Übernahme omikbasierter Ansätze zur Erleichterung der Etablierung mikrobieller Konsortien zur Erzeugung reproduzierbarer fermentierter Lebensmittel mit wünschenswerten Eigenschaften

Warum die Zukunft fermentierter Lebensmittel wichtig ist

Joghurt, Sauerteigbrot, Kimchi, Kombucha, Käse und viele weitere Favoriten verdanken ihren Geschmack und ihre gesundheitlichen Vorteile winzigen lebenden Mikrobengemeinschaften. Traditionelle Fermentationen können jedoch unvorhersehbar sein: Eine Charge kann in einer Woche köstlich und in der nächsten enttäuschend ausfallen. Dieser Artikel erklärt, wie eine neue Welle biologischer „Big-Data“-Werkzeuge genutzt werden kann, um sorgfältig ausbalancierte mikrobiologische Teams zu entwerfen, die fermentierte Lebensmittel mit konstantem Geschmack, Sicherheit und Nährwert liefern — und so den Weg für verlässlichere, anpassbare und potenziell gesündere Alltagslebensmittel ebnen.

Von wilden Fermenten zu gut trainierten mikrobiellen Teams

Jahrhundertelang haben Menschen auf wilde Mikroben vertraut, die natürlicherweise an Getreide, Milch, Gemüse oder Geräten haften, um Fermentationen durchzuführen. Methoden wie spontane Fermentation und Backslopping (Wiederverwendung eines Teils einer vorherigen Charge) funktionieren einigermaßen gut, beruhen jedoch auf undefinierten, sich verändernden Gemeinschaften von Bakterien und Hefen. Diese Variabilität kann zu Fehlgeschmäckern, ungleichmäßiger Qualität und gelegentlichen Sicherheitsbedenken führen. Um diese Unvorhersehbarkeit zu zähmen, sprechen Wissenschaftler heute von „definierten mikrobiellen Konsortien“: bewusst zusammengestellten Mischungen bekannter Stämme, die so gewählt werden, dass sie bestimmte Aufgaben ausführen, etwa eine bestimmte Säure, ein Aroma oder eine gesundheitsfördernde Verbindung zu produzieren. Die Herausforderung besteht darin, zu wissen, welche Mikroben man auswählen und wie man sie kombinieren muss, damit sie zuverlässig zusammenarbeiten und nicht zufällig agieren.

Biologisches Big Data zur Kartierung von Lebensmittelmikrobiomen nutzen

Die Übersicht beschreibt, wie eine Reihe leistungsfähiger Techniken, oft „Omics“ genannt, unser Verständnis fermentierter Lebensmittel transformiert. Metagenomik liest alle DNA in einer Probe und zeigt, welche Mikroben vorhanden sind und was sie prinzipiell tun könnten. Metatranskriptomik betrachtet die RNA, um zu erkennen, welche Gene während der Fermentation aktiv eingeschaltet sind. Metaproteomik untersucht die Proteine, die Mikroben tatsächlich produzieren, während Metabolomik die kleinen Moleküle — Säuren, Aromen, Vitamine und andere Endprodukte — verfolgt, die Geschmack und Nährwert prägen. Schließlich nutzt Culturomics viele Kulturbedingungen, um einzelne Stämme zu isolieren und zu kultivieren, die durch diese Datensätze vorgeschlagen werden. Durch die Kombination dieser Ebenen können Forschende von der bloßen Auflistung von Arten zu einem mechanistischen Bild darüber übergehen, wer was, wann und in Partnerschaft mit wem tut.

Die wesentlichen Akteure von den Geschmackspezialisten trennen

Eine zentrale Idee des Artikels ist, dass eine gut gestaltete mikrobielle Gemeinschaft für die Fermentation aus zwei Teilen besteht. Das „Kernmikrobiom“ ist eine minimale Menge von Mikroben, die zuverlässig die Haupttransformationen vorantreibt: Zucker in Milchsäure in Joghurt oder Kimchi verwandeln, Alkohol und Kohlensäure in Brot und Bier produzieren, Essigsäure in Essig bilden oder Proteine in traditionellen Soja- oder Fischfermenten abbauen. Diese Kernakteure sind oft Milchsäurebakterien, Essigsäurebakterien, bestimmte Hefen und Bacillus-Arten. Um sie herum liegt ein „ergänzendes Mikrobiom“: zusätzliche Stämme, die nicht zwingend erforderlich sind, um die Fermentation abzuschließen, aber das Ergebnis feinabstimmen können. Sie können fruchtige oder blumige Aromen vertiefen, das Verhältnis verschiedener Säuren verschieben, um Schärfe zu mildern, den Prozess beschleunigen, den Gehalt an Vitaminen oder bioaktiven Verbindungen erhöhen oder die Gemeinschaft unter wechselnden Bedingungen stabilisieren.

Ein schrittweiser Zyklus zum Aufbau besserer Fermente

Um diese Konsortien tatsächlich zu konstruieren, schlagen die Autoren einen iterativen „Zusammenstellung–Bewertung–Neugestaltung“-Zyklus vor. Zuerst werden Daten aus mehreren Omics-Ebenen verwendet, um ein Entwurfskern- und ein ergänzendes Mikrobenset auszuwählen, das in Stoffwechsel und Wechselwirkungen komplementär erscheint. Zweitens werden diese Gemeinschaften in kontrollierten Fermentationen getestet, wobei Forschende überwachen, wie schnell sie ansäuern oder Zucker verbrauchen, welche Geschmacks- und Aromaverbindungen sie produzieren, wie stabil die Gemeinschaft bleibt und wie das Endprodukt schmeckt und sich lagern lässt. Drittens wird die Gemeinschaft verfeinert, indem die Verhältnisse der Stämme angepasst, solche entfernt werden, die konkurrieren oder Fehlnoten verursachen, oder neue Stämme hinzugefügt werden, die fehlende Rollen ausfüllen. Fortgeschrittene Werkzeuge wie mikrofluidische Systeme und maschinelle Lernmodelle können diese Schleife beschleunigen und helfen vorherzusagen, welche Kombinationen am wahrscheinlichsten erfolgreich sind, bevor große Experimente durchgeführt werden.

Tradition, Regulierung und Innovation in Balance bringen

Obwohl diese Vision präzisionsgestalteter fermentierter Lebensmittel überzeugend ist, merkt der Artikel an, dass die reale Einführung praktischen und regulatorischen Hürden gegenüberstehen wird. Viele ikonische Lebensmittel sind durch Regeln geschützt, die traditionelle Methoden und lokale Mikroben vorschreiben und den Einsatz maßgeschneiderter Starterkulturen einschränken. Vorerst können Multi-Omics-Werkzeuge am nützlichsten sein, um bestehende Fermentationen tiefgehend zu charakterisieren, sie konsistent zu halten und Produkte zu authentifizieren, anstatt ihre einheimischen Mikroben zu ersetzen. Im Laufe der Zeit sollte die Integration von Omics, sorgfältigem Community-Design und datengetriebener Optimierung jedoch eine neue Generation fermentierter Lebensmittel ermöglichen, die kulturellen Charakter bewahren und zugleich verlässlichere Qualität, anpassbare Aromen und gezielte gesundheitliche Vorteile bieten.

Zitation: 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

Schlüsselwörter: fermentierte Lebensmittel, Mikrobiom, Multi-Omics, Anstarterkulturen, Lebensmittelfermentation