Paucilactobacillus wasatchensisによるPutrescineおよびCadaverineの生産

乳酸菌（LAB）は、多くの食物発酵において重要な役割を果たします。ただし、一部のラボ種は、たとえば、生物発生アミンの形成により、食物の腐敗を引き起こす可能性があります。paucilactobacillus wasatchensisは、チェダーチーズの遅いガス生産を引き起こすラボであり、その分子の原因は完全には理解されていません。この研究では、P。wasatchensisWDC04が、モデルチーズだけでなく、リジンとオルニチンを添加したスープでカダベリンとプトレシンを生成する能力について報告しています。補助培養としてP. wasatchensisで生産されたラクレットタイプのセミハードチーズには、120日間の熟成後にカダベリンの1,085 mg kg-1とプトレシンの304 mg kg-1が含まれていました。P. wasatchensisのゲノム配列で、2つのオルニチンデカルボキシラーゼ遺伝子（ODC）とputrescine-urnithine antiporter遺伝子（pote）を特定しました。2つのコンティグにある2つのODC遺伝子が隣接しており、遺伝クラスターODC2-ODC1-ポテを形成することを示すことができます。アライメント検索では、同様の遺伝子クラスターがレビラクトバチルスpaucivorans DSMZ22467、lentilactobaCylus kribbianus yh-lac9、levilactobacillus hunanensis 151-2b、およびlevilactobacillus lindianis 220-4のゲノムに存在することが示されました。より多くのアミノ酸配列の比較により、ODC1とODC2は、それぞれLigilactobacillus saerimneri 30Aのリジンおよびオルニチンデカルボキシラーゼと72および69％の同一性を共有することが示されました。両方の酵素の触媒活性を明確にするために、ODCコーディング遺伝子をクローン化し、Hisタグ付き融合タンパク質として異種的に発現しました。精製されたODC1タンパク質デカルボキシル化リジンはカダベリンになり、組換えODC2タンパク質はオルニチンから優先的に産生されたが、低リジン脱炭酸化活性も示した。両方の酵素は5.5のpHで活性であり、チーズでよく見られる値でした。私たちの知る限り、これは研究が検証されたラボで2番目のリジンデカルボキシラーゼです。単一のクラスター内の遺伝子のタンデム配置は、遺伝子の重複を示唆し、より多くのアミノを代謝する能力を進化させます。発散基質の好みは、シーケンスの類似性に基づいた自動注釈に加えて、遺伝子の機能を検証する必要性を強調しています。新しい生化学データを取得することで、より良い予測モデルが可能になり、この場合、ラボ株と微生物系のより正確な生体アミン産生の可能性が得られます。

Lactic acid bacteria (LAB) play a key role in many food fermentations. However, some LAB species can also cause food spoilage, e.g., through the formation of biogenic amines. Paucilactobacillus wasatchensis is a LAB that causes late gas production in Cheddar cheese, the molecular causes of which are not fully understood. This study reports on the ability of P. wasatchensis WDC04 to produce cadaverine and putrescine in broth supplemented with lysine and ornithine, as well as in a model cheese. The raclette-type semi-hard cheese produced with P. wasatchensis as an adjunct culture contained 1,085 mg kg-1 of cadaverine and 304 mg kg-1 of putrescine after 120 days of ripening. We identified two ornithine decarboxylase genes (odc) and a putrescine-ornithine antiporter gene (potE) in the genome sequence of P. wasatchensis. We could show that the two odc genes, which are located on two contigs, are contiguous and form the genetic cluster odc2-odc1-potE. Alignment searches showed that similar gene clusters exist in the genomes of Levilactobacillus paucivorans DSMZ22467, Lentilactobacillus kribbianus YH-lac9, Levilactobacillus hunanensis 151-2B, and Levilactobacillus lindianensis 220-4. More amino acid sequence comparisons showed that Odc1 and Odc2 shared 72 and 69% identity with a lysine and ornithine decarboxylase from Ligilactobacillus saerimneri 30a, respectively. To clarify the catalytic activities of both enzymes, the odc-coding genes were cloned and heterologously expressed as His-tagged fusion protein. The purified Odc1 protein decarboxylated lysine into cadaverine, while the recombinant Odc2 protein preferentially produced putrescine from ornithine but also exhibited low lysine decarboxylating activity. Both enzymes were active at pH of 5.5, a value often found in cheese. To our knowledge, this is only the second lysine decarboxylase in LAB whose function has been verified. The tandem arrangement of the genes in a single cluster suggests a gene duplication, evolving the ability to metabolize more amino. Divergent substrate preferences highlight the necessity of verifying the functions of genes, in addition to automatic annotation based on sequence similarity. Acquiring new biochemical data allows better predictive models and, in this case, more accurate biogenic amine production potential for LAB strains and microbiomes.