Rashid, Muhammad Naeem and Prof. Agustin Krisna Wardani, STP, M. Si, Ph.D., and Dian Widya Ningtyas, STP., MP., Ph.D (2024) Genomic Profiling of Pediococcus acidilactici LBP: A Potential Probiotic Isolate from Indonesian ethnic Food Lemea. Magister thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Lemea, makanan fermentasi tradisional dari suku Rejang di Bengkulu, Indonesia, dibuat dengan potongan rebung dan ikan. Penelitian ini bertujuan untuk membuat anotasi seluruh genom P. acidilactici yang diisolasi dari Lemea dan membandingkannya dengan galur bakteri lain dalam genus Pediococcus. Untuk menunjukkan keragaman dalam spesies ini, pohon filogenetik yang dibangun menggunakan setiap gen inti dalam genus digunakan untuk menganalisis hubungan antara setiap galur. Analisis pan-genom dilakukan dengan menggunakan delapan rakitan yang diperoleh dari basis data NCBI. Penelitian lebih lanjut berupaya mengidentifikasi bakteriosin yang diproduksi oleh isolat, memberikan karakterisasi fungsional dalam genus Pediococcus, dan memberikan meta-analisis. Data genomik juga digunakan untuk mengevaluasi efektivitas penggunaan P. acidilactici dalam fermentasi makanan dan minuman. Keamanan isolat dinilai menggunakan sekuensing genom secara keseluruhan. Strain tersebut diidentifikasi sebagai Pediococcus acidilactici LBP menggunakan sekuensing gen 16S rRNA dan mampu menghasilkan bakteriosin. Genom P. acidilactici LBP terdiri dari sekitar 2 juta pasangan basa dalam satu kromosom, 1.860 sekuens pengkodean, 71 asam ribonukleat, komposisi guanin-sitosin sebesar 42,01%, gugus operon protein yang diprediksi sebagai pediosin (berat molekul yang diperkirakan: 6600 Da) dan tidak ada plasmid yang terdeteksi. Pediococcus acidilactici LBP mengkodekan operon pediosin, sistem pengulangan palindromik pendek yang berkelompok secara teratur-Cas, dan sistem modifikasi restriksi, yang semuanya sangat bermanfaat dan dapat mencegah pembusukan makanan. Sistem ini memiliki kemampuan untuk mencegah pertumbuhan bakteri berbahaya yang menyebabkan kerusakan makanan dan penyakit yang disebabkan oleh kontaminasi makanan. Lebih jauh, sepanjang evolusi, sistem ini mencegah transfer horizontal gen virulen dan gen antimikroba yang resistan. Di samping gen yang membantu keamanan pangan, galur Pediococcus acidilactici LBP juga mengkode gen yang mendorong fermentasi untuk menghasilkan makanan fermentasi fungsional yang memperpanjang masa simpan makanan dan meningkatkan kualitas organoleptik. Tidak adanya kecocokan untuk protein yang terkait dengan famili patogen semakin mendukung sifat probiotik Pediococcus acidilactici LBP. Investigasi galur Pediococcus acidilactici LBP untuk keamanan mengungkapkan bahwa ia memiliki urutan pengkodean yang terkait dengan gen resistensi antibakteri dan toksin hemolitik yang diproduksi oleh kelompok B. cerus. Galur LBP Pediococcus acidilactici mengandung urutan pengkodean yang berasal dari infeksi bakteriofag dan mampu mengatur ulang genomnya, sebagaimana dibuktikan oleh penemuan dua puluh tujuh urutan penyisipan dan wilayah profag tunggal dalam kumpulan gen LBP Pediococcus acidilactici, tetapi analisis keamanan memperkirakan bahwa isolat tidak dapat mentransfer gen yang tidak diinginkan ke mikroba lain. Persentase Glikosida Hidrolase terbesar ditemukan dalam empat famili CAZymes, dengan total 57 gen. Sejumlah protease telah ditemukan, termasuk penisilin amidase, aminopeptidase YscS, oligoendopeptidase F, lisin dekarboksilase, dan Xaa-Pro aminopeptidase. Bukti lebih lanjut tentang aktivitas probiotik Pediococcus acidilactici LBP datang dari keberadaan glutamat karboksipeptidase dan glutaminil-peptida siklotransferase, yang membantu inang menyerap dan mencerna protein dan asam amino dari makanan. Kemampuan metabolisme karbohidrat Pediococcus acidilactici yang dikonfirmasi oleh keberadaan glikosida hidrolase, glikosiltransferase, dan esterase karbohidrat menunjukkan kemampuannya untuk memfermentasi D-ribosa, D-manosa, fruktosa, dan selobiosa serta kemahirannya dalam fermentasi karbohidrat. Temuan ini menunjukkan bahwa P. acidilactici LBP adalah kandidat yang sangat baik sebagai kultur starter untuk makanan dan minuman fermentasi dengan berbagai sifat, meningkatkan kandungan probiotik, kualitas sensoris, dan masa simpan.
English Abstract
Lemea, a traditional fermented food from the Rejang tribe of Bengkulu, Indonesia, is made with chopped bamboo shoots and fish. The study aimed to Annotate the whole genome of P. acidilactici isolated from Lemea and compare it to other bacterial strains in the Pediococcus genus. In order to demonstrate the diversity within this species, a phylogenetic tree constructed using every core gene in the genus was employed to analyze the connections between every strain. Pan-genome analysis was performed utilizing eight assemblies obtained from the NCBI database. The investigation further sought to identify the bacteriocins produced by the isolate, provide a functional characterization within the Pediococcus genus, and provide a meta-analysis. Genomics data were also utilized to evaluate the effectiveness of using P. acidilactici in food and beverage fermentation. The isolate's safety was assessed using whole genome sequencing. The strain was identified as Pediococcus acidilactici LBP using 16S rRNA gene sequencing and was capable of generating bacteriocin. The genome of P. acidilactici LBP consisted roughly 2 million base pairs in a single chromosome, 1,860 coding sequences, 71 ribonucleic acids, a guanine-cytosine composition of 42.01%, a protein operon cluster predicted as pediocin (estimated molecular weight: 6600 Da) and no plasmid was detected. The Pediococcus acidilactici LBP encoded a pediocin operon, a full Clustered regularly interspaced short palindromic repeats-Cas system, and a restriction modification system, all of which are extremely beneficial and can prevent food spoilage. These systems have the ability to prevent the growth of harmful bacteria that lead to food deterioration and illnesses caused by food contamination. Furthermore, throughout evolution, these systems prevent the horizontal transfer of virulent genes, and resistant antimicrobial genes. Beside the genes aiding food safety, Pediococcus acidilactici LBP strain also encoded genes that foster fermentation to produce functional fermented foods prolonging food storage life and improving the organoleptic qualities. The absence of matches for proteins linked to pathogenic families further supports the probiotic nature of Pediococcus acidilactici LBP. The investigation of the Pediococcus acidilactici LBP strain for safety revealed that it has coding sequences associated with antibacterial resistance genes and hemolytic toxins produced by B. cerus group. The Pediococcus acidilactici LBP strain contained coding sequences derived from bacteriophage infection and were able to rearrange their genomes, as evidenced by the discovery of twentyseven insertion sequences and single prophage region in the Pediococcus acidilactici LBP's gene pool but safety analysis predicted that isolate is unable to transfer undesirable genes to other microbes. The greatest percentage of Glycoside Hydrolases was found in four families of CAZymes, with 57 genes in total. A number of proteases have been found, including penicillin amidase, aminopeptidase YscS, oligoendopeptidase F, lysine decarboxylase, and Xaa-Pro aminopeptidase. Further evidence of the Pediococcus acidilactici LBP’s probiotic activity comes from the presence of glutamate carboxypeptidase and glutaminyl-peptide cyclotransferase, which help the host absorb and digest proteins and amino acids from food. Pediococcus acidilactici's carbohydrate metabolic capabilities confirmed by the presence of glycoside hydrolases, glycosyltransferases and carbohydrate estrases indicated its ability to ferment D-ribose, D-mannose, fructose, and cellobiose and its proficiency in carbohydrate xiv fermentation. These findings indicate that P. acidilactici LBP is an excellent candidate as a starter culture for fermented foods and beverages of various natures, improving probiotic content, sensory qualities, and shelf life.
| Item Type: | Thesis (Magister) |
|---|---|
| Identification Number: | 042410 |
| Uncontrolled Keywords: | P. acidilactici, bacteriocin, whole genome analysis, biopreservative, food safety |
| Divisions: | S2/S3 > Magister Bioteknologi Agroindustri, Fakultas Pertanian |
| Depositing User: | Unnamed user with username nova |
| Date Deposited: | 02 Oct 2024 03:09 |
| Last Modified: | 02 Oct 2024 03:09 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/225812 |
![[thumbnail of DALAM MASA EMBARGO]](http://repository.ub.ac.id/style/images/fileicons/text.png) |
Text (DALAM MASA EMBARGO)
MUHAMMAD NAEEM RASHID.pdf Restricted to Registered users only Download (2MB) |
Actions (login required)
 |
View Item |