Adottare approcci basati sugli omics per facilitare la costituzione di consorzi microbici volti a generare alimenti fermentati riproducibili con proprietà desiderabili

Perché conta il futuro degli alimenti fermentati

Lo yogurt, il pane a lievitazione naturale, il kimchi, il kombucha, i formaggi e molti altri prodotti deliziosi devono il loro sapore e i benefici per la salute a piccole comunità viventi di microrganismi. Tuttavia le fermentazioni tradizionali possono essere imprevedibili: una partita può risultare eccellente una settimana e deludente la successiva. Questo articolo spiega come una nuova ondata di strumenti biologici basati sui “big data” possa essere impiegata per progettare squadre microbiche attentamente bilanciate che producano alimenti fermentati con gusto, sicurezza e valore nutrizionale costanti—aprendo la porta a cibi quotidiani più affidabili, personalizzabili e potenzialmente più salutari.

Dalle fermentazioni spontanee a team microbici ben allenati

Per secoli le persone si sono affidate ai microrganismi selvatici presenti naturalmente su cereali, latte, verdure o attrezzature per svolgere la fermentazione. Metodi come la fermentazione spontanea e il riciclo di un po’ della partita precedente (backslopping) funzionano abbastanza bene ma dipendono da comunità di batteri e lieviti non definite e in continuo cambiamento. Tale variabilità può portare a sapori indesiderati, qualità irregolare e talvolta a preoccupazioni di sicurezza. Per domare questa imprevedibilità, oggi gli scienziati parlano di “consorzi microbici definiti”: miscele assemblate intenzionalmente di ceppi noti scelti per svolgere compiti specifici, come produrre un certo grado di acidità, un aroma particolare o un composto a effetto salutistico. La sfida è sapere quali microrganismi selezionare e come combinarli affinché collaborino in modo affidabile anziché operare in modo casuale.

Usare i big data biologici per mappare i microbiomi degli alimenti

La rassegna descrive come una famiglia di tecniche potenti, spesso chiamate “omics”, stia trasformando la nostra comprensione degli alimenti fermentati. La metagenomica legge tutto il DNA presente in un campione, rivelando quali microrganismi sono presenti e cosa, in linea di principio, potrebbero fare. La metatrascrittomica analizza l’RNA per vedere quali geni sono effettivamente attivi durante la fermentazione. La metaproteomica indaga le proteine che i microrganismi producono concretamente, mentre la metabolomica traccia le piccole molecole—acidi, aromi, vitamine e altri prodotti finali—che plasmano gusto e valore nutrizionale. Infine la culturomica utilizza molte condizioni di coltura per isolare e far crescere i ceppi individuali suggeriti da questi dataset. Combinando questi livelli, i ricercatori possono passare dal semplice elenco di specie alla costruzione di un quadro meccanicistico di chi fa cosa, quando e in collaborazione con chi.

Separare gli attori essenziali dagli specialisti dell’aroma

Un’idea chiave dell’articolo è che una comunità microbica ben progettata per la fermentazione si compone di due parti. Il “microbioma core” è un insieme minimo di microrganismi che guidano in modo affidabile le trasformazioni principali: convertire gli zuccheri in acido lattico nello yogurt o nel kimchi, produrre alcol e bollicine nel pane e nella birra, generare acido acetico nell’aceto o degradare le proteine nelle fermentazioni tradizionali di soia o pesce. Questi attori core sono spesso batteri lattici, batteri acetici, alcuni lieviti e specie di Bacillus. Intorno a loro si trova un “microbioma supplementare”: ceppi aggiuntivi che non sono strettamente necessari per completare la fermentazione ma possono perfezionare il risultato. Essi possono intensificare aromi fruttati o floreali, spostare l’equilibrio tra diversi acidi per smussare l’asprezza, accelerare il processo, aumentare i livelli di vitamine o composti bioattivi o stabilizzare la comunità in condizioni variabili.

Un ciclo graduale per costruire fermentazioni migliori

Per ingegnerizzare effettivamente questi consorzi, gli autori propongono un ciclo iterativo di “Assemblaggio–Valutazione–Riprogettazione”. In primo luogo, i dati provenienti da più livelli omics vengono utilizzati per selezionare un nucleo iniziale e un insieme supplementare di microrganismi che appaiono complementari nel loro metabolismo e nelle loro interazioni. In secondo luogo, queste comunità vengono testate in fermentazioni controllate, dove i ricercatori monitorano la velocità di acidificazione o il consumo di zuccheri, quali composti di sapore e aroma vengono prodotti, quanto rimane stabile la comunità e come si comporta il prodotto finale in termini di gusto e conservazione. In terzo luogo, la comunità viene perfezionata regolando le proporzioni dei ceppi, eliminando quelli che competono o provocano note sgradite, o aggiungendo nuovi ceppi che colmano ruoli mancanti. Strumenti avanzati come sistemi microfluidici e modelli di apprendimento automatico possono accelerare questo ciclo, aiutando a prevedere quali combinazioni hanno maggiori probabilità di successo prima di avviare estesi esperimenti.

Bilanciare tradizione, regolamentazione e innovazione

Sebbene questa visione di alimenti fermentati progettati con precisione sia convincente, l’articolo osserva che l’adozione nel mondo reale dovrà affrontare ostacoli pratici e normativi. Molti alimenti iconici sono protetti da regole che insistono su metodi tradizionali e microrganismi locali, limitando l’uso di colture starter su misura. Per ora, gli strumenti multi-omics possono essere più utili per caratterizzare profondamente le fermentazioni esistenti, mantenerne la coerenza e autenticare i prodotti piuttosto che sostituire i loro microrganismi indigeni. Col tempo, tuttavia, l’integrazione di omics, una progettazione attenta delle comunità e l’ottimizzazione basata sui dati dovrebbe rendere possibile una nuova generazione di alimenti fermentati che preservino il carattere culturale offrendo al contempo qualità più affidabile, sapori personalizzabili e benefici salutistici mirati.

Citazione: 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

Parole chiave: alimenti fermentati, microbioma, multi-omics, ceppi starter, fermentazione alimentare