Мультиплатформенная метагеномная характеристика микробного сообщества в процессе спонтанной ферментации какао
Multi-platform metagenomic characterization of the microbial community during spontaneous cacao fermentation
Joel Tigrero-Vaca, Mirian Villavicencio-Vásquez, Jonathan Coronel-León, Juan Manuel Cevallos‐Cevallos
Аннотация (перевод)
Ферментация какао — это спонтанный процесс, в котором микроорганизмы играют ключевую роль в формировании характерного шоколадного вкуса и аромата. Микробиота, участвующая в ферментации какао, традиционно характеризовалась с помощью культурологических методов и секвенирования следующего поколения с использованием платформы Illumina. Однако потенциал технологий секвенирования in situ для мониторинга динамики микроорганизмов в процессе ферментации какао ранее не оценивался. В данном исследовании образцы какао-бобов отбирались через 0, 24, 48, 72 и 96 h после начала ферментации. Была выделена тотальная ДНК и подготовлены библиотеки секвенирования для последующего секвенирования с использованием платформ секвенирования Illumina и Nanopore MinION. Кроме того, микроорганизмы выделяли с помощью традиционных культурологических методов. На таксономических уровнях порядка и семейства секвенирование Illumina и MinION выявило схожий микробный состав в образцах. Однако на уровнях рода и вида наблюдались расхождения. В этом отношении секвенирование Illumina показало преобладание Limosilactobacillus, Levilactobacillus, Lactiplantibacillus, Frauteria, Saccharomyces и Acetobacter, тогда как секвенирование MinION продемонстрировало преобладание Escherichia, Salmonella, Liquorilactobacillus, Lentilactobacillus, Acetobacter и Komagataeibacter во время ферментации. Все три метода согласованно выявили основные виды дрожжей (Saccharomyces cerevisiae), молочнокислых бактерий (Lactiplantibacillus plantarum, Leuconostoc pseudomesenteroides, Levilactobacillus brevis, Liquorilactobacillus mali и Lentilactobacillus hilgardii) и уксуснокислых бактерий (Acetobacter pasteurianus) в процессе ферментации. Функциональный анализ на основе гибридной сборки данных Illumina и MinION выявил роль молочнокислых и уксуснокислых бактерий в метаболизме углеводов, аминокислот и вторичных метаболитов, таких как полифенолы и теобромин. Данное исследование представляет собой первый отчет, оценивающий применимость секвенирования MinION для характеристики микробных популяций при ферментации какао, демонстрируя его потенциал в качестве дополнительного инструмента к уже утвердившимся платформам секвенирования.
Оригинальная аннотация
Cacao fermentation is a spontaneous process in which microorganisms play a key role in the development of distinctive chocolate flavors. The microbiota acting during cacao fermentation has been routinely characterized by culture-based techniques and next-generation sequencing using Illumina’s platform. However, the potential of in situ sequencing technologies to monitor microbial dynamics during cacao fermentation has not been assessed. In this study, cacao bean samples were collected at 0, 24, 48, 72, and 96 h after the start of the fermentation. Total DNA was extracted, and sequencing libraries were prepared for further sequencing using Illumina’s and Nanopore’s MinION sequencing platforms. Additionally, microorganisms were isolated using traditional culture-based methods. At the order and family taxonomic levels, Illumina and MinION sequencing revealed similar microbial composition in the samples. However, discrepancies were observed at the genus and species levels. In this sense, Illumina sequencing revealed a predominance of Limosilactobacillus, Levilactobacillus, Lactiplantibacillus, Frauteria, Saccharomyces and Acetobacter, while MinION sequencing showed a prevalence of Escherichia, Salmonella, Liquorilactobacillus, Lentilactobacillus, Acetobacter and Komagataeibacter during fermentation. The three methods were consistent in detecting the major yeast (Saccharomyces cerevisiae), lactic acid bacteria (Lactiplantibacillus plantarum, Leuconostoc pseudomesenteroides, Levilactobacillus brevis, Liquorilactobacillus mali, and Lentilactobacillus hilgardii) and acetic acid bacteria (Acetobacter pasteurianus) species during fermentation. Functional analysis based on a hybrid assembly of Illumina and MinION data revealed the roles of lactic acid bacteria and acetic acid bacteria in the metabolism of carbohydrates, amino acids, and secondary metabolites such as polyphenols and theobromine. This study represents the first report assessing the applicability of MinION sequencing for the characterization of microbial populations during cacao fermentation, demonstrating its potential as a complementary tool to established sequencing platforms.
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/79d02118-9f93-4d9a-9ed1-a3942b0641f8
DOI: 10.3389/fbioe.2025.1630515
OpenAlex: W4413614667