Зугеева Раиса Евгеньевна – младший научный сотрудник лаборатории биомедицинской микроэкологии
664003, г. Иркутск, ул. Тимирязева, 16
Raisa E. Zugeeva – junior researcher at the Laboratory of Biomedical Microecology
Timiryazev Str., 16, Irkutsk 664003
Смурова Надежда Евгеньевна – лаборант-исследователь лаборатории биомедицинской микроэкологии
664003, г. Иркутск, ул. Тимирязева, 16
Nadezhda E. Smurova – laboratory assistant-researcher at the Laboratory of Biomedical Microecology
Timiryazev Str., 16, Irkutsk 664003
Горкавенко Анна Сергеевна – младший научный сотрудник лаборатории биомедицинской микроэкологии
664003, г. Иркутск, ул. Тимирязева, 16
Anna S. Gorkavenko – junior researcher at the Laboratory of Biomedical Microecology
Timiryazev Str., 16, Irkutsk 664003
Клименко Елизавета Станиславовна – младший научный сотрудник функциональной группы геномных исследований и биоинформационного анализа
664003, г. Иркутск, ул. Тимирязева, 16
Elizaveta S. Klimenko – junior researcher at the Functional Group of Genomic Research and Bioinformatics analysis
Timiryazev Str., 16, Irkutsk 664003
Белькова Наталья Леонидовна – кандидат биологических наук, доцент, заведующая лабораторией микробиома и микроэкологии
664003, г. Иркутск, ул. Тимирязева, 16
Natalia L. Belkova – Cand. Sc. (Biol.), assoc. prof., leading research at the Laboratory of Microbiome and Microecology
Timiryazev Str., 16, Irkutsk 664003
Семёнова Наталья Викторовна – доктор биологических наук, профессор РАН, главный научный сотрудник лаборатории патофизиологии
664003, г. Иркутск, ул. Тимирязева, 16
Natalya V. Semenova – Dr. Sc. (Biol.), professor of the RAS, chief researcher at the Laboratory of Pathophysiology
Timiryazev Str., 16, Irkutsk 664003
Рычкова Любовь Владимировна – доктор медицинских наук, член-корреспондент РАН, профессор, директор
664003, г. Иркутск, ул. Тимирязева, 16
Lyubov V. Rychkova – Dr. Sc. (Med.), corresponding member of the RAS, professor, Director
Timiryazev Str., 16, Irkutsk 664003
Актуальность. Лактобациллы, являясь представителями нормобиоты, представляют большой интерес как наиболее важный и перспективный объект биотехнологии для создания пробиотических препаратов и функционального питания. Ключевым критерием выбора штаммов является подтвержденная безопасность, а именно отсутствие генов вирулентности и устойчивости к антимикробным препаратам (АМП). Важным аспектом в биобезопасности лактобацилл также является отсутствие плазмидного материала в геноме.
Цель работы. Оценить безопасность штаммов лактобацилл на основании фенотипической чувствительности к АМП и полногеномного анализа для обоснованного отбора штаммов–кандидатов в состав пробиотических консорциумов.
Материалы и методы. В исследование вошло 34 штамма лактобацилл, выделенных из кишечного биотопа здоровых и условно–здоровых детей и подростков Иркутской области. Идентификацию штаммов проводили с использованием MALDI-TOF масс–спектрометрии и полногеномного секвенирования. Чувствительность к АМП определяли диско–диффузионным методом. Проводили скрининг геномов штаммов лактобацилл на наличие генов устойчивости к АМП, вирулентности и плазмидных последовательностей.
Результаты. Фенотипический анализ чувствительности штаммов лактобацилл к АМП выявил как общие для всей коллекции черты, так и видоспецифичные особенности, преимущественно в отношении оксациллина и пенициллина G. В геномах всех проанализированных штаммов лактобацилл гены устойчивости к АМП и вирулентности отсутствовали. Плазмиды обнаружены в геномах 26 из 34 штаммов. По способности к горизонтальному переносу 37 плазмид были немобильными, 22 – мобильными и 1 – конъюгативная. Штаммы с мобильными и конъюгативными плазмидами были исключены из списка кандидатных штаммов в пробиотические консорциумы.
Заключение. Предложенный алгоритм отбора штаммов лактобацилл, включающий оценку фенотипической чувствительности к АМП, скрининг генома на наличие генов устойчивости к АМП, вирулентности и мобильных плазмидных элементов, позволяет отбирать безопасные штаммы для дальнейшего конструирования пробиотических консорциумов.
Background. Lactobacilli, being representatives of the normobiota, are of great interest as the most important and promising biotechnological targets for the development of probiotics and functional nutrition. The key criterion for strain selection is proven safety, specifically the absence of virulence and antimicrobial resistance (AMR) genes. An important aspect of the biosafety of lactobacilli is the absence of plasmids in the genome.
Aim. To evaluate the safety of lactobacilli strains based on their phenotypic susceptibility to antimicrobials (AMs) and whole-genome analysis for the evidence-based selection of candidate strains for probiotic consortia.
Materials and methods. The study included 34 strains of lactobacilli isolated from the intestinal biotope of healthy and apparently healthy children and adolescents in the Irkutsk region. The strains were identified using MALDI-TOF mass spectrometry and whole-genome sequencing. Susceptibility to AMs was determined using the disk diffusion method. The genomes of lactobacillus strains were screened for the presence of AMR, virulence, and plasmid sequences.
Results. A phenotypic analysis of the susceptibility of lactobacilli strains to AMs revealed both collection-wide characteristics and species-specific features, mainly in relation to oxacillin and penicillin G. The genes for AMR and virulence were absent in the genomes of all analyzed lactobacillus strains. Plasmids were found in the genomes of 26 of the 34 strains. In terms of horizontal transfer, 37 plasmids were non-mobilizable, 22 were mobilizable, and 1 was conjugative. Strains with mobile and conjugative plasmids were excluded from the list of candidate strains for probiotic consortia.
Conclusion. The proposed algorithm for selecting lactobacilli strains, including the assessment of phenotypic susceptibility to AMs, genome screening for the presence of AMR and virulence genes, and mobile plasmid elements, enables the selection of safe strains for the further development of probiotic consortia.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.