Учёные обнаружили гибридный метаболизм у микроба из ферментированных продуктов
Молочнокислые бактерии играют ключевую роль в создании ферментированных продуктов, таких как йогурт, сыр и квашеная капуста. Некоторые штаммы также используются в качестве пробиотиков для улучшения здоровья кишечника человека.
Исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе и Университета Райса обнаружили, что молочнокислые бактерии используют ранее неизвестный энергетический метаболизм, что радикально меняет научное представление о том, как эти бактерии могут процветать в своей естественной среде.
Учёные выяснили, что вид Lactiplantibacillus plantarum использует гибридный метаболизм, сочетающий черты дыхания и брожения.
"Используя этот смешанный метаболизм, молочнокислые бактерии, такие как L. plantarum, растут лучше и быстрее подкисляют окружающую среду", — сказала соавтор Мария Марко, профессор факультета пищевых наук и технологий Калифорнийского университета в Дэвисе.
Результаты, опубликованные в журнале eLIFE, могут привести к новым технологиям использования молочнокислых бактерий для производства более полезных и вкусных ферментированных продуктов и напитков, одновременно минимизируя пищевые отходы. Манипулирование этим метаболизмом может изменить вкус и текстуру ферментированных продуктов.
"Мы также можем обнаружить, что этот смешанный метаболизм полезен в других средах, например, в пищеварительном тракте", — добавила Марко. "Возможность управлять им может улучшить здоровье кишечника".
Начало с загадки
Исследование началось с загадки. В отличие от брожения, дыхание требует внешней молекулы, способной принимать электроны, например, кислорода при аэробном дыхании. Некоторые микроорганизмы, получающие энергию в основном за счёт дыхания, могут использовать акцепторы электронов, расположенные вне клетки. Эта способность, называемая внеклеточным переносом электронов, связана с определёнными генами. Недавно идентифицированный набор генов внеклеточного переноса электронов был обнаружен у молочнокислых бактерий, которые используют метаболизм брожения для получения энергии и роста.
"Это было похоже на обнаружение метаболических генов змеи у кита", — сказала соавтор Каролин Аджо-Франклин, биоучёный из Университета Райса. "В этом не было особого смысла, и мы подумали: "Мы должны это выяснить"".
Изученная обычная бактерия L. plantarum зависит преимущественно от брожения. "Но когда мы помещаем их в особые условия, где мы предоставляем им источник углерода, который затрудняет выработку лактата — основного конечного продукта брожения, им приходится искать обходные пути. Вот тогда и включается новый метаболизм", — пояснила Аджо-Франклин.
По словам Марко, "этот смешанный метаболизм позволяет L. plantarum преодолевать основные препятствия для роста, позволяя бактериям отправлять электроны за пределы клетки".
Исследовательская группа показала, как L. plantarum использует этот метаболизм для изменения своей среды в процессе пищевой ферментации. Запуск этого пути с помощью электродов также открывает множество возможностей для тонкой настройки пищевых ферментаций с целью изменения их вкуса.