Высокопроизводительный конвейер для анализа геномов бактерий, используемых в производстве пищевых продуктов

Штамм Bacillus subtilis, выделенный из традиционного индийского ферментированного продукта bekang, филогенетически отличается от японских штаммов natto, но имеет схожий набор дополнительных генов. В этом исследовании также представлен эффективный конвейер сравнительной геномики для бактерий, используемых в пищевой промышленности.

Для изучения разнообразия штамма Bacillus subtilis, используемого в пищевой ферментации, в исследовании первоначально было собрано 55 геномов, а для основного пангеномного и сравнительно-геномного анализа использовались 42 штамма с контролируемым качеством и последовательной аннотацией.

Предпосылки и основные результаты

Для общего обзора и истории этого открытия, пожалуйста, обратитесь к следующим ссылкам:

• Press Release: Japanese “Natto” and Indian Traditional Food “Bekang” Bacteria: Genetically “Strangers” yet “Identical Twins”!?
• История исследования: Глобальная связь с «натто»: как тарелка бобов в Мьянме послужила толчком к геномному открытию (Исследовательские сообщества Springer Nature)

Основной анализ определил 26 японских изолятов natto как группу узкого смысла natto. Один изолят из традиционного индийского блюда bekang (Food_IND_1) находился за пределами клады natto в филогении основного генома, но являлся его ближайшим функциональным соседом на расстоянии Jaccard, исходя из наличия/отсутствия дополнительных генов. Все 27 штаммов были сравнены как группа natto в широком смысле. Горизонтальный перенос генов (HGT) и селективное сохранение являются правдоподобными объяснениями, а не механизмами, непосредственно продемонстрированными здесь. Функциональные интерпретации основывались главным образом на аннотации и анализе обогащения, а не на прямом фенотипировании множества изолятов bekang; Сравнение bekang представляет собой исследование n=1.

Рабочий процесс сравнительной геномики

Рабочий процесс сравнительной геномики объединяет сбор общедоступных данных, сборку генома, контроль качества и аннотацию с анализом пангенома и сравнением филогении и содержания генов.

• Подготовка данных: Общедоступные необработанные риды и записи генома были обработаны посредством согласованной сборки, контроля качества и аннотации.
• Сравнение филогении и содержания генов: Филогения основного генома была объединена с кластеризацией по расстоянию Jaccard на основе наличия/отсутствия дополнительных генов.
• Анализ различий между кандидатами: для сравнения различий между кандидатами, таких как инсерции/делеции, транспозоны, дупликации генов и усечения, были изучены синтеня, филогенетические сети и гены, специфичные для групп.

Область доказательств и потенциальные области применения

Доказательства позволяют идентифицировать геномные взаимосвязи и гены-кандидаты. Применение их для оценки производственных показателей, вкуса, безопасности или контроля качества требует фенотипирования, экспериментов по ферментации, тестирования воспроизводимости и валидации в производственных условиях.

• Возможное применение: Данный рабочий процесс может поддерживать сравнение штаммов и генерировать гипотезы о генах или наборах генов, которые могут быть связаны с фенотипами.
• Требуется валидация: Он не позволяет напрямую диагностировать эффективность штаммов, качество продукции или загрязнение только на основе данных секвенирования; требуется экспериментальная и производственная валидация.

Краткое содержание

В данном исследовании, сочетающем филогению основного генома с анализом состава дополнительных генов, представлен высокопроизводительный метод сравнительной геномики, позволяющий выявлять сходства между филогенетически различными штаммами B. subtilis. Результат bekang представляет собой исследование n=1, и его функциональные гипотезы требуют дальнейшей проверки.