Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Die mikrobielle Biodiversität hat eine fundamentale Bedeutung für die Funktion von Ökosystemen. Wichtige Parameter in der Land- und Ernährungswirtschaft können durch mikrobielle Gemeinschaften (Mikrobiome) signifikant positiv beeinflusst werden. Betroffen sind zum Beispiel Pflanzen-, Tier- und Menschengesundheit, natürliche Schädlingskontrolle, Zersetzung von organischem Material, Nährstoffkreisläufe sowie die Veredelung landwirtschaftlicher Erzeugnisse durch Fermentation.
Die Charakterisierung von Mikrobiomen, die Identifikation von Schlüsselarten und das Verständnis ihrer Funktionen und Interaktionen bilden die Grundlage für die Entwicklung von Strategien für die gezielte Nutzung und Kontrolle der mikrobiellen Biodiversität in der Land- und Ernährungswirtschaft. Mittels gezielter Beeinflussung der Mikrobiome (microbiome engineering) sollen die vielfältigen positiven Effekte des Einsatzes von Mikroorganismen in der Land- und Ernährungswirtschaft nutzbar gemacht werden. Damit können Erträge erhöht und gleichzeitig Dünger- und Pestizideinsatz reduziert werden, wodurch Böden und Umwelt geschont und die Nachhaltigkeit gestärkt werden. Bei Lebensmitteln können durch die Kontrolle des Mikrobioms die Fermentationsprozesse oder Haltbarmachung von Lebensmitteln beeinflusst und damit die Qualität, Sicherheit und Wettbewerbsfähigkeit von landwirtschaftlichen Erzeugnissen verbessert werden.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Microbial biodiversity is of fundamental importance for the functioning of ecosystems. Key parameters in the agriculture and food sector can be significantly positively influenced by microbial communities (microbiomes). Plant, animal and human health as well as natural pest control, the decomposition of organic material, nutrient cycling and the processing of agricultural products via fermentation are just a few examples of their impact.
The characterisation of microbiomes, the identification of key species and the understanding of their functions and interactions form the basis for developing strategies for the targeted use and control of microbial biodiversity in the agriculture and food sector. The targeted manipulation of the microbiome (‘microbiome engineering’) is intended to harness the various positive effects of the use of microorganisms in the agriculture and food sector. This allows us to increase yields whilst reducing fertiliser and pesticide use, thereby protecting the soil and the environment and enhancing sustainability. With foods, controlling the microbiome enables us to influence fermentation processes or shelf life, thereby improving the quality, safety and competitiveness of agricultural products.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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La diversité microbienne a une importance fondamentale pour la fonction écosystémique. Des paramètres importants dans l’agriculture et le secteur agroalimentaire peuvent être influencés par des communautés microbiennes (microbiomes) de façon significativement positive, par exemple: la protection phytosanitaire, la santé des animaux et des êtres humains, le contrôle naturel des ravageurs, la décomposition de la matière organique, les cycles des éléments nutritifs de même que la transformation de produits agricoles par la fermentation.
La caractérisation des microbiomes, l’identification d’espèces de référence et la compréhension de leurs fonctions et interactions constituent la base pour le développement de stratégies en vue d’une utilisation ciblée et du contrôle de la biodiversité microbienne dans l’agriculture et le secteur agroalimentaire. Par l’influence ciblée des microbiomes (microbiome engineering), il s’agit d’exploiter les multiples effets positifs de l’utilisation de microorganismes dans l’agriculture et le secteur agroalimentaire de sorte à augmenter les rendements et simultanément à réduire l’utilisation d’engrais et de pesticides. Cette stratégie ménage non seulement les sols et l’environnement, mais contribue aussi à renforcer le développement durable. La maîtrise du microbiome permet d’influencer les processus de fermentation ou la conservation des denrées alimentaires et ainsi d’améliorer la qualité, la sécurité et la compétitivité des produits issus de l’agriculture.
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Kurzbeschreibung
(Italienisch)
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La biodiversità microbica ha un’importanza fondamentale per la funzione ecosistemica. Importanti parametri nella filiera agroalimentare possono essere influenzati positivamente in maniera significativa tramite comunità microbiche (microbiomi). Ne sono interessati per esempio la salute dei vegetali, degli animali e dell’uomo, il naturale controllo degli organismi nocivi, la decomposizione di materiale organico, i cicli delle sostanze nutritive e la trasformazione di prodotti agricoli tramite fermentazione.
La caratterizzazione di microbiomi, l’identificazione di specie fondamentali e la comprensione delle loro funzioni e interazioni costituiscono la base per lo sviluppo di strategie per l’utilizzo mirato e il controllo della biodiversità microbica nella filiera agroalimentare. Tramite interventi mirati sui microbiomi (microbiome engineering) si vogliono rendere fruibili i numerosi effetti positivi dell’impiego di microorganismi nella filiera agroalimentare. In tal modo è possibile aumentare la resa e ridurre al contempo l’impiego di concimi e di pesticidi, in modo che suolo e ambiente siano salvaguardati e si aumenti la sostenibilità. Per quanto riguarda le derrate alimentari, tramite il controllo del microbioma è possibile influire sui processi di fermentazione o sulla conservazione di derrate alimentari, migliorando la qualità, la sicurezza e la competitività dei prodotti agricoli.
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Projektziele
(Deutsch)
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- Mikrobielle Biodiversität des Bodens: Welchen Einfluss haben unterschiedliche Anbausysteme und Techniken auf die Zusammensetzung der Mikrobiome im Agrarökosystem? Gibt es einzelne Arten oder Artengruppen, die sich als zuverlässige Indikatoren für die Bodenfruchtbarkeit eignen? Kann man die Nachhaltigkeit und Selbstregulation des Bodens mittels gezielter Beeinflussung der Mikrobiome (boden- und pflanzenassoziiert) und einer Verbesserung derer Ökosystemfunktionen fördern?
- Gezielte Förderung nützlicher Eigenschaften der Mikrobiome: Was sind die Voraussetzungen dafür, dass nützliche Mikroorganismen gefördert bzw. eingesetzt werden können, die z.B. Pathogene, Krankheiten und Schädlinge unterdrücken (Conservation biocontrol, gezielte Freilassungen, etc.) oder die Gesundheit von Menschen, Pflanzen und Tieren positiv beeinflussen? Lassen sich Ertragssteigerungen und Reduktion des Pflanzenschutzmitteleinsatzes erreichen?
- Neue Beziehungen und Funktionen: Welche bisher nicht genutzten Organismeninteraktionen in den Ökosystemen der Land- und Ernährungswirtschaft können gezielt zur Steigerung der Nachhaltigkeit, Sicherheit und Wettbewerbsfähigkeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette genutzt werden (Pathogene, Destruenten, Antagonisten, (Schutz)-Kulturen, …)?
- Charakterisierung und Erhalt der Biodiversität der Agroscope-Stammsammlungen: In Liebefeld, Wädenswil und Reckenholz bestehen mikrobielle Stammsammlungen. Die Genome der Stammsammlungen müssen charakterisiert werden (mit NGS), damit ihr immenses Potenzial überhaupt erkennbar wird und sie für die Land- und Ernährungswirtschaft gezielt eingesetzt werden können. Welche Biodiversität weisen sie auf und wie Schweiz-typisch sind diese? Welche Potenziale eröffnen sich aus der Kenntnis ihrer Eigenschaften zur Verbesserung der Produktqualität, der Lebensmittelsicherheit und der Gesundheit?
- Charakterisierung ausgewählter fermentierter Lebensmittel als gesamte Ökosysteme: Welche Arten bzw. Artengruppen können gezielt für die Steigerung der Qualität, Sicherheit und Wettbewerbsfähigkeit der landwirtschaftlichen Erzeugnisse (z.B. Rohmilchkäse) eingesetzt werden? Wie kann die Ernährungsqualität (Bioverfügbarkeit, Stoffwechsel) von Lebensmitteln durch Fermentation erhöht werden?
Detaillierte Beschriebe der Projekte
- Molekulare mikrobielle Ökologie in landwirtschaftlichen Systemen
- Molekulare Diagnostik und Epidemiologie
- Genetische und metabolische Vielfalt von Mikroorganismen
Zugehörige Dokumente
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Projektziele
(Englisch)
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- Soil microbial biodiversity: What influence do different farming systems and techniques have on the composition of microbiomes in the agroecosystem? Are there individual species, or groups of species, that are suitable as reliable indicators of soil fertility? Can soil sustainability and self-regulation be promoted via the targeted influencing of (soil- and plant-associated) microbiomes, and the improvement of their ecosystem functions?
- Targeted promotion of useful characteristics of microbiomes: What are the prerequisites for the promotion or use of beneficial microorganisms that e.g. suppress pathogens, diseases and pests (conservation biocontrol, targeted releases, etc.), or which positively influence the health of humans, plants and animals? Can their use result in yield increases and a reduction in the use of plant-protection products?
- New relationships and functions: Which hitherto-unused interactions between organisms in the ecosystems of the agriculture and food sector can be deliberately utilised to increase sustainability, safety and competitiveness along the entire value chain (pathogens, decomposers, antagonists, (protective) cultures, etc.)?
- Characterisation of the Agroscope strain collections and preservation of their biodiversity: Liebefeld, Wädenswil and Reckenholz all house microbial strain collections. The genomes of the strain collections must be characterised (with NGS), so as to identify their immense potential and enable their targeted use in the agriculture and food sector. How biodiverse are these genomes, and to what extent are they typical of Switzerland? What potentials for improving product quality, food safety and health arise from the knowledge of their properties?
- Characterisation of the ecosystem of selected fermented foods: What species or groups of species can be used in a targeted manner to improve the quality, safety and competitiveness of agricultural products (e.g. raw-milk cheeses)? How can fermentation increase the nutritional quality (bioavailability, metabolism) of foodstuffs?
Detailled description of the projects
- Molecular Microbial Ecology in Agricultural Systems
- Molecular Diagnostics and Epidemiology
- Genetic and Metabolic Diversity of Microorganisms
Zugehörige Dokumente
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Projektziele
(Französisch)
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- Biodiversité microbienne du sol: quelle influence les différents systèmes de cultures et les techniques exercent-ils sur la composition des microbiomes dans l’écosystème agricole? Y a-t-il des espèces ou des groupes d’espèces, susceptibles d’être des indicateurs fiables de la fertilité du sol? Peut-on stimuler la durabilité et l’autorégulation du sol en influençant les microbiomes (associés au sol et aux plantes) de manière ciblée et améliorer ainsi leurs fonctions écosystémiques?
- Stimulation ciblée des propriétés utiles des microbiomes: quelles sont les conditions préalables à la promotion ou à l’utilisation de microorganismes utiles qui empêchent la propagation des agents pathogènes, des maladies et des ravageurs (conservation biocontrol, lâchers ciblés, etc.) ou qui ont un effet positif sur la santé des hommes, des plantes et des animaux? Peut-on ainsi augmenter les rendements et réduire l’emploi des produits phytosanitaires?
- Nouvelles relations et fonctions: quelles interactions d’organismes jusqu’ici inutilisées dans les écosystèmes de l’agriculture et de l’agro-alimentaire peuvent être utilisées spécifiquement pour accroître la durabilité, la sécurité et la compétitivité tout au long de la chaîne de création de valeur (pathogènes, détritivores, antagonistes, cultures (de protection), etc.)?
- Caractérisation et préservation de la biodiversité des collections de souches d’Agroscope: à Liebefeld, Wädenswil et Reckenholz, il existe des collections de souches microbiennes. Les génomes de ces collections doivent être caractérisés (par séquençage NGS), pour que leur immense potentiel puisse être identifié et qu’ils puissent être utilisés de manière ciblée dans l’agriculture et l’agroalimentaire. Quelle est leur biodiversité et dans quelle mesure sont-ils typiques de la Suisse? Quels potentiels la connaissance de leurs propriétés offre-t-elle en vue de l’amélioration de la qualité des produits, de la sécurité alimentaire et de la santé?
- Caractérisation de l’écosystème d’aliments fermentés sélectionnés: quelles espèces ou groupes d’espèces peuvent être utilisés de manière ciblée pour augmenter la qualité, la sécurité et la compétitivité des produits agricoles (p. ex. fromage au lait cru)? Comment la qualité nutritionnelle (biodisponibilité, métabolisme) des denrées alimentaires peut-elle être accrue par fermentation?
Description détaillée des projets
- Ecologie microbienne moléculaire dans les systèmes agricoles
- Diagnostic moléculaire et épidémiologie
- Diversité génétique et métabolique pour les aliments fermentés
Zugehörige Dokumente
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Projektziele
(Italienisch)
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- Biodiversità microbica del suolo - Quali influssi hanno i diversi sistemi di coltivazione e le tecniche sulla composizione dei microbiomi nell’ecosistema agricolo? Esistono singole specie o gruppi di specie adatti come indicatori affidabili per la fertilità del suolo? È possibile promuovere la sostenibilità e l’autoregolazione del suolo tramite interventi mirati sui microbiomi (associati al suolo e ai vegetali) e un miglioramento delle funzioni ecosistemiche?
- Promozione mirata delle proprietà utili dei microbiomi - Quali sono le premesse per potere favorire ed utilizzare i microrganismi utili, che reprimono ad esempio agenti patogeni, malattie e parassiti (conservation biocontrol, liberazioni mirate, ecc.), oppure influenzare positivamente la salute dell’uomo, delle piante e degli animali? È possibile ottenere aumenti delle rese e ridurre l’utilizzo di prodotti fitosanitari?
- Nuovi rapporti e funzioni - Quali interazioni tra organismi finora non sfruttate negli ecosistemi della filiera agroalimentare possono essere utilizzate in modo mirato per accrescere la sostenibilità, la sicurezza e la competitività lungo l’intera catena di creazione di valore (agenti patogeni, decompositori, antagonisti, colture (di protezione), ...)?
- Caratterizzazione e preservazione della biodiversità delle collezioni di ceppi di Agroscope - A Liebefeld, Wädenswil e Reckenholz vi sono collezioni di ceppi di microbi. I genomi delle collezioni di ceppi devono essere caratterizzati (con NGS) affinché il loro immenso potenziale sia riconoscibile e possano essere utilizzati in modo mirato nella filiera agroalimentare. Quale biodiversità presentano e in che misura sono tipici per la Svizzera? Quali opportunità offre la conoscenza delle loro proprietà onde migliorare la qualità dei prodotti, la sicurezza alimentare e la salute?
- Caratterizzazione di determinate derrate alimentari fermentate come ecosistemi globali - Quali specie e gruppi di specie possono essere utilizzati per aumentare la qualità, la sicurezza e la competitività dei prodotti agricoli (p.es. formaggi a base di latte crudo)? Come si può aumentare la qualità nutritiva (disponibilità biologica, metabolismo) delle derrate alimentari tramite la fermentazione?
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