به ناچار باید از طریق زمین های قابل کشت موجود، و تحت شرایط آب و هوایی سخت تر و با منابع آبی و خاکی که کیفیت آن ها رو به افول است به دست آید.

به گزارش ایانا از onlinelibrary.wiley نویسندگان مقاله حاضر تاکید می کنند: به علاوه، ما باید از همان ابتدا از محصولات کشاورزی خود در مقابل ظهور آفات و عوامل بیماری زای بوم گیر محافظت کنیم. بهره برداری از منابع طبیعی از جمله "فیتومیکروبیوم"،( به زیست‌بوم میکروبی، قارچی بدن گیاه گفته می‌شود که نوعی هم‌زیستی و هم‌سُفرگی با آن پیدا کرده‌اند و وجودشان بخشی از سازوکار طبیعی و گاه ضروری و بایسته گیاه شده است ) به عنوان موثرترین رویکرد در جهت بهبود پایدار بهره وری مزارع و کیفیت غذا مطرح شده است که همچنین بتواند پیامدهای مثبت زیست محیطی و اجتماعی را نیز ترویج کند.

کشاورزی سنتی که از مواد شیمیایی در قالب کود و آفت کش ها استفاده می کند، تولیدات کشاورزی را در مقیاسی گسترده افزایش داده است و کمک بزرگی به اهداف مربوط به دسترسی به غذا و کاهش فقر کرده است. با این حال، استفاده بیش از حد و بدون اساس از این محصولات شیمیایی موجب آلوده شدن مواد غذایی، به بار آمدن پیامدهای منفی زیست محیطی و مقاومت در برابر بیماری می شود که همه این ها تاثیر مهمی بر سلامت انسان و امنیت غذایی می گذارد. تکنولوژی میکروبیوم امکان همزمان کاهش این تاثیرات زیست محیطی و افزایش پایدار کمیت و کیفیت تولیدات کشاورزی را فراهم می کند.

گیاهان و میکروبیوتا ( میکروبیوتا معرف مجموعه ای از گونه های میکرو ارگانیسم است که در ارگان های مختلف بدن که با محیط خارج از بدن ارتباط دارند زندگی می کنند) های همبسته با آن ها با هم تکامل یافته اند و یک رابطه دو سویه را شکل داده اند که هر دو شریک از این همکاری سود می برند. با این حال، برنامه های پرورش و اصلاح نژادی گیاهان به طور ناخواسته این همکاری را برهم زده است، و باعث از دست رفتن اعضای کلیدی سودمند در میکروبیوم محصول شده است. بر مبنای دانش محدود به دست آمده تا به امروز، بدیهی است که بازدهی و سلامت محصول به میکروبیوم گیاه مربوط است. حفظ میکروبیوم گیاه در نتیجه، به طور بالقوه می تواند در کشاورزی و صنعت غذا انقلاب ایجاد کند، به وسیله ی: ۱- یکپارچه سازی سلامت محصول، با شیوه های مدیریتی بهتر برای استفاده در شرایط آب و هوایی مختلف در جهت بهبود تولیدات و کیفیت؛ ۲- استفاده از رویکردهای دوستدار محیط زیست برای کنترل آفات و ریزاندامگان بیماری زا و در نتیجه کاهش استفاده از سموم شیمیایی مضر برای محیط زیست و سلامت؛ ۳- لحاظ کردن روش های کاراتر و هوشمندانه تر برای استفاده از منابع طبیعی از جمله خاک و آب؛ ۴- تولید غذای با کیفیت بهتر با کاهش آلوده کننده های شیمیایی و حساسیت زا؛ ۵- و به حداقل رساندن خسارات، با بهبود سلامت محصول در آب و هواهای نامعتدل.

ریزوسفر در مقابل رویکردهای فیتومیکروبیوم

با وجود این که فیتومیکروبیوم شامل میکروبیوتاهای درگیر در تمام بخش های گیاه است ( ریشه، ساقه، برگ، گل، دانه ها) بخش گسترده ای از پژوهش ها در این حوزه بر میکروبیوم ریزوسفر(بخشی از خاک اطراف ریشه است که از لحاظ شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی با ریشه‌ی گیاه در ارتباط است) تمرکز می کنند، که تعامل کلیدی بین ریشه گیاهان و خاک را برحسب دستیابی به منابع و سلامت گیاه هدایت می کند. مجموعه ای از این کارهای پژوهشی، نقش کلیدی میکروبیوم ریزوسفر را در به دست آوردن مواد مغذی، مقاومت در برابر بیماری ها و سلامت در محیط زیست های جدید، نشان داده است. با این حال، به علت چالش های فنی، فیتومیکروبیوم درگیر در سایر بخش های گیاه، توجه کمتری را دریافت کرده است.

علاوه بر مشکلات فنی، فقدان یک رویکرد کل گرا نسبت به میکروبیوم گیاه به علت وجود این فرض که میکروبیوتای ریزوسفر در باروری گیاه اصلی ترین نقش را بازی می کند، وجود دارد. می توان در این مورد بحث کرد که بر اساس شواهد محدود موجود، ریشه (ریزوسفر و اندوفیت های درون ریشه) ممکن است که نقش مهمتری در جذب مواد مغذی داشته باشد در حالی که سایر بخش های میکروبیوم گیاه نقش قوی تری در دفاع در مقابل ریزاندامگان بیماری زا (پاتوژن) و حمله آفات و بهره وری در استفاده از منابع ایفا می کنند و در نتیجه کمیت و کیفیت بازدهی گیاه را تحت تاثیر قرار می دهند.

با این حال این مطلب ممکن است در همه موارد صدق نکند؛ مثلا در مناطقی که محصولات یا آب و هوای خاص دارند. در نتیجه، در ابتدا، ما نیاز به تشریح ویژگی های کامل فیتومیکروبیاهای درگیر در محصولات مختلف و نیز بخش های مختلف گیاهان که در محیط های با آب و هوای مختلف رشد می کنند داریم. این به ما اجازه می دهد که خصوصیات هسته ای میکروبیوم گونه های زراعی را به خوبی تشریح کنیم و بین شرایط زیست محیطی مختلف تفاوت قائل شویم. تشریح هرچه بیشتر نقش هسته ای میکروبیوتا در سلامت و بازدهی محصول، که با شناسایی مسیرهای سوخت و سازی میکروبیوم همبسته است، به طراحی ابزاری برای دستکاری در فیتومیکروبیوم برای افزایش پایدار بهره وری کشاورزی و کیفیت غذا کمک خواهد کرد.

منحصر به فرد بودن فیتومیکروبیوم در میان سازواره های مختلف و متنوع، در راستای بهره برداری از فیتومیکروبیوتا برای افزایش تولیدات کشاورزی، بهبود کیفیت غذایی و حفظ محیط زیست توابع، هم ایجاد موقعیت و هم چالش می کند. شواهد مهمی وجود دارد که نشان می دهند که کارکردهای زیست محیطی فیتومیکروبیوم، توانایی گیاه را برای تطبیق خود با تغییرات و شرایط زیست محیطی مختلف گسترش می دهد، چیزی که از مسائل پایه ای مهم برای سلامت گیاهان با در نظر گرفتن شیوه زندگی یکجا نشین آنها، محسوب می شود. با این حال، برنامه های اصلاح نژادی سنتی عناصر کلیدی سلامت محصول را در نظر نمی گرفتند، مانند فیتومیکروبیوتا، و در نتیجه بعضی نقطه ضعف های محصول نسبت به تنش ها به این غفلت مربوط می شود. استفاده بیش از اندازه از مواد شیمیایی نیز همچنین به طور منفی استحکام این رابطه را تحت تاثیر قرار می دهد. بنابراین برنامه اصلاح نژادی آینده نیاز دارند تا ترکیبی از اطلاعات مربوط به ژنتیک گیاه میزبان و مسیر سوخت و سازی میکروبیوم های مرتبط را مورد استفاده قرار دهند. چنین رویکردی برای تضمین حصول تمام مزایای در نظر گرفته شده از برنامه های اصلاح نژادی، بدون از دست دادن میکروبیوتاهای مفید بسیار مهم است. درآینده نیز استفاده از مواد شیمیایی(به ویژه آفت کش ها) جزئی مهم از کشاورزی باقی خواهند ماند؛ با این حال، استفاده دقیق از آن به معنی ترکیب مواد شیمیایی بهتر و بهبود برنامه های اصلاح نژادی به منظور لحاظ کردن دقیق سلامت فیتومیکروبیوم است که برای افزایش پایدار بهره وری و کیفیت غذایی یک کار اساسی محسوب می شود.

توانایی دستکاری کردن میکروبیوم در موقعیت( in situ )

در سال های اخیر، آگاهی ما درباره تنوع زیستی خاک افزایش یافته است، عوامل موثر در تنوع زیستی در سیستم کشاورزی و ارتباط بین تنوع زیستی و کارکردهای زیست بوم از جمله در دسترس بودن مواد غذایی و بهره وری کشاورزی است. هم چنین دانش عمیق درباره نقش اساسی جامعه میکروبیول ها در ریزوسفر، به ویژه در زمینه دسترسی به مواد مغذی و مقاومت در برابر بیماری، افزایش یافته است. گیاهان و میکروبیوتاهای مرتبط با آن ها (به ویژه در ریزوسفر) برای دسترسی به منبع مورد نیاز و دفاع در مقابل عوامل بیماری زا و حمله آفات، دائما با یکدیگر در ارتباط هستند. اطلاع زیادی از مولکول (سیگنال) های ارتباطی که توسط گیاه یا میکروبیوم ها برای ایجاد این ارتباط استفاده می شود در دست نیست. شناخت این مولکول های سیگنال دهنده باید به تمرکز اصلی در تحقیقات تبدیل شود تا بتوان ابزاری موثر برای دستکاری کردن کنش بین گیاه - میکروب به منظور به حداکثر رساندن دسترسی به منابع و حفاظت از گیاه، فراهم کرد.

مهندسی "میکروبیوم درموقعیت" ( (Mueller and sachs, 2015 می تواند یک گزینه برای طراحی ابزار بهره برداری از میکروبیوم برای رسیدن به نتایج مفید در کشاورزی و صنعت غذا باشد. این تکنولوژی پیشنهاد می کند که میکروبیوم را ایجاد نکنیم، بلکه میکروبیوم موجود را دستکاری کنیم و ورای تکنولوژی های موجود که از آنتی بیوتیک و پروبیوتیک های گزینش شده استفاده می کنند حرکت کنیم. زیست شناسی ترکیبی نقش بسیاری مهمی را در هدایت عملکرد تازه ولی قابل پیش بینی پروبیوتیک محصول بازی می کند که علاوه بر گیاه و خاک، میکروبیوم و فعالیت های آن را در یک مسیر قابل پیش بینی دستکاری می کند.

اختصاصی کردن غذا و امنیت غذایی

در کشورهای در حال توسعه، تمرکز بر افزایش بهره وری کشاورزی برای اطمینان یافتن از امنیت غذایی است، در حالی که در کشورهای توسعه یافته امنیت مواد مغذی و غذاهای سلامت هدف اصلی سیاست گذاران است. شخصی سازی مواد مغذی برای نتایج بهتر در زمینه سلامتی یک مفهوم در حال ظهور است. رسیدن به این هدف نیازمند غذاهایی است که به شکلی متفاوت کشت شده اند تا آلودگی شیمیایی و کاهش غلظت مواد حساسیت زای طبیعی را به حداقل برسانند. رژیم های غذایی شخصی به طور دقیق ژنتیک فرد، فیزیولوژی و تفاوت در میکروبیوم ها و فعالیت های سوخت و سازی را در نظر می گیرند. تحقیقات اولیه از طرح شخصی سازی رژیم غذایی حمایت می کنند چراکه هیچ دونفری به یک غذای یکسان پاسخ مشابهی نمی دهند، براین اساس نقش کلیدی برای کنش بین میزبان-میکروبیوم نتایج مربوط به مواد مغذی قائل می شوند. در آینده، مردم بر مبنای میکروبیوم هایشان برای شخصی سازی رژیم غذایی گروه بندی می شوند. این مساله می تواند نوید بخش یک دوره جدید از زندگی سالم و پیشگیری از متابولیک (دیابت، ناراحتی های قلبی) و شرایط فیزیولوژیک ( آلرژی به ترکیبات طبیعی) باشد.

طرح های فعلی جهانی

در طرح های جهانی علاقه فوق العاده ای به ایجاد بهره وری میکروبیوم برای افزایش تولیدات کشاورزی وجود داشته است. در سال ۲۰۱۶، دو طرح کلیدی که به طور دقیق پتانسیل رویکرد میکروبیومی را شناسایی می کنند راه اندازی شده اند.

１- کاخ سفید طرح میکروبیوم امریکا را در ۱۴ مه ۲۰۱۶ با بودجه ای در حدود ۴۵۰ میلیون دلار برای افزایش نوآوری و تجاری کردن و برای توسعه صنایع جدید مربوطه راه اندازی کرده است. میکروبیوم های مربوط به محصولات و خاک، اجزاء اصلی این طرح هستند که آن را به طور نزدیک با طرح مربوط به فیتوبیوم پیوند می زنند تا موفقیت آن تضمین شود.

２- کمیسیون اتحادیه اروپا انجمن بین المللی بیواکونومی را در ۱۳ اکتبر ۲۰۱۶ راه اندازی کرده است، و بهره برداری از میکروبیوم برای امنیت غذایی، در کنار رشد اقتصادی منطقه و ایجاد شغل، اولین و اصلی ترین جزء آن است. هر دو طرح، مدل مشارکت عمومی-خصوصی را به عنوان کلیدی برای نوآوری سریع و تجاری کردن محصولات در نظر گرفته اند. هم چنین تعدادی از صنایع کوچک و بزرگ هستند که بر تحقیقات میکروبیوم سرمایه گذاری سنگین می کنند، که نتیجه یک شناخت روشن از مزایای تجاری پژوهش پیرامون میکروبیوم با منافع زیست محیطی و اجتماعی اساسی است. برای مثال، این مساله قابل پیش بینی است که در اتحادیه اروپا، تعداد بالاتری از آفت کش های زیست محیطی در مقایسه با آفت کش های شیمیایی تا سال ۲۰۲۰ فروخته خواهند شد. بخش مربوط به کشاورزی و مواد غذایی، در کنار بخش سلامت، منطقه کلیدی توسعه در فن آوری زیستی میکروبی است و یک هدایت گر مهم در زمینه رشد اقتصاد جهانی و پایداری اجتماعی و زیست محیطی خواهد بود.

مترجم: بهاران پدرام