Новая база данных, содержащая более 2500 метагеномов пищевых продуктов, позволяет ученым взглянуть на все микробное разнообразие человеческого рациона.
Простой салат из хрустящего салата и лука, увенчанный сочными помидорами, делит тарелку с армией невидимых человеческому глазу ингредиентов - процветающим миром микроскопической жизни. В то время как исследователи описывали микробы в таких продуктах, как йогурт, сыр и мясо, сообщества микробов в других разнообразных продуктах питания оставались неописанными.
И вот недавно группа исследователей собрала крупнейшую в истории базу данных микроорганизмов из более чем 2 500 различных продуктов питания. Коллекция, опубликованная в журнале Cell, включает более 500 новых видов микроорганизмов и предоставляет исследователям ресурс для изучения того, как микроорганизмы, связанные с пищей, влияют на здоровье человека.
Микробы участвуют в жизненном цикле продуктов питания повсеместно: от улучшения вкуса и продления срока годности до предотвращения порчи. «Пищевые микробиологи изучают микробы в продуктах питания уже сотни лет», - говорит Никола Сегата, микробиолог из Университета Тренто (Италия) и соавтор исследования. «Но с помощью современных методов появилась возможность исследовать не только те микроорганизмы, которые легче выращивать, но и все остальные, а также проверить, какие микробы присутствуют в менее изученных продуктах».
Используя метагеномику - один из современных методов секвенирования всего генетического материала в образце, - группа Сегаты проанализировала микробную ДНК из продуктов питания из 50 стран. Они объединили полученные данные с существующими данными секвенирования, чтобы создать базу данных микробиома продуктов питания. Используя вычислительные методы для сборки метагеномов на основе данных секвенирования, исследователи реконструировали более 10 000 геномов микробов, связанных с пищевыми продуктами, которые они разделили на более чем 1100 видов.
Сегата обнаружил, что около половины этих видов были ранее неизвестны. Хотя большинство новых микробов было обнаружено в экзотических продуктах - алкогольном напитке под названием мексиканский пульке, африканском пальмовом вине и корейской ферментированной рыбе, - в обычных продуктах, таких как овощи и кофе, также были обнаружены новые виды. Когда Сегата и его коллеги сравнили геномы этих новых идентифицированных микробов с геномами других неизвестных видов, обнаруженных в животных, почве, воде и растениях, они убедились, что почти половина неизвестных видов, связанных с пищей, не встречается ни в какой другой среде.
Исследователи также выявили менее полезные виды в некоторых образцах пищи, продемонстрировав, что метагеномные исследования могут помочь в изучении безопасности продуктов питания. В то время как известные микробы, вызывающие заболевания, такие как Listeria monocytogenes и Clostridium perfringens, редко встречались в образцах, другие потенциально патогенные штаммы микробов, такие как Staphylococcus aureus, были более распространены. Кроме того, в некоторых образцах были обнаружены микробы, вызывающие порчу.
«Теперь у нас есть представление о том, какие микроорганизмы следует ожидать найти в той или иной пище», - отметил Сегата, добавив, что это дает основу для проверки продуктов на потенциальную порчу и контроля качества. «Чем больше мы знаем о хороших бактериях, тем больше мы можем контролировать плохие бактерии», - считает Джозефина Уи, пищевой микробиолог из Университета Пенсильвании. По ее словам, эти знания также могут иметь значение для увеличения сроков хранения продуктов, чтобы избежать потерь, благодаря пониманию микробов, ответственных за порчу.
Далее исследователи изучили, встречаются ли эти микробы, связанные с пищей, в микробиоме человека, сравнив новую базу данных с ранее секвенированными метагеномами человека. У взрослых людей они обнаружили совпадение в отношении 3% видов микроорганизмов. Однако Сегата предупреждает, что это не обязательно означает, что микробы в кишечнике человека происходят из пищи. «Возможно, в какой-то момент истории человечества некоторые микробы из пищи колонизировали наш кишечник, а затем адаптировались к нему», - пояснил он. «А затем эти микробы попали к нам в результате прямого контакта между людьми, как патогены, а не непосредственно из пищи». Уи соглашается. «Но потенциальная связь действительно интересна, потому что это означает, что мы можем защитить себя от определенных вещей», - сказала она. «Мы можем [потенциально] формировать микробиом человека только благодаря нашим пищевым привычкам».
«Хотя сильной стороной исследования являются 2500 продуктов питания, я думаю, что большим ограничением является разнообразие [источников пищи], - сказала она и отметила, что большинство исследованных продуктов имеют европейское происхождение. Она предполагает, что ферментированные продукты из более древних цивилизаций, таких как Азия и Ближний Восток, могут иметь более высокое биоразнообразие, чем продукты из Европы и Америки.
«Нам нужно изучить больше разных стран, континентов и местных сообществ», - говорит Сегата. «Они содержат огромное разнообразие пищевых микробов, которые очень важны для исследования».
