Комплексная характеристика пяти штаммов Lactococcus: от фенотипических свойств к геномным особенностям
- Авторы: Антипенко И.Д.1, Сорокина Н.П.2, Кучеренко И.В.2, Кураева Е.В.2, Масежная Е.С.2, Шкурников М.Ю.1
-
Учреждения:
- Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
- Всероссийский научно-исследовательский институт маслоделия и сыроделия – филиал Федерального научного центра пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН
- Выпуск: Том 17, № 4 (2025)
- Страницы: 83-92
- Раздел: Экспериментальные статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/2075-8251/article/view/365062
- DOI: https://doi.org/10.32607/actanaturae.27747
- ID: 365062
Цитировать
Аннотация
Эффективность ферментации молочных продуктов зависит от характеристик молочнокислых бактерий, прежде всего от их метаболической активности и устойчивости к бактериофагам, поэтому важно понимать связь между генетическими и фенотипическими особенностями штаммов, используемых в промышленности. Нами проведен комплексный анализ пяти широко применяемых в России штаммов Lactococcus с использованием полногеномного секвенирования и оценки фенотипических свойств. Несмотря на генетическое сходство четырех штаммов L. lactis, выявлены значительные различия в их метаболической активности. Сравнение структуры ранее опубликованных геномов 337 штаммов L. lactis и 147 штаммов L. cremoris выявило отсутствие гена lacZ у L. сremoris, что указывает на видоспецифичные особенности метаболизма лактозы. Важно отметить, что у трех из пяти исследованных штаммов было выявлено наличие профагов, что коррелировало с пониженной кислотообразующей активностью. Штаммы L. lactis FNCPS 51n и 73n были устойчивыми ко всем 50 протестированным бактериофагам, что может быть связано с наличием системы абортивной инфекции AbiB. Полученные данные подчеркивают значимость интеграции геномного и фенотипического анализа при отборе эффективных и устойчивых стартовых культур Lactococcus для молочной промышленности.
Ключевые слова
Об авторах
Иван Денисович Антипенко
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Автор, ответственный за переписку.
Email: iantipenko@hse.ru
ORCID iD: 0009-0002-1139-6162
факультет биологии и биотехнологии, лаборатория исследований молекулярных механизмов долголетия
Россия, Москва, 101000Нинель Петровна Сорокина
Всероссийский научно-исследовательский институт маслоделия и сыроделия – филиал Федерального научного центра пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН
Email: n.sorokina@fncps.ru
ORCID iD: 0000-0002-1108-3695
Россия, Углич, 109316
Ирина Валентиновна Кучеренко
Всероссийский научно-исследовательский институт маслоделия и сыроделия – филиал Федерального научного центра пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН
Email: i.kucherenko@fncps.ru
ORCID iD: 0000-0001-8251-992X
Россия, Углич, 109316
Елена Вячеславовна Кураева
Всероссийский научно-исследовательский институт маслоделия и сыроделия – филиал Федерального научного центра пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН
Email: e.kuraeva@fncps.ru
ORCID iD: 0000-0002-0710-3083
Россия, Углич, 109316
Елена Сергеевна Масежная
Всероссийский научно-исследовательский институт маслоделия и сыроделия – филиал Федерального научного центра пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН
Email: e.masezhnaya@fncps.ru
ORCID iD: 0000-0002-1381-9344
Россия, Углич, 109316
Максим Юрьевич Шкурников
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Email: mshkurnikov@hse.ru
ORCID iD: 0000-0002-6668-5028
факультет биологии и биотехнологии, лаборатория исследований молекулярных механизмов долголетия
Россия, Москва, 101000Список литературы
- Kondrotiene K, Zavistanaviciute P, Aksomaitiene J, Novoslavskij A, Malakauskas M. Lactococcus lactis in dairy fermentation—Health-promoting and probiotic properties. Fermentation. 2023;10(1):16.
- Li TT, Tian WL, Gu CT. Elevation of Lactococcus lactis subsp. cremoris to the species level as Lactococcus cremoris sp. nov. and transfer of Lactococcus lactis subsp. tructae to Lactococcus cremoris as Lactococcus cremoris subsp. tructae comb. nov. Int J Syst Evol Microbiol. 2021;71(3):004727.
- Torres Manno M, Zuljan F, Alarcón S, et al. Genetic and phenotypic features defining industrial relevant Lactococcus lactis, L. cremoris and L. lactis biovar. diacetylactis strains. J Biotechnol. 2018;282:25-31. doi: https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2018.06.345
- Kim WS, Ren J, Dunn NW. Differentiation of Lactococcus lactis subspecies lactis and subspecies cremoris strains by their adaptive response to stresses. FEMS Microbiol Lett. 1999;171(1):57-65.
- van Mastrigt O, Mager EE, Jamin C, Abee T, Smid EJ. Citrate, low pH and amino acid limitation induce citrate utilization in Lactococcus lactis biovar diacetylactis. Microb Biotechnol. 2018;11(2):369-380.
- Curioni PMG, Bosset JO. Key odorants in various cheese types as determined by gas chromatography-olfactometry. Int Dairy J. 2002;12(12):959-984.
- Castellone V, Bancalari E, Rubert J, Gatti M, Neviani E, Bottari B. Eating fermented: Health benefits of LAB-fermented foods. Foods. 2021;10(11):2639.
- Poudel R, Thunell RK, Oberg CJ, et al. Comparison of growth and survival of single strains of Lactococcus lactis and Lactococcus cremoris during Cheddar cheese manufacture. J Dairy Sci. 2022;105(3):2069-2081. doi: https://doi.org/10.3168/jds.2021-20958
- Kelleher P, Mahony J, Bottacini F, Lugli GA, Ventura M, van Sinderen D. The Lactococcus lactis Pan-Plasmidome. Front Microbiol. 2019;Volume 10-2019. https://www.frontiersin.org/journals/microbiology/articles/10.3389/fmicb.2019.00707
- Panebianco F, Giarratana F, Caridi A, Sidari R, De Bruno A, Giuffrida A. Lactic acid bacteria isolated from traditional Italian dairy products: Activity against Listeria monocytogenes and modelling of microbial competition in soft cheese. Lwt. 2021;137:110446.
- Tomovska J, Gjorgievski N, Makarijoski B. Examination of pH, titratable acidity and antioxidant activity in fermented Milk. J Mater Sci Eng A. 2016;6(11):326-333.
- Gutierrez-Mendez N, Rodríguez-Figueroa JC, Gonzalez-Cordova AF, Nevarez-Moorillon G V, Rivera-Chavira B, Vallejo-Cordoba B. Phenotypic and genotypic characteristics of Lactococcus lactis strains isolated from different ecosystems. Can J Microbiol. 2010;56(5):432-439.
- Kutter E. Phage host range and efficiency of plating. Bacteriophages: Methods and protocols, Volume 1: Isolation, characterization, and interactions. Published online 2009:141-149.
- Prjibelski A, Antipov D, Meleshko D, Lapidus A, Korobeynikov A. Using SPAdes de novo assembler. Curr Protoc Bioinformatics. 2020;70(1):e102.
- Langdon WB. Performance of genetic programming optimised Bowtie2 on genome comparison and analytic testing (GCAT) benchmarks. BioData Min. 2015;8:1-7.
- Li H, Handsaker B, Wysoker A, et al. The sequence alignment/map format and SAMtools. Bioinformatics. 2009;25(16):2078-2079.
- Walker BJ, Abeel T, Shea T, et al. Pilon: an integrated tool for comprehensive microbial variant detection and genome assembly improvement. PLoS One. 2014;9(11):e112963.
- Gurevich A, Saveliev V, Vyahhi N, Tesler G. QUAST: quality assessment tool for genome assemblies. Bioinformatics. 2013;29(8):1072-1075.
- Seppey M, Manni M, Zdobnov EM. BUSCO: assessing genome assembly and annotation completeness. Gene prediction: methods and protocols. Published online 2019:227-245.
- Tatusova T, DiCuccio M, Badretdin A, et al. NCBI prokaryotic genome annotation pipeline. Nucleic Acids Res. 2016;44(14):6614-6624. doi: 10.1093/nar/gkw569
- Kanehisa M, Sato Y, Morishima K. BlastKOALA and GhostKOALA: KEGG Tools for Functional Characterization of Genome and Metagenome Sequences. J Mol Biol. 2016;428(4):726-731. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmb.2015.11.006
- Olson RD, Assaf R, Brettin T, et al. Introducing the Bacterial and Viral Bioinformatics Resource Center (BV-BRC): a resource combining PATRIC, IRD and ViPR. Nucleic Acids Res. 2023;51(D1):D678-D689. doi: 10.1093/nar/gkac1003
- Wishart DS, Han S, Saha S, et al. PHASTEST: faster than PHASTER, better than PHAST. Nucleic Acids Res. 2023;51(W1):W443-W450. doi: 10.1093/nar/gkad382
- Tesson F, Planel R, Egorov AA, et al. A Comprehensive Resource for Exploring Antiphage Defense: DefenseFinder Webservice,Wiki and Databases. Peer Community Journal. 2024;4:e91. doi: 10.24072/pcjournal.470
- Couvin D, Bernheim A, Toffano-Nioche C, et al. CRISPRCasFinder, an update of CRISRFinder, includes a portable version, enhanced performance and integrates search for Cas proteins. Nucleic Acids Res. 2018;46(W1):W246-W251. doi: 10.1093/nar/gky425
- Alessandra C, Ea Z, Aurora GF, et al. In Silico Detection and Typing of Plasmids using PlasmidFinder and Plasmid Multilocus Sequence Typing. Antimicrob Agents Chemother. 2014;58(7):3895-3903. doi: 10.1128/aac.02412-14
- Richter M, Rosselló-Móra R, Oliver Glöckner F, Peplies J. JSpeciesWS: a web server for prokaryotic species circumscription based on pairwise genome comparison. Bioinformatics. 2016;32(6):929-931. doi: 10.1093/bioinformatics/btv681
- Lee I, Ouk Kim Y, Park SC, Chun J. OrthoANI: An improved algorithm and software for calculating average nucleotide identity. Int J Syst Evol Microbiol. 2016;66(2):1100-1103. doi: 10.1099/ijsem.0.000760
- Kieliszek M, Pobiega K, Piwowarek K, Kot AM. Characteristics of the proteolytic enzymes produced by lactic acid bacteria. Molecules. 2021;26(7):1858.
- Passerini D, Beltramo C, Coddeville M, et al. Genes but Not Genomes Reveal Bacterial Domestication of Lactococcus Lactis. PLoS One. 2010;5(12):e15306. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0015306
- Venegas-Ortega MG, Flores-Gallegos AC, Martínez-Hernández JL, Aguilar CN, Nevárez-Moorillón G V. Production of Bioactive Peptides from Lactic Acid Bacteria: A Sustainable Approach for Healthier Foods. Compr Rev Food Sci Food Saf. 2019;18(4):1039-1051. doi: https://doi.org/10.1111/1541-4337.12455
- Iskandar CF, Cailliez-Grimal C, Borges F, Revol-Junelles AM. Review of lactose and galactose metabolism in Lactic Acid Bacteria dedicated to expert genomic annotation. Trends Food Sci Technol. 2019;88:121-132. doi: https://doi.org/10.1016/j.tifs.2019.03.020
- Garneau JE, Moineau S. Bacteriophages of lactic acid bacteria and their impact on milk fermentations. Microb Cell Fact. 2011;10(1):S20. doi: 10.1186/1475-2859-10-S1-S20
- del Rio B, Binetti AG, Martín MC, Fernández M, Magadán AH, Alvarez MA. Multiplex PCR for the detection and identification of dairy bacteriophages in milk. Food Microbiol. 2007;24(1):75-81. doi: https://doi.org/10.1016/j.fm.2006.03.001
- Gan R, Wu X, He W, et al. DNA phosphorothioate modifications influence the global transcriptional response and protect DNA from double-stranded breaks. Sci Rep. 2014;4(1):6642. doi: 10.1038/srep06642
- Stuart A, Irina S, Evguenii V, et al. Differences in Lactococcal Cell Wall Polysaccharide Structure Are Major Determining Factors in Bacteriophage Sensitivity. mBio. 2014;5(3):10.1128/mbio.00880-14. doi: 10.1128/mbio.00880-14
- Chen J, Shen J, Ingvar Hellgren L, Ruhdal Jensen P, Solem C. Adaptation of Lactococcus lactis to high growth temperature leads to a dramatic increase in acidification rate. Sci Rep. 2015;5(1):14199. doi: 10.1038/srep14199
- G MM, Christian M, Diego de M, Paloma L. CitI, a Transcription Factor Involved in Regulation of Citrate Metabolism in Lactic Acid Bacteria. J Bacteriol. 2005;187(15):5146-5155. doi: 10.1128/jb.187.15.5146-5155.2005
- Shi Z, Fan X, Tu M, Wu Z, Pan D. Comparison of changes in fermented milk quality due to differences in the proteolytic system between Lactobacillus helveticus R0052 and Lactococcus lactis subsp. lactis JCM5805. Food Biosci. 2023;51:102271.
- Rodríguez J, Vázquez L, Flórez AB, Mayo B. Phenotype testing, genome analysis, and metabolic interactions of three lactic acid bacteria strains existing as a consortium in a naturally fermented milk. Front Microbiol. 2022;Volume 13-2022. https://www.frontiersin.org/journals/microbiology/articles/10.3389/fmicb.2022.1000683
- Chopin MC, Chopin A, Bidnenko E. Phage abortive infection in lactococci: variations on a theme. Curr Opin Microbiol. 2005;8(4):473-479. doi: https://doi.org/10.1016/j.mib.2005.06.006
- P JA, Marie-Laurence L, Elyse B, et al. Longitudinal Study of Lactococcus Phages in a Canadian Cheese Factory. Appl Environ Microbiol. 2023;89(5):e00421-23. doi: 10.1128/aem.00421-23
- Mileriene J, Aksomaitiene J, Kondrotiene K, et al. Whole-Genome Sequence of Lactococcus lactis Subsp. lactis LL16 Confirms Safety, Probiotic Potential, and Reveals Functional Traits. Microorganisms. 2023;11(4):1034. doi: 10.3390/microorganisms11041034
- Garvie EI, Farrow JAE. NOTES: Streptococcus lactis subsp. cremoris (Orla-Jensen) comb. nov. and Streptococcus lactis subsp. diacetilactis (Matuszewski et al.) nom. rev., comb. nov. Int J Syst Bacteriol. 1982;32(4):453-455. doi: 10.1099/00207713-32-4-453
Дополнительные файлы

