ДНК-метабаркодинг мікробних угрупувань для підтримки здоров\'я

Заєць, І. Є.; Подоліч, О. В.; Рева, О. М.; Козировська, Н. О.

doi:10.7124/bc.000906

Biopolym. Cell. 2016; 32(1):3-8.

http://dx.doi.org/10.7124/bc.000906

Огляди

ДНК-метабаркодинг мікробних угрупувань для підтримки здоров'я

1Заєць І. Є., 1Подоліч О. В., 2Рева О. М., 1Козировська Н. О.

Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
Вул. Академіка Заболотного, 150, Київ, Україна, 03680
Університет Преторії
Лінфуд дорога, Хілкрест, Преторія, Південна Африка, 0002

Abstract

Високопродуктивне секвенування дозволяє отримати штрих-коди ДНК декількох видів мікроорганізмів з однієї проби навколишнього середовища. Профілювання видів на основі технологій секвенування нового покоління (СНП) дає нові можливості для оцінки впливу членів мікробних угрупувань пробіотиків на здоров’я людини. Метабаркодинг ДНК може слугувати для контролю якості мікробних угрупувань, включаючи складні пробіотики та інші ферментовані продукти. Детальна інвентаризація складних угрупувань є передумовою розуміння їх функціональності як цілісного утворення, що дасть можливість створювати більш ефективні біо-продукти шляхом точної заміни одного з членів угрупування/спільноти іншими. Ця стаття показує, як можна застосувати метабаркодинг ДНК на основі СНП для профілювання диких і гібридних мульти-мікробних угрупувань на прикладі пробіотичного напою комбучі, ферментованого дріжджово-бактеріальними партнерами.

Keywords: метабаркодинг ДНК, мікробні угрупування, охорона здоров’я, пробіотики

Повний текст: (PDF, англійською)

References

[1] Hebert PD, Ratnasingham S, deWaard JR. Barcoding animal life: cytochrome c oxidase subunit 1 divergences among closely related species. Proc Biol Sci. 2003;270 Suppl 1:S96-9.

[2] Schoch CL, Seifert KA, Huhndorf S, Robert V, Spouge JL, Levesque CA, Chen W; Fungal Barcoding Consortium; Fungal Barcoding Consortium Author List. Nuclear ribosomal internal transcribed spacer (ITS) region as a universal DNA barcode marker for Fungi. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012;109(16):6241-6.

[3] Blaalid R, Kumar S, Nilsson RH, Abarenkov K, Kirk PM, Kauserud H. ITS1 versus ITS2 as DNA metabarcodes for fungi. Mol Ecol Resour. 2013;13(2):218-24.

[4] Woese CR, Fox GE. Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms. Proc Natl Acad Sci U S A. 1977;74(11):5088-90.

[5] Margulies M, Egholm M, Altman WE, Attiya S, Bader JS, Bemben LA, Berka J, Braverman MS, Chen YJ, Chen Z, Dewell SB, Du L, Fierro JM, Gomes XV, Godwin BC, He W, Helgesen S, Ho CH, Irzyk GP, Jando SC, Alenquer ML, Jarvie TP, Jirage KB, Kim JB, Knight JR, Lanza JR, Leamon JH, Lefkowitz SM, Lei M, Li J, Lohman KL, Lu H, Makhijani VB, McDade KE, McKenna MP, Myers EW, Nickerson E, Nobile JR, Plant R, Puc BP, Ronan MT, Roth GT, Sarkis GJ, Simons JF, Simpson JW, Srinivasan M, Tartaro KR, Tomasz A, Vogt KA, Volkmer GA, Wang SH, Wang Y, Weiner MP, Yu P, Begley RF, Rothberg JM. Genome sequencing in microfabricated high-density picolitre reactors. Nature. 2005;437(7057):376-80.

[6] Taberlet P, Coissac E, Pompanon F, Brochmann C, Willerslev E. Towards next-generation biodiversity assessment using DNA metabarcoding. Mol Ecol. 2012;21(8):2045-50.

[7] Ji Y, Ashton L, Pedley SM, Edwards DP, Tang Y, Nakamura A, Kitching R, Dolman PM, Woodcock P, Edwards FA, Larsen TH, Hsu WW, Benedick S, Hamer KC, Wilcove DS, Bruce C, Wang X, Levi T, Lott M, Emerson BC, Yu DW. Reliable, verifiable and efficient monitoring of biodiversity via metabarcoding. Ecol Lett. 2013;16(10):1245-57.

[8] Zhou X, Li Y, Liu S, Yang Q, Su X, Zhou L, Tang M, Fu R, Li J, Huang Q. Ultra-deep sequencing enables high-fidelity recovery of biodiversity for bulk arthropod samples without PCR amplification. Gigascience. 2013;2(1):4.

[9] Marzorati M, Maignien L, Verhelst A, Luta G, Sinnott R, Kerckhof FM, Boon N, Van de Wiele T, Possemiers S. Barcoded pyrosequencing analysis of the microbial community in a simulator of the human gastrointestinal tract showed a colon region-specific microbiota modulation for two plant-derived polysaccharide blends. Antonie Van Leeuwenhoek. 2013;103(2):409-20.

[10] Bengmark S. Integrative medicine and human health - the role of pre-, pro- and synbiotics. Clin Transl Med. 2012;1(1):6.

[11] Schrezenmeir J, de Vrese M. Probiotics, prebiotics, and synbiotics--approaching a definition. Am J Clin Nutr. 2001;73(2 Suppl):361S-364S.

[12] Bernardo WM, Aires FT, Carneiro RM, Sá FP, Rullo VE, Burns DA. Effectiveness of probiotics in the prophylaxis of necrotizing enterocolitis in preterm neonates: a systematic review and meta-analysis. J Pediatr (Rio J). 2013;89(1):18-24.

[13] van Baarlen P, Wells JM, Kleerebezem M. Regulation of intestinal homeostasis and immunity with probiotic lactobacilli. Trends Immunol. 2013;34(5):208-15.

[14] Bested AC, Logan AC, Selhub EM. Intestinal microbiota, probiotics and mental health: from Metchnikoff to modern advances: Part I - autointoxication revisited. Gut Pathog. 2013;5(1):5.

[15] Raman M, Ambalam P, Kondepudi KK, Pithva S, Kothari C, Patel AT, Purama RK, Dave JM, Vyas BR. Potential of probiotics, prebiotics and synbiotics for management of colorectal cancer. Gut Microbes. 2013;4(3):181-92.

[16] Isolauri E, Salminen S; Nutrition, Allergy, Mucosal Immunology, and Intestinal Microbiota (NAMI) Research Group Report. Probiotics: use in allergic disorders: a Nutrition, Allergy, Mucosal Immunology, and Intestinal Microbiota (NAMI) Research Group Report. J Clin Gastroenterol. 2008;42 Suppl 2:S91-6.

[17] Davari S, Talaei SA, Alaei H, Salami M. Probiotics treatment improves diabetes-induced impairment of synaptic activity and cognitive function: behavioral and electrophysiological proofs for microbiome-gut-brain axis. Neuroscience. 2013;240:287-96.

[18] Gawkowski D, Chikindas ML. Non-dairy probiotic beverages: the next step into human health. Benef Microbes. 2013;4(2):127-42.

[19] Roh SW, Kim KH, Nam YD, Chang HW, Park EJ, Bae JW. Investigation of archaeal and bacterial diversity in fermented seafood using barcoded pyrosequencing. ISME J. 2010;4(1):1-16.

[20] Oguntoyinbo FA, Narbad A. Molecular characterization of lactic acid bacteria and in situ amylase expression during traditional fermentation of cereal foods. Food Microbiol. 2012;31(2):254-62.

[21] Park EJ, Chun J, Cha CJ, Park WS, Jeon CO, Bae JW. Bacterial community analysis during fermentation of ten representative kinds of kimchi with barcoded pyrosequencing. Food Microbiol. 2012;30(1):197-204.

[22] Kim YS, Kim MC, Kwon SW, Kim SJ, Park IC, Ka JO, Weon HY. Analyses of bacterial communities in meju, a Korean traditional fermented soybean bricks, by cultivation-based and pyrosequencing methods. J Microbiol. 2011;49(3):340-8.

[23] Nam YD, Lee SY, Lim SI. Microbial community analysis of Korean soybean pastes by next-generation sequencing. Int J Food Microbiol. 2012;155(1-2):36-42.

[24] Nam YD, Park SL, Lim SI. Microbial composition of the Korean traditional food "kochujang" analyzed by a massive sequencing technique. J Food Sci. 2012;77(4):M250-6.

[25] Marsh AJ, O'Sullivan O, Hill C, Ross RP, Cotter PD. Sequence-based analysis of the bacterial and fungal compositions of multiple kombucha (tea fungus) samples. Food Microbiol. 2014;38:171-8.

[26] Vīna I, Semjonovs P, Linde R, Patetko A. Glucuronic acid containing fermented functional beverages, produced by natural yeasts and bacteria associations. IJRRAS. 2013; 14(1):17–25.

[27] Kozyrovska NO, Reva OM, Goginyan VB, de Vera J-P. Kombucha microbiome as a probiotic: a view from the perspective of post-genomics and synthetic ecology. Biopolym Cell. 2012; 28(2):103–13.

[28] Yapar K, Cavusoglu K, Oruc E, Yalcin E. Protective effect of kombucha mushroom (KM) tea on phenol-induced cytotoxicity in albino mice. J Environ Biol. 2010;31(5):615-21.

[29] Bhattacharya S, Manna P, Gachhui R, Sil PC. Protective effect of kombucha tea against tertiary butyl hydroperoxide induced cytotoxicity and cell death in murine hepatocytes. Indian J Exp Biol. 2011;49(7):511-24.

[30] Bhattacharya S, Gachhui R, Sil PC. Hepatoprotective properties of kombucha tea against TBHP-induced oxidative stress via suppression of mitochondria dependent apoptosis. Pathophysiology. 2011;18(3):221-34.

[31] Bhattacharya S, Gachhui R, Sil PC. Effect of Kombucha, a fermented black tea in attenuating oxidative stress mediated tissue damage in alloxan induced diabetic rats. Food Chem Toxicol. 2013;60:328-40.

[32] Aloulou A, Hamden K, Elloumi D, Ali MB, Hargafi K, Jaouadi B, Ayadi F, Elfeki A, Ammar E. Hypoglycemic and antilipidemic properties of kombucha tea in alloxan-induced diabetic rats. BMC Complement Altern Med. 2012;12:63.

[33] Reva ON, Zaets IE, Ovcharenko LP, Kukharenko OE, Shpylova SP, Podolich OV, de Vera JP, Kozyrovska NO. Metabarcoding of the kombucha microbial community grown in different microenvironments. AMB Express. 2015;5(1):124.

[34] Chakravorty S, Bhattacharya S, Chatzinotas A, Chakraborty W, Bhattacharya D, Gachhui R. Kombucha tea fermentation: Microbial and biochemical dynamics. Int J Food Microbiol. 2016;220:63-72.