DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1779198
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41834849
تاريخ النشر: 2026-02-27
المؤلف: Gabriela N. Tenea
الموضوع الرئيسي: البروبيوتيك والأطعمة المخمرة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في بكتيريا حمض اللاكتيك Weissella confusa UTNCys2-2، المعزولة من الزنجبيل الحلزوني الأمازوني، مع تسليط الضوء على خصائصها الجينية والوظيفية. كشفت تسلسل الجينوم الكامل عن كروموسوم دائري بحجم 2.32 ميغابايت يحتوي على 2,194 جينًا مشفرًا للبروتين، ونظام CRISPR-Cas من النوع II-A كامل، وغياب عوامل الضراوة أو جينات مقاومة مضادات الميكروبات القابلة للنقل. وضعت التحليلات الجينية UTNCys2-2 ضمن مجموعة W. confusa، ذات الصلة الوثيقة بالسلالة المرجعية DSM 20196. حددت التعليقات الوظيفية 118 إنزيمًا نشطًا للكربوهيدرات (CAZymes) تسهل تخليق البوليمرات السكرية الخارجية (EPS) واستقلاب الكربوهيدرات، بينما أشارت مسارات KEGG وMetaCyc إلى القدرات في تخليق الجليكوجين والريبوفلافين.
كشفت ملفات التعريف الأيضية للمستخلص الخالي من الخلايا (CFS) عن مجموعة متنوعة من المركبات النشطة بيولوجيًا، بما في ذلك القلويات، والببتيدات النشطة بيولوجيًا، والفينولات، مما يشير إلى خصائص مضادة للميكروبات وبروبيوتيك محتملة. تؤكد النتائج على ملاءمة UTNCys2-2 للتطبيقات في تخمير الطعام وتطوير البروبيوتيك نظرًا لسلامتها الحيوية، وتنوعها الأيضي، وسلامة جينومها. يُوصى بإجراء أبحاث مستقبلية لاستكشاف آليات تنظيم السلالة والتطبيقات العملية في مصفوفات الطعام من خلال تحليلات النسخ والبروتينات، جنبًا إلى جنب مع تجارب تخمير على نطاق تجريبي.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث جنس Weissella، وهي مجموعة من بكتيريا حمض اللاكتيك (LAB) المعروفة بتنوعها البيئي ومرونتها الوظيفية. تم عزل أنواع مختلفة، مثل Weissella cibaria وWeissella confusa وWeissella paramesenteroides، من بيئات متنوعة، بما في ذلك الأطعمة المخمرة، ومنتجات الألبان، وقنوات الجهاز الهضمي للإنسان والحيوان. تعتبر هذه البكتيريا جزءًا لا يتجزأ من عمليات التخمير، حيث تعزز من قوام الطعام ونكهته، وتظهر إمكانيات بروبيوتيك وتكنولوجية حيوية كبيرة. من الجدير بالذكر أن W. confusa أظهرت قدرات في تثبيط الكائنات الحية المسببة للأمراض، ودعم صحة الأمعاء، وحتى التأثير على الجوانب الأيضية والنفسية، مما يجعلها مرشحًا لتطبيقات الميكروبات المغذاة مباشرة.
على الرغم من الفوائد الصحية الواعدة والتطبيقات الصناعية لـ Weissella، يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى مزيد من التوصيف الجيني لفهم مساراتها الأيضية وسلامتها بشكل أفضل. بدأت الأبحاث الحديثة في استكشاف LAB من مناطق بيئية أقل دراسة، مثل الفواكه الأمازونية، مما يكشف أن السياق البيئي يؤثر بشكل كبير على الميزات الجينية والقدرات الوظيفية لهذه البكتيريا. تهدف الدراسة إلى دمج التحليلات المعتمدة على الجينوم وملفات التعريف الأيضية للسلالة UTNCys2-2، التي أظهرت إمكانيات بروبيوتيك وإنتاج مركبات نشطة بيولوجيًا، مما يسهم في تطوير الأطعمة الوظيفية.
النتائج
يكشف التحليل الجيني لـ UTNCys2-2 عن كروموسوم دائري كامل بحجم 2,322,326 قاعدة مع محتوى GC يبلغ 44.59%، متوافق مع نوع W. confusa. يشير غياب البلازميدات إلى اعتماد أقل على العناصر خارج الكروموسوم للتكيف وتحمل الضغوط. يشفر الجينوم 2,194 تسلسلًا مشفرًا للبروتين، و76 tRNA، و10 جينات rRNA، مما يدل على قدرة ترجمة قوية. تم تأكيد التعيين التصنيفي من خلال محاذاة BLAST وتحليلات متوسط الهوية النوكليوتيدية (ANI)، مما وضع UTNCys2-2 ضمن مجموعة W. confusa، متميزة عن الأنواع الأخرى من Weissella.
من الجدير بالذكر أن UTNCys2-2 تمتلك نظام CRISPR-Cas من النوع II-A كامل، مما يعزز من استقرار الجينوم ويوفر مناعة ضد الحمض النووي الخارجي، وهي ميزة قد تمنح مزايا بيئية. تحتوي السلالة أيضًا على ثلاث مناطق بروفاج سليمة، مما يساهم في تنوع الجينوم بينما يتم موازنتها بواسطة آليات مراقبة الجينوم الفعالة. من المهم أنه لم يتم تحديد أي جينات ضراوة أو جزر مسببة للأمراض، مما يؤكد على ملف سلامتها الحيوية. كشفت فحوصات مقاومة المضادات الحيوية عن جينات vanY وvanT، لكن عدم ارتباطها بالعناصر الجينية المتحركة يقلل من خطر نقل الجينات الأفقي. بشكل عام، يتميز UTNCys2-2 كسلالة مستقرة جينيًا مع دفاعات مناعية تكيفية، مما يجعلها مناسبة لتخمير الطعام وتطبيقات البروبيوتيك.
المناقشة
تضمنت الأبحاث حول سلالة Weissella confusa UTNCys2-2، المعزولة من Costus sp. في الأمازون الإكوادوري، تحليلًا جينيًا شاملاً وتوصيفًا وظيفيًا. أسفر تسلسل الجينوم الكامل باستخدام منصة Illumina HiSeq X Ten عن تجميع عالي الجودة بحجم 2,322,326 قاعدة، مع 24 قطعة وGC محتوى يبلغ 44.51%. أكدت الهوية التصنيفية هوية السلالة من خلال تحليل متوسط الهوية النوكليوتيدية (ANI)، وكشفت التعليقات الوظيفية عن مجموعة متنوعة من الإنزيمات النشطة للكربوهيدرات (CAZymes)، بما في ذلك 118 جينًا مرتبطًا بالهيدرازات الجليكوسيدية ونقل الجليكوسيل. تشير هذه البروفايل الواسع من CAZyme إلى تنوع السلالة الأيضي وإمكاناتها للتطبيقات التكنولوجية الحيوية، لا سيما في تخمير الطعام وصيغ البروبيوتيك.
سلط التحليل الإضافي الضوء على مسارات KEGG الغنية المرتبطة بتخليق البوليمرات السكرية الخارجية (EPS) وتحمل الضغوط، مما يبرز الإمكانات البروبيوتيك للسلالة. تشير وجود الجينات المعنية بتخليق الريبوفلافين إلى أن UTNCys2-2 يمكن أن تنتج هذا الفيتامين بشكل مستقل، مما يعزز ملفها الغذائي في المنتجات المخمرة. بالإضافة إلى ذلك، حددت عمليات التنقيب في الجينوم مجموعة جينات تخليقية T3PKS، مما يشير إلى إمكانية وجود مستقلبات ثانوية جديدة ذات خصائص مضادة للميكروبات. كشفت تحليل الجينوم الشامل عن تنوع جيني كبير، حيث أظهرت UTNCys2-2 مجموعات جينية فريدة مرتبطة باستقلاب الكربوهيدرات، مما يعزز من قدرتها على التكيف ووظائفها المتخصصة. بشكل عام، تضع هذه النتائج W. confusa UTNCys2-2 كمرشح واعد للبروبيوتيك من الجيل التالي وتطبيقات الأطعمة الوظيفية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1779198
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41834849
Publication Date: 2026-02-27
Author(s): Gabriela N. Tenea
Primary Topic: Probiotics and Fermented Foods
Overview
The research investigates the lactic acid bacterium Weissella confusa UTNCys2-2, isolated from Amazonian spiral ginger, highlighting its genomic and functional characteristics. Whole-genome sequencing revealed a 2.32 Mb circular chromosome with 2,194 protein-coding genes, a complete Type II-A CRISPR-Cas system, and a lack of virulence factors or transferable antimicrobial resistance genes. Phylogenomic analysis positioned UTNCys2-2 within the W. confusa clade, closely related to the reference strain DSM 20196. Functional annotations identified 118 carbohydrate-active enzymes (CAZymes) that facilitate exopolysaccharide (EPS) biosynthesis and carbohydrate metabolism, while KEGG and MetaCyc pathways indicated capabilities in glycogen and riboflavin biosynthesis.
The metabolomic profiling of the cell-free supernatant (CFS) revealed a diverse array of bioactive compounds, including alkaloids, bioactive peptides, and phenolics, suggesting potential antimicrobial and probiotic properties. The findings underscore UTNCys2-2’s suitability for applications in food fermentation and probiotic development due to its biosafety, metabolic versatility, and genomic integrity. Future research is recommended to explore the strain’s regulatory mechanisms and practical applications in food matrices through transcriptomic and proteomic analyses, alongside pilot-scale fermentation trials.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the genus Weissella, a group of lactic acid bacteria (LAB) recognized for their ecological diversity and functional versatility. Various species, such as Weissella cibaria, Weissella confusa, and Weissella paramesenteroides, have been isolated from diverse environments, including fermented foods, dairy products, and human and animal gastrointestinal tracts. These bacteria are integral to fermentation processes, enhancing food texture and flavor, and exhibit significant probiotic and biotechnological potential. Notably, W. confusa has shown capabilities in inhibiting pathogenic organisms, supporting gut health, and even influencing metabolic and psychological aspects, positioning it as a candidate for direct-fed microbial applications.
Despite the promising health benefits and industrial applications of Weissella, the authors emphasize the need for further genomic characterization to better understand their metabolic pathways and safety. Recent research has begun to explore LAB from less-studied ecological niches, such as Amazonian fruits, revealing that the environmental context significantly influences the genomic features and functional capabilities of these bacteria. The study aims to integrate genome-based analyses and metabolomic profiling of the strain UTNCys2-2, which has demonstrated probiotic potential and bioactive compound production, thereby contributing to the development of functional foods.
Results
The genomic analysis of UTNCys2-2 reveals a complete circular chromosome of 2,322,326 bp with a GC content of 44.59%, consistent with the W. confusa species. The absence of plasmids suggests a reduced reliance on extrachromosomal elements for adaptation and stress tolerance. The genome encodes 2,194 protein-coding sequences, 76 tRNAs, and 10 rRNA genes, indicating robust translational capacity. Taxonomic assignment was confirmed through BLAST alignment and average nucleotide identity (ANI) analyses, placing UTNCys2-2 within the W. confusa clade, distinct from other Weissella species.
Notably, UTNCys2-2 possesses a complete Type II-A CRISPR-Cas system, which enhances genomic stability and provides immunity against foreign DNA, a feature that may confer ecological advantages. The strain also contains three intact prophage regions, contributing to genome diversification while being balanced by effective genome surveillance mechanisms. Importantly, no virulence genes or pathogenicity islands were identified, affirming its biosafety profile. Antimicrobial resistance screening detected vanY and vanT genes, but their lack of association with mobile genetic elements mitigates the risk of horizontal gene transfer. Overall, UTNCys2-2 is characterized as a genomically stable strain with adaptive immune defenses, making it suitable for food fermentation and probiotic applications.
Discussion
The research on Weissella confusa strain UTNCys2-2, isolated from Costus sp. in the Ecuadorian Amazon, involved comprehensive genomic analysis and functional annotation. Whole-genome sequencing using the Illumina HiSeq X Ten platform resulted in a high-quality assembly of 2,322,326 bp, with 24 contigs and a GC content of 44.51%. Taxonomic identification confirmed the strain’s identity through Average Nucleotide Identity (ANI) analysis, and functional annotations revealed a diverse repertoire of carbohydrate-active enzymes (CAZymes), including 118 genes related to glycoside hydrolases and glycosyltransferases. This extensive CAZyme profile indicates the strain’s metabolic versatility and potential for biotechnological applications, particularly in food fermentation and probiotic formulations.
Further analysis highlighted enriched KEGG pathways associated with exopolysaccharide (EPS) biosynthesis and stress tolerance, underscoring the strain’s probiotic potential. The presence of genes involved in riboflavin biosynthesis suggests UTNCys2-2 can autonomously produce this vitamin, enhancing its nutritional profile in fermented products. Additionally, genome mining identified a T3PKS biosynthetic gene cluster, indicating the potential for novel secondary metabolites with antimicrobial properties. Pangenome analysis revealed significant genetic diversity, with UTNCys2-2 exhibiting unique gene clusters related to carbohydrate metabolism, reinforcing its adaptability and specialized functions. Overall, these findings position W. confusa UTNCys2-2 as a promising candidate for next-generation probiotics and functional food applications.