توالی یابی کامل ژنوم و تحلیل چندآمیگس سویه بومی انتروکوکوس فکالیسوم برای افزایش تحمل به استرس

بهزاد بیضایی¹ مرتضی جمشید عینی² سمیه رحیمی ملکشان³

1) دانشجوی کارشناسی ارشد صنایع غذایی دانشگاه ازاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات
2) دکتری صنایع غذایی دانشگاه ازاد اسلامی واحد تهران شمالد
3) دکتری صنایع غذایی دانشگاه ازاد اسلامی واحد ورامین - پیشوا

کد IOI مقاله : ABFF-ABDEEK
محل انتشار : نهمین کنگره بین المللی توسعه کشاورزی، منابع طبیعی، محیط زیست و گردشگری ایران(9icsda.ir)
چکیده :
    در این مطالعه جامع، ژنوم کامل یک سویه بومی Enterococcus faecium که از ماتریسهای سنتی لبنیات ایزوله شده است، با پوشش بسیار دقیق ۱۵۰× توالییابی شد و به دقت مونتاژ ۹۹.۹٪ دست یافت. آنوتاسیون ژنومی، ۲۸۵۷ ژن کدکننده پروتئین، ۸۵ RNA تنظیمی و بیش از ۱۲۰ مسیر متابولیکی حیاتی را شناسایی کرد که از جمله آنها مسیرهای دخیل در سازگاری استرسی و بیوسنتز ضد میکروبی بودند. آنالیزهای جامع چندآمیگس — که شامل متاژنومیکس (شناسایی بیش از ۱۲,۰۰۰ نوع توالی میکروبی)، ترنسکریپتومیکس (RNA-seq با عمق متوسط ۵۰ میلیون خوانش جفتشده) و متابولومیکس (پروفایلسازی LC-MS با شناسایی بیش از ۶۵۰ متابولیت منحصربهفرد) — برای بررسی پاسخهای مولکولی E. faecium به فشارهای استرسی صنعتی مانند پاستوریزاسیون حرارتی (۷۲ درجه سانتیگراد به مدت ۱۵ ثانیه) و پردازش با فشار بالا (۶۰۰ مگاپاسکال به مدت ۵ دقیقه) انجام شد. تحلیلهای بیان ژنی تفاضلی نشاندهنده افزایش معنیدار (p < 0.001) تا ۴.۵ برابر در سیستمهای دو جزئی انتقال سیگنال، خانوادههای ناقل ATP-binding cassette (ABC)، و پروتئینهای کمپلکس کمکپذیر (chaperones) پاسخگو به استرس تحت این شرایط بودند. پروفایل متابولومیک افزایش ۳.۸ برابری در باکتریوسینهای کلاس IIa و نیز افزایش ۲.۷ برابری در پلیساکاریدهای برونسلولی (exopolysaccharides) فعال زیستی را نشان داد که با افزایش کارایی ضد میکروبی و تابآوری محیطی همبستگی داشت. ویرایش دقیق ژنومی با استفاده از CRISPR-Cas12a به طور موفقیتآمیز عوامل بازدارنده عملکرد پروبیوتیکی را حذف کرد که منجر به افزایش ۳۷ درصدی تحمل اسیدی (pH 3.0) و سرعتبخشی به روند رشد در شرایط استرس فرآیندی شد. مدلسازی پیشرفته بیوانفورماتیکی که از الگوریتمهای یادگیری ماشین بهرهمند شده بود، دادههای چندآمیگس را ادغام کرد و به دقت پیشبینی ۹۲ درصدی در دینامیک جمعیت میکروبی و جریانهای متابولیکی در سناریوهای تخمیر صنعتی دست یافت. این مدلسازی موجب کاهش ۱۷ درصدی ضایعات محصول و افزایش ۲۲ درصدی معیارهای مهار پاتوژنها گردید. این مطالعه پتانسیل مهندسی استارترهای پروبیوتیک بسیار سفارشی شده با ویژگیهای فیزیولوژیکی بهینهشده را برجسته میکند که منجر به افزایش ماندگاری، بهبود ایمنی و کیفیت حسی محصولات لبنی تخمیری میشود. افزون بر این، پلیساکاریدهای استخراجشده دارای خواص آنتیاکسیدانی و ضد میکروبی، چشمانداز امیدوارکنندهای برای کاربرد در سیستمهای بستهبندی هوشمند غذایی فراهم میآورند. در مجموع، این پژوهش پیشرفت برجستهای در زمینه ژنومیک عملکردی و زیستشناسی سنتزی سویههای Enterococcus faecium درجه غذایی به شمار میرود و چارچوب قدرتمندی برای بهکارگیری رویکردهای مهندسی سویه مبتنی بر چندآمیگس فراهم میکند تا کاربردهای میکروبیشناسی صنعتی در حوزه غذا را ارتقا بخشد.

کلمات کلیدی : ویرایش دقیق ژنوم ادغام چندآمیگس سیستم crispr cas12a سیستم های دو جزئی بیوسنتز پلی ساکاریدهای برون سلولی و مدل سازی جریان متابولیکی