La genomica dei batteri lattici: quali benefici per il settore caseario? Un caso studio: Streptococcus thermophilus

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1 Aula Magna Mario Bonsembiante, Agripolis 4 CONGRESSO LATTIERO-CASEARIO AITeL Legnaro, 12 settembre 2014 La genomica dei batteri lattici: quali benefici per il settore caseario? Un caso studio: Streptococcus thermophilus Giacomini A., Corich V., Treu L., Vendramin V., Bovo B. Dipartimento di Agronomia Animali Alimenti Risorse Naturali e Ambiente (DAFNAE) Università degli Studi di Padova Campanaro S. Dipartimento di Biologia, Università degli Studi di Padova Cattelan A., Lombardi A. Veneto Agricoltura - Istituto Qualità e Tecnologie Agroalimentari, Thiene (VI)

2 L ERA della GENOMICA A C T G Confronto con caratteri alfabetici: 1 pagina di libro: 30 righe di 60 caratteri = ca libro di 400 pagine contiene ca caratteri Streptococcus thermophilus 2 volumi Homo sapiens ~ volumi pari a ~ 200 metri se affiancati su uno scaffale Organismo Dimensioni del genoma Ameba 670,000,000,000 Giglio 90,000,000,000 Pino 68,000,000,000 Aglio 18,000,000,000 Bufalo 6,900,000,000 Mais 5,000,000,000 Orzo 5,000,000,000 Tabacco 3,800,000,000 Bue 3,651,500,000 Gorilla 3,523,200,000 Topo 3,454,200,000 Homo sapiens 3,400,000,000 Cane 3,355,500,000 Cavallo 3,311,000,000 Maiale 3,108,700,000 Gallo 1,200,000,000 Soia 1,115,000,000 Mosca 900,000,000 Riso 400,000,000 Saccharomyces cerevisiae 12,000,000 Escherichia coli 4,600,000 Streptococcus thermophilus 1,800,000 Human immunodeficiency virus (HIV) 9,750

3 L ERA della GENOMICA: costi Costo per la sequenza di un genoma umano Costo per 1 milione di nucleotidi sequenziati

4 IDENTIFICAZIONE DEI MICRORGANISMI a livello di SPECIE Approccio microbiologico Approccio genetico Morfologia cellulare (al microscopio) Colorazione di Gram Attività catalasica Tipo di metabolismo Crescita a diverse temperature aatgtacgtacgtacgcgcaaatgctcgcttttcgatggctagtcgctagctagcctactagc Crescita a diversi ph Crescita a diverse concentrazioni di NaCl Fermentazione degli zuccheri Streptococcus thermophilus (Orla-Jensen, 1919) Streptococcus macedonicus (Tsakalidou et al. 1998)

5 IDENTIFICAZIONE DEI MICRORGANISMI a livello di CEPPO Approccio microbiologico Approccio genetico

6 PROPRIETÀ DEI MICRORGANISMI a livello di CEPPO Approccio microbiologico Approccio genetico PROVE FISIOLOGICHE RICERCA DEL GENE SPECIFICO

7 CARATTERISTICHE POTENZIALMENTE PRESENTI in Streptococcus thermophilus Metabolismo degli zuccheri: lattosio galattosio Biosintesi di esopolisaccaridi Produzione di acetaldeide Metabolismo proteico: Attività ureasica Attività esterasica attività proteolitica attività peptidolitica catabolismo degli aminoacidi Produzione di composti aromatici Produzione di batteriocine Produzione di sostanze antimicrobiche Sensibilità ai batteriofagi Resistenza ai batteriofagi Lisogenia Produzione di folati Produzione di peptidi bioattivi Produzione CLA Produzione di pigmenti Produzione di ammine biogene Resistenza ad antibiotici Resistenza a fattori di stress

8 SEQUENZA GENOMICA di ceppi di S. thermophilus SPECIE CEPPO ORIGINE LUOGO RIFERIMENTO Streptococcus thermophilus TH985 Mozzarella bufala (siero) Campania Treu et al., 2014c Streptococcus thermophilus TH982 Mozzarella bufala (cagliata) Campania Treu et al., 2014c Streptococcus thermophilus TH1435 Caprino (lattoinnesto) Friuli Treu et al., 2014a Streptococcus thermophilus TH1436 Caprino (lattoinnesto) Friuli Treu et al., 2014a Streptococcus thermophilus MTH17CL396 Fontina (cagliata) Valle d Aosta Treu et al., 2014b Streptococcus thermophilus M17PTZA496 Fontina (cagliata) Valle d Aosta Treu et al., 2014b Streptococcus thermophilus TH1477 Latte crudo bovino Veneto Treu et al., 2014c Streptococcus thermophilus 1F8CT Grana Padano (cagliata) Veneto Treu et al., 2014c Streptococcus macedonicus TH1053 Morlacco (formaggio) Veneto Vendramin et al., Precedentemente esistevano 6 altri genomi pubblicati di S. thermophilus Bolotin et al., Complete sequence and comparative genome analysis of the dairy bacterium Streptococcus thermophilus. Nature Biotechnology 22,

9 COMPARAZIONE dei GENOMI

10 FUNZIONI PRESENTI nel GENOMA di S. thermophilus TH1477

11 PARTNER Sacco srl (Italia) Winclove probiotics (Olanda) LB Bulgaricum Plc. (Bulgaria) BioProx (Francia) NIZO food Research (Olanda) Radboud University (Olanda) GENOBOX OBIETTIVO Ceppo Funzione Geni implicati Utilizzo specifica fonte energetica Un consorzio di PME e istituti di ricerca hanno sviluppato una piattaforma informatica per predire la funzionalità di batteri alimentari e probiotici basandosi sulla sequenza del loro genoma. Questa piattaforma permetterà ai partner di rilevare specifiche attività funzionali in modo rapido, semplice e riproducibile. Gene1 Gene2 Gene3 Gene4 Ceppo1 SI SI SI SI SI Ceppo2 SI NO SI SI NO Ceppo3 SI SI NO SI NO Ceppo4 SI NO NO SI SI Ceppo5 NO SI SI NO NO Ceppo6 NO NO SI NO SI Ceppo7 NO SI NO NO SI Ceppo8 NO NO NO NO NO

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