اعتماد نهج قائم على الأوميكس لتسهيل إنشاء تراكيب ميكروبية لإنتاج أطعمة مُخمَّرة قابلة لإعادة الإنتاج وبخصائص مرغوبة

لماذا يهم مستقبل الأطعمة المخمّرة

الزبادي وخبز العجين المخمّر والكمتشي والكمبوتشا والجبن والعديد من المفضلات الأخرى تدين بنكهتها وفوائدها الصحية لمجتمعات حية صغيرة من الميكروبات. ومع ذلك، يمكن أن تكون عمليات التخمير التقليدية غير متوقعة: قد تكون دفعة ما لذيذة في أسبوع ومخيّبة للآمال في الأسبوع التالي. تشرح هذه المقالة كيف يمكن لموجة جديدة من أدوات «البيانات الحيوية الضخمة» أن تُستخدم لتصميم فرق ميكروبية متوازنة بعناية تُنتج أطعمة مخمّرة ذات طعم وسلامة وقيمة غذائية متسقة — ما يفتح الباب أمام أطعمة يومية أكثر موثوقية، قابلة للتخصيص، وربما أكثر صحة.

من التخمير البري إلى فرق ميكروبية مُدَرَّبة جيدًا

لمئات السنين اعتمد الناس على ميكروبات برية تلتصق بطبيعتها بالحبوب أو الحليب أو الخضراوات أو المعدات لتنفيذ التخمير. تعمل طرق مثل التخمير التلقائي وإعادة استخدام جزء من دفعة سابقة (backslopping) بشكل مقبول لكنها تعتمد على مجتمعات غير معرّفة ومتغيرة من البكتيريا والخمائر. يمكن أن تؤدي هذه المتغيرات إلى نكهات غير مرغوبة وجودة غير متساوية ومخاوف أحيانًا تتعلق بالسلامة. للتحكم في هذه اللايقينية، يتحدث العلماء الآن عن «تجمعات ميكروبية معرفة»: مزيجات مُجمَّعة عمدًا من سلالات معروفة تُختار لأداء وظائف محددة، مثل إنتاج حموضة أو رائحة معينة أو مركب يعزّز الصحة. التحدي هو معرفة أي الميكروبات نختار وكيف نجمعها لتعمل معًا بشكل موثوق بدلًا من أن تكون عشوائية.

استخدام البيانات الحيوية الضخمة لرسم خرائط ميكروبيومات الطعام

تصف المراجعة كيف أن عائلة تقنيات قوية تُعرف غالبًا باسم «الأوميكس» تُحوِّل فهمنا للأطعمة المخمّرة. تقرأ الميتاجينوميات كل الحمض النووي في عينة، كاشفةً عن الميكروبات الموجودة وما يمكنها، من حيث المبدأ، القيام به. تنظر الميتاترنسكريبتوميكس إلى الحمض النووي الريبوزي لترى أي الجينات مُفعّلة أثناء التخمير. تبحث الميتابروتيوميات في البروتينات التي تنتجها الميكروبات فعليًا، بينما تتتبع الميتابولوميات الجزيئات الصغيرة — الأحماض والروائح والفيتامينات والمنتجات النهائية الأخرى — التي تشكّل النكهة والتغذية. أخيرًا، تستخدم الكالتوروميكس ظروفًا مزروعة متعددة لعزل ونمّو سلالات فردية تُشير إليها هذه مجموعات البيانات. من خلال دمج هذه الطبقات، يمكن للباحثين الانتقال من مجرد سرد الأنواع إلى بناء تصور آلي لمن يفعل ماذا ومتى ومع من يعمل بشراكة.

فصل اللاعبين الأساسيين عن متخصصي النكهة

فكرة رئيسية في المقال هي أن المجتمع الميكروبي المصمم جيدًا للتخمير يتألف من جزأين. «الميكروبيوم الأساسي» هو مجموعة دنيا من الميكروبات التي تقود بشكل موثوق التحولات الرئيسية: تحويل السكريات إلى حمض لاكتيك في الزبادي أو الكمتشي، إنتاج الكحول والفقاعات في الخبز والبيرة، تكوين حمض الأسيتيك في الخل، أو تفكيك البروتينات في تخميرات فول الصويا أو السمك التقليدية. غالبًا ما يكون هؤلاء اللاعبون الأساسيون هم بكتيريا حمض اللاكتيك وبكتيريا حمض الأسيتيك وبعض الخمائر وأنواع Bacillus. حولهم يوجد «الميكروبيوم التكميلي»: سلالات إضافية ليست ضرورية تمامًا لإتمام التخمير لكنها قادرة على ضبط النتيجة بدقة. قد تعمّق الروائح الفاكهية أو الزهرية، تغيّر التوازن بين الأحماض المختلفة لتلطيف الحدة، تسرّع العملية، تزيد مستويات الفيتامينات أو المركبات النشطة حيويًا، أو تُثبّت المجتمع في ظل ظروف متغيرة.

دورة خطوة بخطوة لبناء تخميرات أفضل

لكي يتم هندسة هذه التراكيب، يقترح المؤلفون دورة تكرارية من «التركيب–التقييم–إعادة التصميم». أولًا، تُستخدم بيانات من طبقات أوميكس متعددة لاختيار مجموعة أولية من الميكروبات الأساسية والتكميلية التي تبدو متكاملة في مساراتها الأيضية وتفاعلاتها. ثانيًا، تُختبر هذه المجتمعات في تخمير محكَم، حيث يراقب الباحثون مدى سرعة تحمّضها أو استهلاكها للسكريات، وما مركبات النكهة والرائحة التي تنتجها، ومدى استقرار المجتمع، وكيف تكون مذاق المنتج النهائي وكيفية حفظه. ثالثًا، يتم تنقيح المجتمع عن طريق ضبط نسَب السلالات، وإسقاط السلالات التي تتنافس أو تُسبب نغمات غير مرغوبة، أو إضافة سلالات جديدة تملأ أدوارًا مفقودة. أدوات متقدمة مثل أنظمة الميكروفلويديك ونماذج التعلم الآلي يمكن أن تسرّع هذه الحلقة، مما يساعد على التنبؤ أي التركيبات هي الأكثر احتمالًا للنجاح قبل إجراء تجارب واسعة النطاق.

موازنة التقاليد واللوائح والابتكار

بينما تُعد رؤية الأطعمة المخمّرة المصممة بدقة جذابة، تشير المقالة إلى أن التبني في العالم الحقيقي سيواجه عقبات عملية وتنظيمية. كثير من الأطعمة الأيقونية محمية بقواعد تُصِر على الطرق التقليدية والميكروبات المحلية، مما يقيد استخدام مزارع بادئة مُصممة خصيصًا. في الوقت الراهن، قد تكون أدوات تعدد الأوميكس أكثر فائدة في توصيف التخميرات القائمة بعمق، والحفاظ على اتساقها، وتوثيق المنتجات بدلًا من استبدال ميكروباتها الأصلية. ومع ذلك، على المدى الطويل، يجب أن تتيح دمج الأوميكس وتصميم المجتمعات بعناية والتحسين القائم على البيانات جيلًا جديدًا من الأطعمة المخمّرة يحافظ على الطابع الثقافي مع تقديم جودة أكثر موثوقية، ونكهات قابلة للتخصيص، وفوائد صحية مستهدفة.

الاستشهاد: Zhang, E., Claesson, M.J. & Cotter, P.D. Adopting omics-based approaches to facilitate the establishment of microbial consortia to generate reproducible fermented foods with desirable properties. npj Sci Food 10, 90 (2026). https://doi.org/10.1038/s41538-026-00740-8

الكلمات المفتاحية: الأطعمة المخمّرة, الميكروبيوم, تعدد الأوميكس, مزارع بادئة, تخمير الطعام