Метагеномное исследование микробного состава и функционального потенциала какао (Theobroma Cacao L.) в процессе ферментации и сушки в Колумбии.
Metagenomic Insights into the Microbial Composition and Functional Potential of Cocoa (Theobroma Cacao L.) During Fermentation and Drying in Colombia.
López-Puentes D, Ojeda-Pérez ZZ, Arias-Moreno DM
Аннотация (перевод)
Шотган-метагеномика — это подход, все чаще применяемый для исследования микробной сукцессии и функционального потенциала в сложных ферментированных пищевых системах, включая ферментацию какао-бобов. В данном исследовании мы использовали шотган-метагеномное секвенирование на платформе Illumina для характеристики динамики микробного сообщества и метаболического потенциала на двух маршрутах послеуборочной обработки какао (R1 и R2) в Boyacá, Колумбия, охватывающих этапы ферментации и сушки. Образцы какао-бобов отбирались в определенные временные точки во время ферментации и последующей естественной сушки, а метагеномные риды, не принадлежащие хозяину, подвергались таксономической классификации и функциональной аннотации для оценки грибов, бактерий и вирусов. На протяжении всей послеуборочной обработки наблюдалась четкая мультиэкологическая сукцессия. Грибные сообщества сменились от профиля с преобладанием дрожжей, преимущественно Saccharomyces и Pichia во время ферментации, к появлению нитчатого гриба Aspergillus во время сушки. Бактериальные популяции перешли от разнообразных Enterobacteriaceae на ранних стадиях ферментации к практически полному доминированию Acetobacter, которое сохранялось на протяжении всей фазы сушки. Вирусные сообщества также продемонстрировали структурированные сукцессионные паттерны: Lambdavirus и Punavirus преобладали на ранних этапах ферментации, сменившись Spbetavirus, Lafunavirus и Pemunavirus на более поздних стадиях и во время сушки. Функциональный анализ выявил высокий метаболический потенциал для углеводного, энергетического и аминокислотного обмена на ранних стадиях ферментации с последующим выраженным снижением на более поздних стадиях, что указывает на замедление метаболизма. Ключевые метаболические функции сохранялись во время сушки на существенно более низких уровнях активности. Этот комплексный метагеномный анализ связывает структуру микробного сообщества с его функциональным потенциалом и создает научную основу для оптимизации стартовых культур и стратегий послеуборочной обработки с целью повышения качества и безопасности какао.
Оригинальная аннотация
Shotgun metagenomics is an approach increasingly applied to investigate microbial succession and functional potential in complex fermented food systems, including cocoa bean fermentation. In this study, we used Illumina-based shotgun metagenomic sequencing to characterize microbial community dynamics and metabolic potential across two post-harvest cocoa processing routes (R1 and R2) in Boyacá, Colombia, encompassing both fermentation and drying stages. Cocoa beans were sampled at defined time points during fermentation and subsequent natural drying, and non-host metagenomic reads were subjected to taxonomic classification and functional annotation to assess fungi, bacteria, and viruses. A clear multi-ecological succession was observed throughout post-harvest processing. Fungal communities shifted from a yeast-dominated profile, mainly Saccharomyces and Pichia during fermentation, to the emergence of the filamentous fungus Aspergillus during drying. Bacterial populations transitioned from diverse Enterobacteriaceae in early fermentation to a near-complete dominance of Acetobacter, which persisted throughout the drying phase. Viral communities also displayed structured successional patterns, with Lambdavirus and Punavirus prevalent in early fermentation, followed by Spbetavirus, Lafunavirus, and Pemunavirus during later stages and drying. Functional analyses revealed high metabolic potential for carbohydrate, energy, and amino acid metabolism during early fermentation, followed by a marked reduction in later stages, indicating a metabolic slowdown. Core metabolic functions were retained during drying at substantially lower activity levels. This integrated metagenomic analysis links microbial structure to functional potential and provides a scientific basis for optimizing starter cultures and post-harvest processing strategies to enhance cocoa quality and safety.
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/e2c03f9d-59ba-4111-818e-24a7ff52a0a0
DOI: 10.1007/s00248-026-02704-7