Complete Genome of Lactiplantibacillus plantarum 25 (LP25) Isolated from Commercialized Pig Feces

Nel mondo del cibo e della medicina, un tipo specifico di batterio noto come Lactiplantibacillus plantarum occupa un posto speciale. È un lavoratore microscopico che si trova nei cibi fermentati come i crauti e i sottaceti, ed è anche ampiamente utilizzato come probiotico, un aiutante vivente aggiunto a cibi e integratori per sostenere la salute intestinale. Poiché questo batterio è generalmente considerato sicuro dalle autorità sanitarie, gli scienziati lo utilizzano spesso come veicolo per la consegna di vaccini o come fabbrica per produrre proteine utili. Tuttavia, come per ogni essere vivente introdotto nel corpo, è necessario comprenderne completamente la costituzione genetica. Proprio come un meccanico ha bisogno di conoscere ogni singola parte di un motore prima di inserirlo in un'auto, i ricercatori devono mappare l'intero codice genetico di un ceppo probiotico per garantire che non trasporti rischi nascosti, come geni che potrebbero renderlo resistente agli antibiotici, che sono medicinali usati per uccidere i batteri nocivi.

Un team di ricercatori della Kangwon National University in Corea del Sud ha ora fornito questa mappa genetica completa di un ceppo specifico di questo batterio, noto come LP25. Questo particolare ceppo è stato originariamente raccolto dalle feci di maiali in un allevamento commerciale ed è da allora diventato uno strumento preferito per gli scienziati che vogliono ingegnerizzare i batteri per somministrare vaccini o studiare l'espressione genica. I ricercatori volevano sapere esattamente cosa ci fosse all'interno del manuale di istruzioni genetiche di LP25 per confermarne la sicurezza e comprenderne il potenziale. Per farlo, non si sono limitati a guardare alcuni geni; hanno sequenziato l'intero genoma, che è l'insieme completo delle istruzioni di DNA che dicono al batterio come vivere e funzionare.

Il team ha utilizzato due potenti tecnologie di sequenziamento per leggere il DNA. Un metodo legge il codice genetico in frammenti brevi e altamente accurati, mentre l'altro legge tratti di DNA molto più lunghi. Combinando i risultati di entrambi i metodi, sono stati in grado di assemblare un quadro completo e privo di errori della struttura genetica del batterio. Il risultato finale ha rivelato che LP2 l'ha un singolo cromosoma circolare lungo 3.298.237 coppie di basi. Oltre a questo cromosoma principale, il batterio trasporta tre anelli più piccoli di DNA indipendenti chiamati plasmidi, che sono come kit di attrezzi extra che la cellula può utilizzare. I ricercatori hanno identificato 3.172 geni distinti all'interno di questo materiale genetico, che fungono da istruzioni per costruire le proteine di cui il batterio ha bisogno per sopravvivere.

Quando gli scienziati hanno analizzato questi geni, hanno scoperto diverse caratteristiche che spiegano perché questo batterio sia così utile. Hanno scoperto un gruppo di geni responsabili della produzione di plantaricina, una sostanza naturale che può inibire la crescita di altri batteri, il che aiuta il ceppo a competere nel suo ambiente. Ancora più importante per la sicurezza, hanno cercato geni che potessero permettere al batterio di resistere agli antibiotici. La loro ricerca ha trovato due tali geni: uno che fornisce resistenza a un tipo di antibiotico chiamato tetraciclina e un altro che resiste a un farmaco chiamato lincomicina. Questi geni erano situati sui piccoli anelli plasmidici piuttosto che sul cromosoma principale. I ricercoli hanno notato che, sebbene avessero trovato queste istruzioni genetiche, non avevano testato i batteri in un laboratorio per vedere se resistessero effettivamente ai farmaci in un sistema vivente; avevano solo trovato le planimetrie della resistenza.

Lo studio ha inoltre collocato questo ceppo nell'albero genealogico di batteri correlati. Confrontando i geni centrali di LP25 con quelli di altre specie simili, i ricercatori hanno scoperto che è strettamente correlato a un altro ceppo chiamato L. plantarum W32. Ciò conferma la sua identità e aiuta gli scienziati a capire come si inserisce nel più ampio mondo dei batteri dell'acido lattico. I dati genetici completi, inclusi le mappe del cromosoma e dei plasmidi, sono stati resi disponibili al pubblico attraverso database internazionali. Ciò consente ad altri scienziati di utilizzare queste informazioni per confrontare diversi ceppi, verificare la sicurezza in nuove applicazioni o progettare modi migliori per utilizzare questo batterio come strumento per la salute umana.

Sebbene lo studio fornisca un blueprint genetico completo, gli autori sono cauti nel sottolinearne i limiti. I dati provengono da un singolo isolato, il che significa che rappresentano questo specifico ceppo e non possono essere automaticamente applicati a tutti i batteri L. plantarum presenti nel mondo. Inoltre, l'identificazione dei geni di resistenza agli antibiotici è stata effettuata tramite analisi informatica della sequenza del DNA, non attraverso esperimenti fisici che misurano come i batteri reagiscono ai farmaci. Allo stesso modo, la presenza dei geni della plantaricina suggerisce che il batterio possa produrre composti antimicrobici, ma il team non ha eseguito test per confermare che esso uccida effettivamente altri batteri in una capsula di Petri. Questi risultati servono come punto di riferimento di alta qualità, offrendo una visione chiara e dettagliata del panorama genetico di un ceppo probiotico ampiamente utilizzato, lasciando la conferma definitiva del suo comportamento ai futuri esperimenti di laboratorio.