Недавно подход, названный пробиогеномикой, основанный на новых мощных технологиях секвенирования и компьютерных методах, значительно улучшил идентификацию и характеристику свойств пробиотиков, позволив анализировать огромное количество биологических данных за короткий промежуток времени.
Большинство пробиотических штаммов, идентифицированных на сегодняшний день, принадлежат к группе молочнокислых бактерий. Одним из известных примеров этой группы являются лактобактерии, используемые в ферментированных молочных продуктах. Однако в последнее время на сцену выходят недавно идентифицированные таксоны, имеющие строгую экологическую связь с хозяином, известные как "пробиотики нового поколения". В этом контексте существует множество неизвестных вопросов, связанных с разнообразием бактериальных штаммов, обладающих новыми специфическими признаками.
Данный обзор включает пять оригинальных статей, направленных на выявление новых штаммов или характеристику уже известных пробиотических составов, доступных на рынке, с помощью пробиогеномики. Некоторые из этих исследований также включали анализ in silico и в совокупности эти исследования характеризуют геном 58 штаммов, принадлежащих к 14 видам бактерий, а также одних дрожжей, обладающих потенциальными пробиотическими свойствами. В целом полногеномный анализ применялся для обеспечения более четкого определения таксономической классификации путем применения надежных методов мультилокусной филогении. Аналогичным образом, в большинстве исследований использовалось прогнозирование in silico для скрининга генетических особенностей, связанных с безопасностью, таких как факторы вирулентности, включая гены гемолизина, гены резистентности к противомикробным препаратам и мобильные элементы.
В связи с этим Lugli et al. предлагают новый метод скрининга с использованием метагеномики и проточной цитометрии для точного определения видов микроорганизмов или контаминантов в пробиотических препаратах. Их исследование выявило значительные несоответствия в отношении таксономии и композиции в нескольких пробиотических препаратах. Поэтому их результаты могут предложить альтернативное решение для лучшего контроля качества и могут быть полезны для дальнейших исследований по разработке новых препаратов.
Еще одним преимуществом комплексной геномики в исследовании пробиотических штаммов является возможность поиска новых уникальных признаков, связанных либо с укреплением здоровья, либо с биотехнологическим применением. Stergiou et al. идентифицировали новые адгезины и гены экзополисахаридов в Lactiplantibacillus pentosus L33, которые участвуют во взаимодействии хозяин-микроб и микроб-микроб, включая адгезию к клеткам кишечника и формирование микробных биопленок. Аналогично, в работе Garcia-Gonzalez et al. использовалась пробиогеномика для изучения трех штаммов Lactiplantibacillus plantarum, IMC513, C9O4 и LT52, выделенных из кишечника человека, столовых оливок и сырого молочного сыра, соответственно. В геноме этих трех штаммов было спрогнозировано существование нескольких генов бактериоцинов, что указывает на их антимикробные свойства.
Поскольку пробиотики являются живыми клетками, они могут реагировать на специфическую стимуляцию. Иногда их полезное действие может быть достигнуто только тогда, когда они растут в определенных условиях, производя альтернативные метаболические соединения. Chamberlain et al. провели анализ метаболома, чтобы оценить влияние экстракта граната, содержащего полифенольные соединения, на метаболические профили трех штаммов лактобактерий. Результаты показали наличие нескольких метаболитов, уникальных для каждого штамма, с соответствующими свойствами, которые могут вносить вклад в функции хозяина.
Пробиогеномика в сочетании с анализами in vitro и in vivo считается более надежным подходом для обнаружения и характеристики пробиотических штаммов. Например, Suphoronski et al. выявили необычный полезный штамм Enterococcus faecium, LAC7.2, в микробиоте кишечника рыб нильской тилапии. Этот штамм продемонстрировал антимикробные свойства против возбудителей болезней рыб, включая Francisella sp. и Streptococcus sp., возможно, благодаря секреции энтероцина, бактериоцина, который был спрогнозирован в его геноме. Более того, метагеномный анализ 16S рРНК показал способность LAC7.2 поддерживать сбалансированный состав микробиома кишечника в модели инфекции у рыб.
Эти результаты, безусловно, окажут влияние на процедуры контроля качества и перспективны для применения в текущей или будущей коммерциализации этих пробиотических штаммов.
