Functional genomics of the lactic acid bacterium Limosilactobacillus fermentum LAB-1: metabolic, probiotic and biotechnological perspectives

生物 益生菌 丙酮 生物化学 细菌素 比较基因组学 微生物学 细菌 基因 抗菌剂 基因组 基因组学 发酵 遗传学
作者
Tanim Jabid Hossain
出处
期刊:Heliyon [Elsevier]
卷期号:8 (11): e11412-e11412 被引量:49
标识
DOI:10.1016/j.heliyon.2022.e11412
摘要

A genome-based systematic analysis was conducted to characterize the metabolic, probiotic, fitness, and safety properties of Limosilactobacillus fermentum LAB-1, a lactic acid bacterium demonstrating strong antimicrobial effects against clinical pathogens. Gene functional characterization revealed a large number of genes for carbohydrate metabolism and a heterofermentative system for carbon dissimilation. Genes for intact pyruvate oxidation, pentose phosphate, and PRPP biosynthetic pathways were identified. Substantial carbohydrate-active enzymes and transporters were also predicted. Metabolic reconstruction revealed complete sets of enzymes for arginine, lysine, methionine, threonine, proline, and ornithine biosynthesis. The bacterium harbors a diverse range of peptidases, and a large variety of peptide and amino acid uptake systems. It encodes restriction-modification and CRISPR-Cas systems for protection against phage infections and carries a wide spectrum of stress proteins for adaptation in the gut and industrial conditions. Genes related to the biosynthesis of B-group and K vitamins were identified allowing its application for novel bio-enriched food production. Other beneficial traits of probiotic and industrial importance such as production of flavor compounds, exopolysaccharide, acetoin, and butanediol were identified. Three antimicrobial peptides were predicted which showed >98% sequence-identity to experimentally validated bacteriocins. Negative traits such as transmissible antibiotic resistance, pathogenicity or virulence appeared to be absent suggesting the strain to be considered safe. The genome analysis will allow precisely targeted laboratory research and full exploitation of the probiotic potentials towards functional-food, biotechnology and health-related applications.
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