Revolutionäre Pan-Genomanalyse von Milchsäurebakterien enthüllt vielversprechende Möglichkeiten für die Lebensmittelindustrie und das Gesundheitswesen

"Mit der Kartierung der genetischen Landschaft von LAB haben wir die Tür zu einer Schatztruhe neuer Möglichkeiten geöffnet..."

12.10.2023

Ein internationales Forscherteam hat die erste umfassende vergleichende Pan-Genomanalyse von Milchsäurebakterien (LAB) veröffentlicht, einer Familie von Mikroorganismen, die für natürliche Ökosysteme und die Lebensmittelindustrie von wesentlicher Bedeutung sind. Die Studie wurde von Wissenschaftlern des Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability (DTU Biosustain) und der University of California, San Diego, durchgeführt.

Kartierung der genetischen Landschaft von Milchsäurebakterien

Die neue Studie stellt einen entscheidenden Schritt zum Verständnis der genetischen Fähigkeiten von 26 LAB-Arten dar, und zwar in der ersten familienweiten Pangenomanalyse ihrer Art. Durch die Analyse von über 2400 öffentlich zugänglichen Genomen von hoher Qualität gelang es den Forschern, die funktionellen genetischen Fähigkeiten, Stoffwechselwege und biosynthetischen Gencluster einzelner Stämme von 26 Arten der Familie der Lactobacillaceae zu kartieren. Die Forscher entwickelten einen neuartigen integrierten Arbeitsablauf für die groß angelegte Pangenomanalyse, der wichtige Schritte der Datenpflege, taxonomische Definitionen, die Identifizierung von Phylogruppen, die Pangenom-Rekonstruktion, funktionelle Annotationen und Genom-Mining umfasst. Diese fortschrittliche computergestützte Analyse führte zu einem besseren Verständnis der funktionellen Unterschiede zwischen den verschiedenen LAB-Arten im Vergleich zu früheren Bemühungen, die sich auf einzelne Arten oder Metagenom-Studien konzentrierten.

"Mit der Kartierung der genetischen Landschaft von LAB haben wir die Tür zu einer Schatztruhe neuer Möglichkeiten geöffnet, die durch phylogenetische Gruppen und einzelne Stämme für zukünftige biotechnologische Anwendungen repräsentiert werden", sagt Postdoc Omkar Satyavan Mohite von DTU Biosustain, einer der Hauptautoren der Studie.

Kann den Fortschritt in der Lebensmittelindustrie und im Gesundheitswesen vorantreiben

Die Ergebnisse dieser bahnbrechenden Forschung beschränken sich nicht auf die datenwissenschaftliche Untersuchung von Mikroben, sondern können auch in der realen Welt Anwendung finden. "Wir haben die Grundlage für alles gelegt, von der Identifizierung von Arten und Funktionsstudien bis hin zur phylogenetischen Forschung und biotechnologischen Innovationen. Diese Arbeit kann zu Fortschritten in verschiedenen Bereichen führen, darunter die Lebensmittelindustrie, das Gesundheitswesen und die Umweltwissenschaften", sagt Akanksha Rajput, Postdoktorandin an der UCSD und ebenfalls eine der Hauptautorinnen der Studie.

Diese Forschung ist vor allem für Experten und Forscher in akademischen, industriellen, medizinischen und umweltbezogenen Bereichen relevant, die diese datengestützten Erkenntnisse nutzen können, um Stämme mit dem erforderlichen genetischen Hintergrund zu priorisieren.

Den Forschern zufolge werden künftige Arbeiten pan-genomische Merkmale als Schlüsselwerkzeug für eine tiefere Erforschung der bakteriellen Evolution, der Stoffwechselwege oder der Variation auf Sequenzebene nutzen. Der hier entwickelte integrierte Pangenom-Analyse-Workflow könnte eine entscheidende Plattform für die weitere Untersuchung anderer mikrobieller Gruppen von industrieller Bedeutung sein.

Der korrespondierende Autor der Studie ist Professor Bernhard O. Palsson. Die Studie wurde von Akanksha Rajput (Postdoktorandin an der UCSD), Siddarth Chauhan (Doktorand an der UCSD) und Omkar S. Mohite (Postdoktorand an der DTU Biosustain) geleitet. An der Zusammenarbeit waren Teams von DTU Biosustain's Microbial Foods, dem Reconstruction Team und Genome Analytics beteiligt.

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