Abstract Modern research in food science and nutrition is transferring from classical methodologies to advanced molecular strategies in which next-generation sequencing (NGS) technology plays a ...crucial role. In this context, Foodomics has been recently defined as a new and global field using advanced “omics” technologies in food analysis. In recent years, “food-omics” technologies are widely applicated in food microbiology to identify, quantify and to track food microbial consortia in the food chain, as well as in the food safety and quality assessment. Metagenomics, referred to as community genomics is a sequence-based analysis of the collective genomes of microorganisms present in a given environment. This rapidly developing technique has provided new knowledge about taxonomic diversity and the dynamics of microbial communities at the genus, species and even strain level. An comprehensive metagenomic approach has proven to be a powerful tool in profiling the microbial ecology of complex ecosystems such as fermented foods. Currently, research focuses on understanding and controlling the fermentation process to ensure the consistent sensory properties of food products, increase safety and reduce food spoilage. The goal of this review is to provide an overview of the latest achievements of the “food-omics” technologies applied to biodiversity and functionality of food microflora, food safety and quality control. Furthermore, we discuss current challenges and future applications of “food-omics” technologies in the food industry. 1. Introduction. 2. Methodologies and technologies in the field of food-omics. 3. Application of “food-omics” technology in food analysis. 3.1. Metagenomics as a tool for monitoring the fermentation process. 3.2. Monitoring food storage conditions. 3.3. Food safety monitoring. 4. Summary
Porast debelosti v moderni družbi je povezan z večjo pojavnostjo z debelostjo povezanih bolezni in predstavlja veliko finančno breme za javno zdravstvo. Pomembno odkritje na področju mikrobiologije ...prebavnega trakta sesalcev je povezano z vlogo prebavne mikrobiote pri razvoju debelosti. Z novimi molekularnimi metodami in poskusi z gnotobiotskimi živalmi so do neke mere pojasnili udeležbo prebavne mikrobiote pri uravnavanju telesne mase in energijskega ravnovesja gostitelja. Prebavna mikrobiota vpliva na vnos hranil in porabo energije iz hrane in pospešuje shranjevanje le-te v maščobna tkiva s procesi fermentacije, olajšane absorpcije in tudi z vplivom na izražanje gostiteljevih genov (protein Fiaf) ter na aktivnost gostiteljevih encimov (proteinska kinaza AMPK). Pri debelih miših in ljudeh je prebavna mikrobiota dokazano bolj učinkovita pri izkoriščanju energije iz hrane kot pri suhih. osebkih. Obstajajo značilne razlike v sestavi mikrobne združbe glede na debel oz. suh fenotip. V prebavilih debelih živali in ljudi se dosledno kaže povišan delež predstavnikov bakterij iz debla Firmicutes na račun zmanjšanja predstavnikov debla Bacteroidetes, obe prevladujoči debli pa v prebavilih sesalcev skupaj predstavljata do 90 % vseh bakterij. Izkazalo se je, da je prebavna mikrobiota udeležena tudi pri patofiziologiji debelosti preko dejavnikov, kot je mikrobni LPS. Rezultati raziskav kažejo, da lahko spremembe deleža maščob v hrani vplivajo na sestavo mikrobne združbe ter da te spremembe vplivajo na pojavnost metabolnih bolezni. Odpira se novo področje manipulacije prebavne mikrobiote za zdravljenje debelosti in z njo povezanih bolezni.
The increased prevalence of obesity in modern society is associated with incidence of obesity related diseases and represents a financial burden on public health. Important discovery in the field of microbial ecology of the gut was the possible involvement of the gut microbiota in obesity development. Using new molecular techniques and gnotobiotic animal models has revealed the relation between the regulation of body mass and energy balance of the host with the microbial community of the gut. Gut microbiota affects nutrient intake, facilitate the extraction of energy from food and promote storage of the calories in host adipose tissue through processes of fermentation, absorption and through the effect on the expression of host genes (e.g. Fiaf) and the activity of host enzymes (e.g. AMPK). In obese mice and humans the gut microbiota is clearly able to obtain energy from food more effectively as in the lean subjects. There are significant differences in the composition of microbial communities in relation to fat vs. lean phenotype. In the gut of obese animals and humans the increased proportion of the Firmicutes at the expense on Bacteroidetes was consistently detected. Both are the dominant bacterial groups in mammalian gastrointestinal tract, accounting together for 90% of all bacteria. It has been shown that gut microbiota is involved also in patophysiology of obesity through factors such as microbial LPS. Existing results show that high fat diet can affect the composition of microbial community in the gut and that these changes can further affect the incidence of metabolic disease. This evidence potentially opens a new field of manipulation of the gut microbiota as a new strategy to treat obesity and related diseases.
Jedna je od općenitih značajki prokariota velika raznolikost genoma, na što utječu mutacije, horizontalni prijenos gena, prisutnost bakteriocina i bakterijskih virusa. Iznimna se genomska raznolikost ...razvila kao posljedica izlaganja mikroorganizama stresu i njihove prilagodbe različitim uvjetima okoliša. U radu su predstavljena dva primjera raznolikosti prokariota: genetska varijabilnost jedinki vrste Escherichia coli i raznolikost mikroorganizama prisutnih u slanim staništima, praćena raspravom o zdravstvenim problemima uzrokovanim unosom kontaminirane hrane i mogućnosti primjene mikroorganizama u biotehnologiji.
Radi identifikacije mikrobne zajednice u mlijeku provedena je metagenomska i uobičajena kulturelna pretraga uzoraka mlijeka krava sa supkliničkim mastitisom. Ukupno je 77 trostruko križanih Kankrej i ...Gir mliječnih krava i 301 četvrt vimena bilo pretraženo na supklinički mastitis. Izdvojeno je bilo 106 izolata svrstanih u pet različitih rodova iz 91 četvrti od 41 krave uključujući i 15 četvrti kod kojih je kulturelnom pretragom bila ustanovljena mješovita bakterijska infekcija. Sljedovi mješavine DNA izdvojeni iz uzoraka mlijeka kod supkliničkog mastitisa očitani pirosekvenciranjem bili su analizirani po podsustavu SEED baze podataka „Meta Genome Rapid Annotation with Subsystem Technology (MG-RAST)“. Iz pretraženih uzoraka mlijeka bilo je izdvojeno pet rodova: Staphylococcus, Streptococcus, Micrococcus, Bacillus i Escherichia. Četiri su bila dokazana postupkom pirosekvenciranja: Staphylococcus, Streptococcus, Bacillus i Escherichia, dok Micrococcus nije bio dokazan. S druge strane, pirosekvenciranjem je bilo dokazano 28 bakterijskih vrsta, od kojih su samo dvije, S. aureus i E. coli, bile dokazane klasičnom kulturelnom pretragom. S. agalactiae, treća vrsta identificirana kulturelnom pretragom nije bila dokazana postupkom pirosekvenciranja. Metagenomskom analizom dodatno je bilo dokazano 19 rodova i 26 vrsta u usporedbi s rutinskom kulturelnom pretragom. Mnoge anaerobne bakterije, koje je vrlo teško uzgojiti rutinskim metodama, bile su identificirane metagenomskom analizom.
Pozadina istraživanja. Kiselo tijesto predstavlja spontano oblikovan složeni ekosustav različitih bakterija mliječno-kiselog vrenja i kvasaca koji stvaranjem specifičnih metabolita određuju kakvoću ...pekarskih proizvoda. Za kreiranje i kontroliranu pripremu kiselog tijesta sa željenim nutritivnim značajkama, neophodno je razumjeti raznolikost mliječno-kiselih bakterija.
Eksperimentalni pristup. Sekvenciranjem nove generacije V1-V3 hipervarijabilnih regija 16S rRNA gena ispitali smo mikrobnu zajednicu kiselog tijesta proizvedenog od cjelovitih žitarica vrste Triticum monococcum, porijeklom iz jugozapadne Bugarske. Odabir metode ekstrakcije DNA je ključni korak za dobivanje točnih rezultata sekvenciranja, budući da ona može bitno utjecati na ispitanu mikrobnu zajednicu. Stoga smo odabrali tri komercijalna alata za izolaciju DNA i ispitali njihov učinak na bakterijsku raznolikost.
Rezultati i zaključci. Pomoću sva tri alata izdvojen je bakterijski DNA materijal koji je zadovoljio kontrolu kvalitete, te je uspješno sekvenciran na platformi Illumina MiSeq. Rezultati dobiveni različitim DNA protokolima pokazali su razlike u profilima mikrobnih zajednica. Alfa-indeksi raznolikosti (ACE, Chao1, Shannon, i Simpson) također su bili različiti za svaku skupinu. Usprkos tome, opažena je izražena dominacija bakterija koljena Firmicutes, razreda Bacilli, reda Lactobacillales, i to najviše porodice Lactobacillaceae, roda Lactobacillus (relativna zastupljenost od 63,11-82,28 %) i porodice Leuconostocaceae, roda Weissella (relativna zastupljenost od 3,67–36,31 %). Dvije dominantne vrste koje su identificirane u sva tri DNA izolata bile su Lactiplantibacillus plantarum, čija je relativna zastupljenost bila 16,15-31,24 % i Levilactobacillus brevis, čija je relativna zastupljenost bila 6,21-16,29 %.
Novina i znanstveni doprinos. Dobiveni rezultati daju uvid u taksonomski sastav bakterijske populacije kiselog tijesta porijeklom iz Bugarske. Imajući na umu da je kiselo tijesto zahtjevna podloga za izolaciju DNA, te da ne postoji standardizirani protokol za njegovu obradu, svrha je ove pilot studije bila dati mali doprinos uspostavljanju i validaciji budućih protokola, koji će omogućiti preciznu evaluaciju specifične mikrobne populacije kiselih tijesta.
PDF
