科学家们开发了一种能够自动分析细菌代谢特征的程序。该工具可快速确定微生物能够合成哪些有益物质（如维生素），有助于评估特定菌种在生物技术方面的潜力。生物技术专家告诉《消息报》，该软件计划用于寻找可用作益生菌和其他膳食补充剂的菌株。它还将使生产具有特定有益特性的发酵乳制品成为可能。
寻找有用菌株的软件
来自顿河国立技术大学、莫斯科第一国立谢东诺夫医科大学和瓦赫宁根大学（荷兰）的科学家们开发了KEGGaNOG工具，该工具将帮助专家快速评估细菌的代谢能力。研究人员表示，微生物在生物技术中被广泛用于生产维生素、抗生素、对医学和化学有价值的酶以及许多其他物质。此外，其中一些被包含在改善消化和增强免疫系统的益生菌制剂中。
要了解某种细菌对人类的有用程度，需要解码其基因组，因为合成有用化合物的能力取决于适当基因的存在。然而，大多数此类物质（如维生素）的合成涉及多个阶段，因此科学家首先必须寻找多个不同的基因，确定每个基因的功能，然后绘制出它们参与的代谢途径（新陈代谢中的化学转化链）图。当需要分析数百种细菌物种时，这个过程变得极其漫长和耗时。
"当我们遇到快速且可重复地分析蝙蝠肠道微生物群的困难时，我们开始开发这个工具。这促使我们创建了一种分析细菌基因组和宏基因组的便捷方法，"顿河国立技术大学研究员伊戈尔·波波夫告诉《消息报》。
Photo: Igor Popov
伊戈尔·波波夫在工作
KEGGaNOG充当遗传学家和生物技术专家广泛使用的两个程序——eggNOG-mapper和KEGG-Decoder之间的链接。第一个程序可以确定任何基因序列中所有基因的功能。该研究的作者使此程序的数据文件自动上传到新程序中，新程序从中提取对应于特定基因或生化反应的代码。然后，开发的软件将这些代码传输到KEGG Decoder，后者计算基因组中各种代谢途径的完整程度。
该程序通过创建热图、图表和图形来可视化所获得的数据，清晰地显示所研究生物体的细胞代谢的哪些部分完全正常运作，哪些部分缺失。
研究人员在11种细菌的基因组上测试了该工具，包括用作乳制品中益生菌的双歧杆菌和乳酸杆菌。该仪器不仅证实了这些菌株已知的代谢特征，还显示了它们之间的差异。该工具将使您快速了解哪些菌株最适合生产特定维生素和其他有益化合物。在微生物生态学中，该程序将有助于更准确地确定微生物在物质循环和生态系统相互作用中的作用。
"所提出的工具使得将基因序列转换为细菌代谢潜力的信息图成为可能。因此，专家在执行几个简单操作后，将能够获得现成的可视化并了解哪种菌株更有效地生产感兴趣的化合物，"顿河国立技术大学研究生和初级研究员伊利亚·波波夫告诉《消息报》。
智能乳制品
经典的细菌基因组、宏基因组及其代谢途径分析是一个非常复杂且耗时的过程。顿河国立技术大学生物技术俱乐部创始人、奥姆斯克沸腾点NTI专家、BruttoNetto技术公司总监弗拉基米尔·日科夫告诉《消息报》，所开发的工具可以显著减少初步研究的量和时间，最重要的是降低成本。
"该工具可用于功能性食品、医疗或药品的设计阶段。使用该程序，您可以创建技术产品，不是复制，而是超越竞争对手。但重要的是要记住，这并不否定对标准微生物学和生物化学研究的需求，"专家说。
Photo: Igor Popov
进行生物信息学分析
分子生物学家阿琳娜·霍尔金娜评论说，该工具就像细菌世界中的导航仪，向科学家展示它们隐藏的且不总是明显的代谢途径通向何处。现在，研究人员无需进行漫长而混乱的搜索，几分钟内就能看到每种细菌能够产生哪些物质——影响人体的维生素、氨基酸或其他代谢物。
"该工具不仅为生物技术、医学和制药开辟了新视野，也为食品行业开辟了新视野：益生菌和活性酸奶的生产商终于可以确切地了解哪些菌株真正有效，哪些不会带来结果，"专家说。
该开发为从关于益生菌益处的一般概念转向精确、可测量的参数提供了机会，Q-CHECK数字平台创始人兼食品安全专家康斯坦丁·德列夫斯科夫表示。
"在这里有很大的潜力来创造下一代功能性食品产品，我们逐渐放弃通用解决方案，现在，以开菲尔为例，我们不仅可以谈论发酵牛奶，还可以谈论有目的地设计其有益特性，"他说。
Photo: Igor Popov
作者研究分析的蝙蝠的微生物组
例如，基于新技术，您可以创建针对特定任务的发酵产品系列。一种产品使用选定的菌株，旨在支持B族维生素的自然生产，另一种产品则例如用于合成增强骨组织的物质。事实上，我们正在获得一种基于科学的设计师，用于创建个性化营养，专家指出。
"科学家不仅在食品工业中，而且在制药工业中使用细菌群落，包括微细菌。如果我们了解所看到的基因阵列类型，它可以大大加速整个工业微生物学领域，"FoodNet NTI工作组的高级专家米哈伊尔·查尔尼说。
该研究结果得到了俄罗斯科学基金会(RSF)的资助，发表在《分子营养与食品研究》杂志上。
【全文结束】
