Microbiome|宏基因组学揭示全球食品发酵中次级调用物生物合成潜力的栖息地

背景

发酵食品在人类改善健康方面受到广泛认可，衍生出丰富的多种丰富的营养成分和生物活性物质。这些食品中重要的代谢物是由生物合成基因簇（BGCs）决定的，具有抗菌、然而，全球食品发酵中的生物合成和增殖仍没有得到充分的探索。不同的发酵环境、微生物组成和工艺流程可能影响食品发酵中的生物合成。因此，了解食品发酵中的维生素及其生物合成潜力，对于淀粉酶发酵食品的健康至关重要。

摘要

本研究通过对367个食物发酵样本的元基因组分析，探讨了全球食物发酵中生物合成基因簇（BGCs）的多样性和分布。我们从这些样本中恢复了653个食物发酵样本中的元基因组重组基因组（MAGs） ），共识别出2334个BGC，其中包括1003个新型BGC。研究发现，芽孢杆菌科、链球菌科和乳杆菌科等细菌家族中大量新型BGC。研究还表明，1655个BGC具有各自的传染地，显示出不同的发酵作用此外，183个BGC生产的辅助物质显示出高抗菌活性，尤其是在奶酪发酵中BGC的数量最多。

结果

1.不同食物发酵类型中MAGs的分布

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该图展示了从367个食物发酵样本中恢复的元基因组和基因组（MAGs）的分配情况。研究表明，不同地理区域的发酵食品类型存在明显差异。 ，在欧洲，全部样本属于奶基发酵组（如奶酪、酸奶等），而在亚洲，植物基发酵组（如泡菜、豆酱等）样本则主导地位。以该条形图详细说明终点发酵类型的样本数量及其地域分布，显示出亚洲和欧洲在发酵食品多样性方面的地域差异。

2.不同食物发酵类型中BGC的分布

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本图展示了在15种不同食物发酵类型中识别到的2334个BGC的数量和类型。数据表明，不同发酵食品的BGC数量差异显着，其中奶酪发酵的BGC数量最多，达到672个，其次是豆酱和咖啡发酵，分别有225个和214个BGC。这些BGC的分类显示，RiPP（核糖体合成和翻译后修饰肽）、NRPS（非核糖体肽合成酶）、 PKS（聚酮合酶）和萜烯类（萜烯）是主要的生物合成类型，各自具有超过50个BGC。BGC的相对丰度分布进一步揭示了不同发酵类型中下游偶联物合成潜力的丰富性。

3.新型BGC及其在食物发酵中的分布

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，在2334个BGC中，有1003个被识别为新型BGC，表示它们与现有数据库中已知的BGC相距较远，表明它们的独特性和潜在性这些新型BGC主要分布在奶酪、豆酱和咖啡发酵中，分别占新型BGC的425、264和215个。这些发现强调了食物发酵系统作为生物合成基因库的重要性，着眼于在这些食品中可能存在尚未开发的生物活性化合物。

4.食物发酵中的BGC与其他生态系统的差异

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本图比较了食物发酵中的BGC与人类破坏、海洋和土壤生态系统中BGC的相似性和差异。结果显示，食物发酵中的BGC与人类破坏、海洋和土壤生态系统中BGC的相似性和差异性。其他不同生态系统的BGC在生物合成潜力上存在显着差异，特别是与海洋和土壤生态系统相比，食品发酵中的BGC表现出更高的独特性。系统之间BGC的BiG-SLiCE距离，这些距离的广泛分布表现，食品发酵可能是发展新型生物活性化合物的潜在源泉。

5.已知GCF的生物活性预测

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本图总结了对2334个BGC的生物活性预测，特别关注33个已知的基因簇家族（GCF）。分析结果显示，有九个有助于物族家族的抗菌活性概率超过80%，其中包括地衣素、支链淀粉、小曲肽等。这些利用物主要在豆酱和奶酪发酵中发现，表明这些发酵食品可能对抗菌治疗潜在的贡献。研究还表明，同时进行充分的研究BGC同样开展了高达100%的抗菌活性预测，提示这些未知的辅助物在未来的研究中可能会有重要的发现。

结论

本研究表明，食品发酵是一个持续充分开发的第二个途径，BGC的丰富来源，其中包含大量具有高抗菌活性的BGC。这些BGC在不同的食物发酵类型中广泛而缓慢地分布，其独特性性受特定栖息地种群和多栖息地种群内的基因型影响。研究结果为蜡烛发酵食品的健康益处提供了新的视角，同时也为开发新的生物活性化合物提供了重要线索。

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