Pipeline de alto rendimiento para el análisis genómico de bacterias utilizadas en la producción alimentaria

A Bacillus subtilis la cepa aislada de la bekang tradicional india fermentada es filogenéticamente distinta de las cepas japonesas natto, pero comparte un conjunto estrechamente relacionado de genes accesorios. Este estudio también presentó una eficiente cadena de genómica comparativa para bacterias utilizadas en la producción alimentaria.

Para examinar la diversidad de Bacillus subtilis utilizados en la fermentación de alimentos, el estudio reunió inicialmente 55 genomas y empleó 42 cepas sometidas a control de calidad y anotadas de forma homogénea en sus principales análisis de pangenoma y genómica comparativa.

Antecedentes y principales hallazgos

Para una visión general y la historia detrás de este descubrimiento, por favor consulte los siguientes enlaces:

• Press Release: Japanese “Natto” and Indian Traditional Food “Bekang” Bacteria: Genetically “Strangers” yet “Identical Twins”!?
• Historia de investigación: La conexión global con el "Natto": Cómo un cuenco de judías en Myanmar provocó un descubrimiento genómico (Springer Nature Research Communities)

El análisis principal definió 26 aislados japoneses de natto como el grupo natto en sentido estricto. Un aislado del alimento tradicional indio bekang (Food_IND_1) quedó fuera del clado natto en la filogenia del genoma central, pero fue su vecino funcional más cercano según la distancia de Jaccard basada en la presencia o ausencia de genes accesorios. Las 27 cepas se compararon conjuntamente como grupo natto en sentido amplio. La transferencia horizontal de genes (HGT) y la retención selectiva son explicaciones plausibles, no mecanismos demostrados directamente. Las interpretaciones funcionales se basaron principalmente en análisis de anotación y enriquecimiento, no en el fenotipado directo de varios aislados de bekang; la comparación de bekang es un estudio de caso n=1.

Flujo de trabajo de genómica comparativa

El flujo de trabajo de genómica comparativa integra la adquisición de datos públicos, el ensamblaje del genoma, el control de calidad y la anotación con el análisis pangenomico y la comparación de filogenia y contenido génico.

• Preparación de datos: Las lecturas públicas en bruto y los registros genómicos se procesaron mediante ensamblaje consistente, control de calidad y anotación.
• Comparación de la filogenia y el contenido génico: La filogenia del genoma central se combinó con agrupamiento a Jaccard distancia basado en la presencia/ausencia del gen accesorio.
• Análisis de diferencias candidatas: Se examinaron la sintenia, las redes filogenéticas y genes específicos de grupo para comparar diferencias candidatas como indels, transposones, duplicaciones génicas y truncamientos.

Alcance de la evidencia y posibles aplicaciones

La evidencia identifica relaciones genómicas y genes candidatos. Aplicarlo al rendimiento de producción, sabor, seguridad o control de calidad requiere fenotipado, experimentos de fermentación, pruebas de reproducibilidad y validación en entornos de fabricación.

• Uso potencial: El flujo de trabajo puede apoyar comparaciones de cepas y generar hipótesis sobre genes o conjuntos génicos que puedan estar asociados con fenotipos.
• Validación requerida: No diagnostica directamente el rendimiento de la deformación, la calidad del producto o la contaminación solo con datos de secuencia; Se requiere validación experimental y a nivel de fabricación.

Resumen

Al combinar la filogenia del genoma central con la composición de genes accesorios, el estudio presenta un flujo de trabajo de genómica comparativa de alto rendimiento que detecta similitudes entre cepas filogenéticamente distintas de B. subtilis. El bekang resultado es un estudio de caso n=1, y sus hipótesis funcionales requieren una validación adicional.