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

In de wereld van voedsel en medicijnen neemt een specifiek type bacterie, bekend als Lactiplantibacillus plantarum, een bijzondere plaats in. Het is een microscopische werker die te vinden is in gefermenteerde voedingsmiddelen zoals zuurkool en augurken, en het wordt ook veelvuldig gebruikt als een probioticum, een levende hulpstof die aan voedsel en supplementen wordt toegevoegd om de darmgezondheid te ondersteunen. Omdat deze bacterie door gezondheidsinstanties over het algemeen als veilig wordt beschouwd, gebruiken wetenschappers het vaak als een voertuig voor vaccins of als een fabriek om nuttige eiwitten te produceren. Echter, net als bij elk levend wezen dat in het lichaam wordt geïntroduceerd, is er een noodzaak om de genetische samenstelling ervan volledig te begrijpen. Net zoals een monteur elk onderdeel van een motor moet kennen voordat hij deze in een auto plaatst, moeten onderzoekers de volledige genetische code van een probioticastam in kaart brengen om te verzekeren dat deze geen verborgen risico's met zich meedraagt, zoals genen die hem resistent zouden kunnen maken tegen antibiotica, wat medicijnen zijn die worden gebruikt om schadelijke bacteriën te doden.

Een team van onderzoekers aan de Kangwon National University in Zuid-Korea heeft nu deze volledige genetische kaart geleverd voor een specifieke stam van deze bacterie, bekend als LP25. Deze specifieke stam werd oorspronkelijk verzameld uit de ontlasting van varkens op een commerciële boerderij en is sindsdien een favoriete tool geworden voor wetenschappers die bacteriën willen modificeren om vaccins af te leveren of genexpressie te bestuderen. De onderzoekers wilden precies weten wat er in de genetische instructiehandleiding van LP25 zat om de veiligheid ervan te bevestigen en het potentieel ervan te begrijpen. Om dit te doen, hebben ze niet slechts naar een paar genen gekeken; ze sequencen het volledige genoom, wat de volledige set DNA-instructies is die de bacterie vertelt hoe hij leeft en functioneert.

Het team gebruikte twee krachtige sequencingtechnologieën om de DNA te lezen. De ene methode leest de genetische code in korte, zeer nauwkeurige fragmenten, terwijl de andere veel langere stukken DNA leest. Door de resultaten van beide methoden te combineren, waren zij in staat om een compleet en foutloos beeld van de genetische structuur van de bacterie samen te stellen. Het eindresultaat onthulde dat LP25 een enkel, circulair chromosoom heeft dat 3.298.237 basenparen lang is. Naast dit hoofdchromosoom draagt de bacterie drie kleinere, onafhankelijke ringen van DNA, genaamd plasmiden, die als extra gereedschapskisten fungeren die de cel kan gebruiken. De onderzoekers identificeerden 3.172 verschillende genen binnen dit genetische materiaal, die fungeren als de instructies voor het bouwen van de eiwitten die de bacterie nodig heeft om te overleven.

Toen de wetenschappers deze genen analyseerden, ontdekten ze verschillende kenmerken die verklaren waarom deze bacterie zo nuttig is. Ze ontdekten een cluster van genen die verantwoordelijk zijn voor de productie van plantaricine, een natuurlijke stof die de groei van andere bacteriën kan remmen, wat de stam helpt te concurreren in zijn omgeving. Belangrijker nog voor de veiligheid, ze zochten naar genen die de bacterie zouden kunnen laten resistent zijn tegen antibiotica. Hun zoektocht vond twee dergelijke genen: één die resistentie biedt tegen een type antibioticum genaamd tetracycline en een andere die resistent is tegen een medicijn genaamd lincomycine. Deze genen bevonden zich op de kleinere plasmidenringen in plaats van op het hoofdchromosoom. De onderzoekers merkten op dat hoewel ze deze genetische instructies vonden, ze de bacteriën niet in een laboratorium hadden getest om te zien of ze daadwerkelijk resistent zijn tegen de medicijnen in een levend systeem; ze vonden alleen de blauwdrukken voor resistentie.

De studie plaatste deze stam ook op de stamboom van verwante bacteriën. Door de kern-genen van LP25 te vergelijken met die van andere soortgelijke soorten, vonden de onderzoekers dat deze het nauwst verwant is aan een andere stam genaamd L. plantarum W32. Dit bevestigt de identiteit ervan en helpt wetenschappers te begrijpen hoe het past binnen de bredere wereld van melkzuurbacteriën. De volledige genetische gegevens, inclusief de kaarten van het chromosoom en de plasmiden, zijn via internationale databases publiekelijk beschikbaar gesteld. Dit stelt andere wetenschappers in staat om deze informatie te gebruiken om verschillende stammen te vergelijken, de veiligheid in nieuwe toepassingen te controleren, of betere manieren te ontwerpen om deze bacterie als instrument voor de menselijke gezondheid te gebruiken.

Hoewel de studie een uitgebreid genetisch blauwdruk biedt, zijn de auteurs voorzichtig in het benoemen van de grenzen ervan. De gegevens komen van een enkele isolaat, wat betekent dat het deze specifieke stam vertegenwoordigt en niet automatisch kan worden toegepast op alle L. plantarum-bacteriën die in de wereld te vinden zijn. Bovendien was de identificatie van antibioticaresistentiegenen gebaseerd op computeranalyse van de DNA-sequentie, en niet door fysieke experimenten die meten hoe de bacteriën op de medicijnen reageren. Eveneens suggereert de aanwezigheid van de plantaricine-genen dat de bacterie antimicrobiële verbindingen kan produceren, maar het team heeft geen tests uitgevoerd om te bevestigen dat het daadwerkelijk andere bacteriën doodt in een petrischaal. Deze bevindingen dienen als een hoogwaardig referentiepunt, dat een helder en gedetailleerd beeld biedt van het genetische landschap van een veelgebruikte probioticastam, terwijl de definitieve bevestiging van het gedrag ervan wordt overgelaten aan toekomstige laboratoriumexperimenten.