Pipeline à haut débit pour l’analyse génomique des bactéries utilisées dans la production alimentaire

A Bacillus subtilis isolée de la bekang alimentaire fermentée indienne traditionnelle est phylogénétiquement distincte des souches japonaises de natto tout en partageant un ensemble étroitement apparenté de gènes accessoires. Cette étude a également présenté un pipeline efficace de génomique comparative pour les bactéries utilisées dans la production alimentaire.

Pour examiner la diversité des Bacillus subtilis utilisés dans la fermentation alimentaire, l’étude a d’abord rassemblé 55 génomes, puis retenu 42 souches soumises à un contrôle qualité et annotées de manière homogène pour ses principales analyses de pangénome et de génomique comparative.

Contexte et principales conclusions

Pour un aperçu général et l’histoire derrière cette découverte, veuillez vous référer aux liens suivants :

• Press Release: Japanese “Natto” and Indian Traditional Food “Bekang” Bacteria: Genetically “Strangers” yet “Identical Twins”!?
• Histoire de recherche : La connexion mondiale « Natto » : Comment un bol de haricots au Myanmar a déclenché une découverte génomique (Springer Nature Research Communities)

L’analyse principale a défini 26 isolats japonais de natto comme le groupe natto au sens strict. Un isolat de l’aliment traditionnel indien bekang (Food_IND_1) se situait hors du clade natto dans la phylogénie du génome central, mais constituait son voisin fonctionnel le plus proche selon la distance de Jaccard fondée sur la présence ou l’absence de gènes accessoires. Les 27 souches ont été comparées ensemble comme groupe natto au sens large. Le transfert horizontal de gènes (HGT) et la rétention sélective sont des explications plausibles, et non des mécanismes directement démontrés ici. Les interprétations fonctionnelles reposaient principalement sur des analyses d’annotation et d’enrichissement, et non sur le phénotypage direct de plusieurs isolats de bekang ; la comparaison du bekang est une étude de cas n=1.

Workflow de la génomique comparative

Le flux de travail en génomique comparative intègre l’acquisition de données publiques, l’assemblage du génome, le contrôle qualité et l’annotation avec l’analyse du pangénome et la comparaison de la phylogénie et du contenu génétique.

• Préparation des données : Les lectures brutes publiques et les enregistrements du génome ont été traités par un assemblage cohérent, un contrôle qualité et une annotation.
• Comparaison de la phylogénie et du contenu génique : La phylogénie du génome central a été combinée avec un regroupement à Jaccard distance basé sur la présence/absence du gène accessoire.
• Analyse des différences candidates : la synténie, les réseaux phylogénétiques et les gènes spécifiques à chaque groupe ont été examinés pour comparer les différences candidates telles que les indels, transposons, duplications et troncatures de gènes.

Portée des preuves et applications potentielles

Les preuves identifient des relations génomiques et des gènes candidats. L’appliquer à la performance de production, à la saveur, à la sécurité ou au contrôle qualité nécessite un phénotypage, des expériences de fermentation, des tests de reproductibilité et une validation dans les environnements de fabrication.

• Utilisation potentielle : Le flux de travail peut permettre des comparaisons de souches et générer des hypothèses sur des gènes ou des ensembles de gènes pouvant être associés à des phénotypes.
• Validation requise : Il ne diagnostique pas directement la performance de la déformation, la qualité du produit ou la contamination uniquement à partir des données de séquence ; une validation expérimentale et de niveau fabrication est requise.

Résumé

En combinant la phylogénie du génome central avec la composition des gènes accessoires, l’étude propose un flux de travail de génomique comparative à haut débit qui détecte des similitudes entre souches de B. subtilis phylogénétiquement distinctes. Le résultat bekang est une étude de cas n=1, et ses hypothèses fonctionnelles nécessitent une validation supplémentaire.