Обоснование выбора штаммов лактобацилл для создания пробиотического микробного консорциума на основе их биологической безопасности

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.

1. Chen Y, Zhou J, Wang L. Role and Mechanism of Gut Microbiota in Human Disease. Front Cell Infect Microbiol. 2021; 11: 625913. doi: 10.3389/fcimb.2021.625913

2. Клименко Е.С., Белькова Н.Л., Погодина А.В., Рычкова Л.В., Даренская М.А. Коморбидность функциональных расстройств кишечника и ожирения с точки зрения микробиома. Acta biomedica scientifica. 2022; 7(5–2): 56–66. doi: 10.29413/ABS.2022-7.5-2.6

3. Маев И.В., Лямина С.В. Кишечная микробиота: новые возможности диагностики и лечения. Клиническая медицина. 2024; 102(4): 297–308. doi: 10.30629/0023-2149-2024-102-4-297-308

4. Савинова Ю.С., Белькова Н.Л., Семёнова Н.В., Рычкова Л.В. История, современные направления и перспективы развития про- и пребиотических препаратов в России и за рубежом. Acta biomedica scientifica. 2022; 7(5–1): 211–227. doi: 10.29413/ABS.2022-7.5-1.23

5. Shah AB, Baiseitova A, Zahoor M, Ahmad I, Ikram M, Bakhsh A, et al. Probiotic significance of Lactobacillus strains: a comprehensive review on health impacts, research gaps, and future prospects. Gut Microbes. 2024; 16(1): 2431643. doi: 10.1080/19490976.2024.2431643

6. Klimenko E, Belkova N, Gorkavenko A, Smurova N, Zugeeva R, Morozova A, et al. Lactobacillus paragasseri lg94 With High L-Lactic Acid Production and Probiotic Potential. Front. Biosci. 2026; 18(2): 47162. doi: 10.31083/FBE47162

7. Araya M, Morelli L, Reid G, Sanders M, Stanton C, Pineiro M, et al. Guidelines for the evaluation of probiotics in food. World Health Organization, Food and Agriculture Organization of the United Nations. 2002; 35–45.

8. Система предрегистрационного доклинического изучения безопасности препаратов. Отбор, проверка и хранение производственных штаммов, используемых при производстве пробиотиков: Методические указания. – М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2010; 60.

9. Кишилова С.А., Леонова В.А., Митрова В.А., Рожкова И.В. Современные биотехнологические решения в области использования молочнокислых бактерий для молочной промышленности: от селекции штаммов до пробиотических продуктов. Техника и технология пищевых производств. 2025; 55(3): 624–633. doi: 10.21603/2074-9414-2025-3-2596

10. Методические указания по санитарно-эпидемиологической оценке безопасности и функционального потенциала пробиотических микроорганизмов, используемых для производства пищевых продуктов: Методические указания. – М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора. 2011; 104.

11. Davray D, Deo D, Kulkarni R. Plasmids encode niche-specific traits in Lactobacillaceae. Microbial Genomics. 2021; 7(3): 000472. doi: 10.1099/mgen.00472

12. Smurova NE, Gorkavenko AS, Zugeeva RE, Belkova NL, Chemezova NN, Kondratov IG, et al. Analysis of Antibiotic Susceptibility of Lactobacillus Strains Isolated from Adolescent Gut Microbiota. Bull Exp Biol Med. 2026; 180: 618–621. doi: 10.1007/s10517-026-06687-w

13. Kondratov IG, Ogarkov OB, Sinkov VV, Suzdalnitsky AE, Koshcheyev ME, Orlova EA, et al. Prediction of metabolic profile and virulence factors of facultative-anaerobic bacteria from tuberculous necrosis foci based on whole-genome sequencing data. Bull. Exp. Biol. Med. 2025; 179: 446–449. doi: 10.1007/s10517-025-06508-6

14. Andrews SA. Quality Control tool for High Throughput Sequence Data. http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/ [date of access: July 07, 2026].

15. Bolger AM, Lohse M, Usadel B. Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinformatics. 2014; 30(15): 2114–2120. doi: 10.1093/bioinformatics/btu170

16. Bankevich A, Nurk S, Antipov D, Gurevich AA, DvorkinM, Kulikov AS, et al. SPAdes: a new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing. Journal of computational biology. 2012; 19(5): 455–477. doi: 10.1089/cmb.2012.0021

17. Mikheenko A, Prjibelski A, Saveliev V, Antipov D, Gurevich A. Versatile genome assembly evaluation with QUAST-LG. Bioinformatics. 2018; 34(13): i142–i150. doi: 10.1093/bioinformatics/bty266

18. Seemann T. Prokka: rapid prokaryotic genome annotation. Bioinformatics. 2014; 30(14): 2068–2069. doi: 10.1093/bioinformatics/btu153

19. Rodriguez-R LM, Gunturu S, Harvey WT, Rosselló-Mora R, Tiedje JM, Cole JR, et al. The Microbial Genomes Atlas (MiGA) webserver: taxonomic and gene diversity analysis of Archaea and Bacteria at the whole genome level. Nucleic Acids Res. 2018; 46(W1): W282–W288. doi: 1093/nar/gky467

20. Seemann T. ABRicate: mass screening of contigs for antiobiotic resistance genes. https://github.com/tseemann/abricate/ [date of access: July 07, 2026].

21. Robertson J, Nash JHE. MOB-suite: software tools for clustering, reconstruction and typing of plasmids from draft assemblies. Microbial genomics. 2018; 4(8): e000206. doi: 10.1099/mgen.0.000206

22. Sağlam H, Karahan AG. Plasmid stability of potential probiotic Lactobacillus plantarum strains in artificial gastric juice, at elevated temperature, and in the presence of novobiocin and acriflavine. Arch Microbiol. 2021; 203(1): 183–191. doi: 10.1007/s00203-020-02017-4