{"id":147336,"date":"2023-08-18T09:01:53","date_gmt":"2023-08-18T07:01:53","guid":{"rendered":"https:\/\/up.lublin.pl\/foodscience\/?p=147336"},"modified":"2023-08-18T09:02:25","modified_gmt":"2023-08-18T07:02:25","slug":"jakie-sa-molekularne-adaptacje-bakterii-do-srodowiska-fermentacji-roslinnej","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/up.lublin.pl\/foodscience\/jakie-sa-molekularne-adaptacje-bakterii-do-srodowiska-fermentacji-roslinnej\/","title":{"rendered":"Jakie s\u0105 molekularne adaptacje bakterii do \u015brodowiska fermentacji ro\u015blinnej?"},"content":{"rendered":"\t\t
\n\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t
\n\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t
\n\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t
\n\t
\n\t

Jakie s\u0105 molekularne adaptacje bakterii do \u015brodowiska fermentacji ro\u015blinnej? <\/strong>Zagadnienie przybli\u017caj\u0105 nam naukowcy z Wydzia\u0142u Nauk o \u017bywno\u015bci i Biotechnologii Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie w kolejnym artykule z cyklu \u201ePoznaj \u015bwiat nauk o \u017cywno\u015bci\u201d.<\/strong><\/p>\n

\"s\u0142oikJednym z fascynuj\u0105cych obszar\u00f3w, na kt\u00f3rym bakterie odgrywaj\u0105 kluczow\u0105 rol\u0119, jest proces fermentacji ro\u015blinnych produkt\u00f3w spo\u017cywczych. Proces fermentacji oraz korzy\u015bci, kt\u00f3re z niego wynikaj\u0105, s\u0105 powszechnie znane. Jednak to, co rzadko dostaje nale\u017cn\u0105 uwag\u0119, to spos\u00f3b, w jaki \u015brodowisko fermentacji wp\u0142ywa na sam\u0105 struktur\u0119 genetyczn\u0105 bakterii. W niniejszym artykule opiszemy przyk\u0142ady molekularnych adaptacji bakterii do \u015brodowiska fermentacji ro\u015blinnej.\u00a0<\/span><\/p>\n

Pocz\u0105tkowym wyzwaniem w procesie fermentacji produkt\u00f3w pochodzenia ro\u015blinnego jest niewielka ilo\u015b\u0107 bakterii kwasu mlekowego kt\u00f3re wyst\u0119puj\u0105 naturalnie na powierzchni owoc\u00f3w i warzyw. Dominuj\u0105cymi mikroorganizmami wyst\u0119puj\u0105cymi na powierzchni owoc\u00f3w, warzyw i zb\u00f3\u017c s\u0105 bakterie Gram-ujemne, dro\u017cd\u017ce i ple\u015bnie. Kluczowe jest stworzenie odpowiednich warunk\u00f3w wspieraj\u0105cych rozw\u00f3j bakterii kwasu mlekowego, takich jak odsuni\u0119cie od dost\u0119pu tlenu, dostosowana wilgotno\u015b\u0107, w\u0142a\u015bciwe st\u0119\u017cenie soli oraz umiarkowana temperatura. W tym samym czasie, pozosta\u0142e mikroorganizmy s\u0105 kontrolowane poprzez dodatek soli na pocz\u0105tku procesu fermentacji oraz poprzez wydzielanie kwas\u00f3w organicznych przez bakterie kwasu mlekowego. Wsp\u00f3\u0142zawodnictwo i wsp\u00f3\u0142dzia\u0142anie tych mikroorganizm\u00f3w decyduj\u0105 o finalnym profilu smakowym i jako\u015bci produktu, ukazuj\u0105c fascynuj\u0105ce zmiany w dynamice populacji mikroorganizm\u00f3w, kt\u00f3re przekszta\u0142caj\u0105 surowe owoce i warzywa w wyj\u0105tkow\u0105 \u017cywno\u015b\u0107 fermentowan\u0105.<\/span><\/p>\n

Wszystkie te cechy oraz wiele innych s\u0105 zapisywane w genomach bakterii kwasu mlekowego, gdzie jeste\u015bmy w stanie wyr\u00f3\u017cni\u0107 specyficzne zmiany. LAB zmieniaj\u0105 swoje genomy, aby dostosowa\u0107 si\u0119 do \u015brodowisk bogatych w sk\u0142adniki od\u017cywcze, zw\u0142aszcza w przypadku fermentowanych produkt\u00f3w spo\u017cywczych. W odpowiedzi na sygna\u0142y zewn\u0119trzne, bakterie kwasu mlekowego obni\u017caj\u0105 ekspresj\u0119 gen\u00f3w zwi\u0105zanych z centralnym metabolizmem, jednocze\u015bnie aktywuj\u0105c alternatywne szlaki i transport metabolit\u00f3w. W mniejszym stopniu bakterie kwasu mlekowego wykorzystuj\u0105 geny, kt\u00f3re s\u0105 generalnie przypisane do reakcji na stres. LAB znane s\u0105 z plastyczno\u015bci swoich genom\u00f3w, trac\u0105 i\/lub nabywaj\u0105 nowe geny, aby dostosowa\u0107 si\u0119 do konkretnych nisz. Analiza dost\u0119pnych genom\u00f3w LAB sugeruje, \u017ce wi\u0119kszo\u015b\u0107 utraconych gen\u00f3w jest wynikiem przystosowania si\u0119 bakterii do \u015brodowisk bogatych w sk\u0142adniki od\u017cywcze. Reakcja ewolucyjna na specyficzne warunki \u015brodowiska, poskutkowa\u0142a znaczn\u0105 redukcj\u0105 ich genom\u00f3w. Podczas gdy referencyjny szczep <\/span>Escherichia coli<\/span><\/i> K-12 ma rozmiar genomu wynosz\u0105cy 4,6 milion\u00f3w par zasad, to statystyczna bakteria kwasu mlekowego posiada znacznie mniej informacji genetycznej w zasobie 2,5 miliona par zasad.\u00a0<\/span><\/p>\n

Wydaje si\u0119, \u017ce po\u017c\u0105dany efekt ko\u0144cowy, czyli zachowany produkt ro\u015blinny, jest wynikiem serii adaptacji mikroorganizm\u00f3w, by zdoby\u0107 konkretn\u0105 nisz\u0119 surowego materia\u0142u ro\u015blinnego. Podstaw\u0105 metabolizmu LAB jest ich zdolno\u015b\u0107 do szybkiego wykorzystywania dost\u0119pnych sk\u0142adnik\u00f3w od\u017cywczych ro\u015blinnych. R\u00f3\u017cnorodno\u015b\u0107 ekosystem\u00f3w warzywnych i owocowych spowodowa\u0142a ewolucyjne zwi\u0105zanie mikroorganizmu ze \u015brodowiskiem \u017cycia. Poprzez utrat\u0119 i\/lub nabycie nowych gen\u00f3w, bakterie kwasu mlekowego przystosowa\u0142y si\u0119 do wielu zwi\u0105zk\u00f3w obecnych w ich niszach. \u015arodowiska te dostarczaj\u0105 czynnik\u00f3w stymuluj\u0105cych wzrost i niezb\u0119dnych w\u0119glowodan\u00f3w, ale tworz\u0105 te\u017c warunki hamuj\u0105ce wzrost bakterii, np. obecno\u015b\u0107 zwi\u0105zk\u00f3w fenolowych, niekorzystne ci\u015bnienie osmotyczne, nietypowe \u017ar\u00f3d\u0142a energii, w\u0119glowodany nieulegaj\u0105ce fermentacji i czynniki fizyczne.<\/span><\/p>\n

Trzy gatunki z rodzaju <\/span>Lactococcus: Lc. lactis<\/span><\/i> subsp. <\/span>lactis<\/span><\/i>, <\/span>Lc. cremoris<\/span><\/i> i <\/span>Lc. raffinolactis<\/span><\/i>,\u00a0 s\u0105 powszechnie stosowane jako kultury starterowe do produkcji \u017cywno\u015bci. Wykazano, \u017ce cz\u0119ste wykorzystanie tych szczep\u00f3w jako kultur starterowych spowodowa\u0142o zmiany w ich genomach, dziel\u0105c je na szczepy “udomowione” i “\u015brodowiskowe”. Podczas gdy szczepy \u201c\u015brodowiskowe\u201d wykazuj\u0105 ogromn\u0105 r\u00f3\u017cnorodno\u015b\u0107 mechanizm\u00f3w adaptacyjnych, co jest konieczne aby kolonizowa\u0107 produkty \u017cywno\u015bciowe pochodzenia ro\u015blinnego, ale tak\u017ce bardziej nieprzyst\u0119pne \u015brodowiska, jak powierzchni\u0119 owoc\u00f3w czy warzyw. Szczepy zwi\u0105zane z nisz\u0105 ro\u015blinn\u0105 koduj\u0105 szerszy zakres dr\u00f3g metabolicznych ni\u017c szczepy mleczne (\u201cudomowione\u201d), poniewa\u017c laktoza jest g\u0142\u00f3wnym \u017ar\u00f3d\u0142em w\u0119gla w mleku, podczas gdy ka\u017cda nisza ro\u015blinna ma indywidualny sk\u0142ad w\u0119glowodan\u00f3w. Bakterie zwi\u0105zane z nisz\u0105 ro\u015blinn\u0105 posiadaj\u0105 wyj\u0105tkowy repertuar gen\u00f3w zaanga\u017cowanych w metabolizm pentoz i glukuronian\u00f3w. Przyk\u0142adowo, <\/span>Lc. lactis <\/span><\/i>subsp.<\/span> lactis<\/span><\/i> szczep KF147 wykazuje obecno\u015b\u0107 szlak\u00f3w zwi\u0105zany z przemian\u0105 cukr\u00f3w ro\u015blinnych, takich jak rafinoza i arabinoza, manifestuje wiele dr\u00f3g degradacji glikozyd\u00f3w oraz szlaki przemiany hemicelulozy, ksylozy i arabinozy, charakterystyczne dla \u015brodowisk ro\u015blinnych. Ten rodzaj posiada tak\u017ce geny odpowiedzialne za tworzenie biofilmu (egzopolisacharydy), co jest istotne dla przetrwania na powierzchni ro\u015blin, oraz mo\u017cliwo\u015b\u0107 produkcji bakteriocyn, kt\u00f3re w pewnym stopniu wyd\u0142u\u017caj\u0105 \u017cywotno\u015b\u0107 szczep\u00f3w <\/span>Lactococcus<\/span><\/i> podczas fermentacji, poniewa\u017c dominuj\u0105 one na pocz\u0105tkowym etapie fermentacji ze wzgl\u0119du na ich wra\u017cliwo\u015b\u0107 na niskie pH.<\/span><\/p>\n

Wyj\u0105tkowy jest gatunek <\/span>Lactiplantibacillus plantarum<\/span><\/i>, zwany “nomadycznym” ze wzgl\u0119du na adaptacje do r\u00f3\u017cnorodnych \u015brodowisk, w tym do \u017cywno\u015bci fermentowanej (od kiszonej kapusty, piklowanej kukurydzy, og\u00f3rk\u00f3w, rzodkiewek, banan\u00f3w, pomara\u0144czy i traw po mi\u0119so, mleko, wino i uk\u0142ad trawienny). Ze wzgl\u0119du na zwi\u0105zek mi\u0119dzy ewolucj\u0105 a adaptacj\u0105 do \u015brodowiska, <\/span>L. plantarum<\/span><\/i> zachowa\u0142 “niepotrzebne geny” i jego genom sta\u0142 si\u0119 “uniwersalny” i niezale\u017cny od \u015brodowiska. Dodatkowo ka\u017cdy szczep <\/span>L. plantarum<\/span><\/i> ma indywidualny zestaw gen\u00f3w zwi\u0105zanych z transportem i wykorzystaniem cukr\u00f3w, odpowiadaj\u0105cy sk\u0142adowi w\u0119glowodan\u00f3w \u015bwie\u017cych i fermentowanych warzyw lub owoc\u00f3w. Szczeg\u00f3lnie wa\u017cn\u0105 zdolno\u015bci\u0105 adaptacyjn\u0105 w przypadku wykorzystywania materia\u0142u ro\u015blinnego jest zdolno\u015b\u0107 do degradacji skomplikowanych w\u0119glowodan\u00f3w, takich jak amyloza i skrobia.<\/span><\/p>\n

\u015arodowisko fermentowanych owoc\u00f3w charakteryzuje si\u0119 wysokim st\u0119\u017ceniem cukr\u00f3w, co prowadzi do ewolucji innej strategii – fruktofilno\u015bci. Fruktofilne bakterie kwasu mlekowego (FLAB) to\u00a0 grupa bakterii, kt\u00f3re preferuj\u0105 fruktoz\u0119 w zamiast glukozy jako g\u0142\u00f3wne \u017ar\u00f3d\u0142o w\u0119gla. Ich dostosowanie do \u015brodowiska skutkuje wyj\u0105tkowo zmniejszonym genomem. Podczas gdy wi\u0119kszo\u015b\u0107 <\/span>Lactobacillus <\/span><\/i>spp. ma \u015bredni\u0105 wielko\u015b\u0107 genomu 2,5 Mbp, <\/span>Apilactobacillus kunkeei <\/span><\/i>(7K4AA)<\/span> ma wielko\u015b\u0107 genomu 1,59 Mbp, tak silna redukcja materia\u0142u genetycznego zmieni\u0142a ich szlak oddechowy. FLAB potrzebuj\u0105 zewn\u0119trznego akceptora elektron\u00f3w, aby zr\u00f3wnowa\u017cy\u0107 NAD\/NADH; ze wzgl\u0119du na brak bifunkcyjnego genu dehydrogenazy alkoholowo\/acetaldehydowej adhE. Zwykle bakterie kwasu mlekowego aby dostosowa\u0107 si\u0119 do niszy ro\u015blinnej zachowuj\u0105 lub nawet zwi\u0119kszaj\u0105 pul\u0119 gen\u00f3w g\u0142\u00f3wnie zwi\u0105zanych z wykorzystaniem w\u0119glowodan\u00f3w, u FLAB jest dok\u0142adnie przeciwnie. Por\u00f3wnanie genom\u00f3w FLAB wykaza\u0142o wsp\u00f3lne niedobory w genach odpowiadaj\u0105cych za metabolizm w\u0119glowodan\u00f3w i szlakach transportu. Warto zaznaczy\u0107, \u017ce pomimo ewolucji redukcyjnej genom\u00f3w fruktofilnych bakterie te s\u0105 niezwykle dobrze przystosowane do wysokich st\u0119\u017ce\u0144 prostych cukr\u00f3w: glukozy i fruktozy, kt\u00f3re dominuj\u0105 w \u015brodowisku fermentowanych owoc\u00f3w. Wyj\u0105tkowe cechy FLAB i ich adaptacja do \u015brodowiska bogatego w cukry proste jest badana na Naszej Uczelni, w projekcie finansowanym przez Narodowe Centrum Nauki, Preludium 15 (2018\/29\/N\/NZ9\/00985).<\/span><\/p>\n

Podsumowuj\u0105c, analiza genom\u00f3w bakterii kwasu mlekowego ukazuje wyra\u017any wp\u0142yw \u015brodowiska na ich ewolucj\u0119 i adaptacj\u0119. Niezwyk\u0142a r\u00f3\u017cnorodno\u015b\u0107 strategii przetrwania oraz adaptacyjnych mechanizm\u00f3w jest efektem d\u0142ugotrwa\u0142ego procesu, w kt\u00f3rym mikroorganizmy te przystosowa\u0142y si\u0119 do warunk\u00f3w fermentacyjnych. Wielo\u015b\u0107 gatunk\u00f3w, ilo\u015b\u0107 bakterii i zr\u00f3\u017cnicowane strategie stanowi\u0105 fascynuj\u0105ce pole obserwacji. \u015aledzenie tych proces\u00f3w pozwala nam lepiej zrozumie\u0107 dynamik\u0119 populacji bakterii kwasu mlekowego i otwiera przed nami mo\u017cliwo\u015b\u0107 wykorzystania ich potencja\u0142u.<\/span><\/p>\n

dr in\u017c. Klaudia Gustaw<\/i><\/b><\/h5>\n
Katedra Biotechnologii, Mikrobiologii i \u017bywienia Cz\u0142owieka<\/i><\/b><\/h5>\n
Wydzia\u0142 Nauk o \u017bywno\u015bci i Biotechnologii<\/i><\/b><\/h5>\n

\u00a0<\/b><\/h2>\n

[Cykl \u201ePoznaj \u015bwiat nauki o \u017cywno\u015bci\u201d to seria artyku\u0142\u00f3w popularnonaukowych przygotowywanych przez naukowc\u00f3w z Wydzia\u0142u Nauk o \u017bywno\u015bci i Biotechnologii Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie].<\/em><\/strong><\/p>\n

Literatura<\/span><\/p>\n

Di Cagno, R.; Coda, R.; De Angelis, M.; Gobbetti, M. Exploitation of vegetables and fruits through lactic acid fermentation. <\/span>Food Microbiol.<\/span><\/i> 2013, <\/span>33<\/span><\/i>, 1\u201310.<\/span><\/p>\n

Filannino, P.; Di Cagno, R.; Gobbetti, M. Metabolic and functional paths of lactic acid bacteria in plant foods: Get out of the labyrinth. <\/span>Curr. Opin. Biotechnol.<\/span><\/i> 2018, <\/span>49<\/span><\/i>, 64\u201372.\u00a0<\/span><\/p>\n

Martino, M.E.; Bayjanov, J.R.; Caffrey, B.E.; Wels, M.; Joncour, P.; Hughes, S.; Gillet, B.; Kleerebezem, M.; van Hijum, S.A.F.T.; Leulier, F. Nomadic lifestyle of Lactobacillus plantarum revealed by comparative genomics of 54 strains isolated from different habitats. Environ. Microbiol. 2016, 18, 4974\u20134989.<\/span><\/p>\n

Gustaw, K.; Nied\u017awied\u017a, I.; Rachwa\u0142, K.; Polak-Berecka, M. New Insight into Bacterial Interaction with the Matrix of Plant-Based Fermented Foods. Foods 2021, 10, 1603.\u00a0<\/span><\/p>\n

Jung, M.Y.; Lee, C.; Seo, M.J.; Roh, S.W.; Lee, S.H. Characterization of a potential probiotic bacterium Lactococcus raffinolactis WiKim0068 isolated from fermented vegetable using genomic and in vitro analyses. BMC Microbiol. 2020, 20, 1\u201310.<\/span><\/p>\n <\/div>\n\t\t\t\t\t\t <\/div>\n\t\t\t\t

\n\t <\/div>\n\t\t\t\t
\n\t <\/div>\n\t\t\t\t
\n\t <\/div>\n\t\t\t\t
\n\t <\/div>\n\t\t\t\t
\n\t <\/div>\n\t\t\t\t
\n\t <\/div>\n\t\t\t\t
\n\t <\/div>\n\t\t\t\t
\n\t <\/div>\n\t\t\t\t
\n\t <\/div>\n\t\t\t\t
\n\t <\/div>\n\t\t\t\t
\n\t <\/div>\n\t\t\t\t
\n\t <\/div>\n\t\t\t\t
\n\t <\/div>\n\t\t\t\t
\n\t <\/div>\n\t\t\t\t
\n\t <\/div>\n\t\t\t\t
\n\t <\/div>\n\t\t\t\t
\n\t <\/div>\n\t\t\t\t
\n\t <\/div>\n\t\t\t\t
\n\t <\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t<\/div>\n<\/section>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Jakie s\u0105 molekularne adaptacje bakterii do \u015brodowiska fermentacji ro\u015blinnej? Zagadnienie przybli\u017caj\u0105 nam naukowcy z Wydzia\u0142u Nauk o \u017bywno\u015bci i Biotechnologii Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie w kolejnym artykule z cyklu \u201ePoznaj \u015bwiat nauk o \u017cywno\u015bci\u201d. Jednym z fascynuj\u0105cych obszar\u00f3w, na kt\u00f3rym bakterie odgrywaj\u0105 kluczow\u0105 rol\u0119, jest proces fermentacji ro\u015blinnych produkt\u00f3w spo\u017cywczych. Proces fermentacji oraz korzy\u015bci, kt\u00f3re z niego wynikaj\u0105, s\u0105 powszechnie znane. Jednak to, co […]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"elementor_header_footer","format":"standard","meta":{"_monsterinsights_skip_tracking":false,"_monsterinsights_sitenote_active":false,"_monsterinsights_sitenote_note":"","_monsterinsights_sitenote_category":0},"categories":[10],"tags":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/up.lublin.pl\/foodscience\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/147336"}],"collection":[{"href":"https:\/\/up.lublin.pl\/foodscience\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/up.lublin.pl\/foodscience\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/up.lublin.pl\/foodscience\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/up.lublin.pl\/foodscience\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=147336"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/up.lublin.pl\/foodscience\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/147336\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":147340,"href":"https:\/\/up.lublin.pl\/foodscience\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/147336\/revisions\/147340"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/up.lublin.pl\/foodscience\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=147336"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/up.lublin.pl\/foodscience\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=147336"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/up.lublin.pl\/foodscience\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=147336"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}