Aus Kimchi, das über einen langen Zeitraum bei niedrigen Temperaturen fermentiert wurde, haben Forscher am World Institute of Kimchi Stämme von Milchsäurebakterien (LAB) mit hoher Phagenresistenz isoliert. Sie haben auch den Abwehrmechanismus der LAB-Stämme gegen Phagen identifiziert, Viren, die Bakterien infizieren und sich darin vermehren.
Kimchi, ein traditionelles koreanisches Lebensmittel, ist ein mit Milchsäure fermentiertes Gemüseprodukt. Im Gegensatz zu fermentierten Milchprodukten, die in einem sterilisierten, geschlossenen Fermentationssystem hergestellt werden, wird Kimchi durch spontane Fermentation hergestellt, die durch verschiedene in den Rohstoffen vorhandene Mikroorganismen in einem nicht sterilisierten, offenen Fermentationssystem initiiert wird. Daher können verschiedene LAB an der Kimchi-Fermentation beteiligt sein, und die Vielfalt der dominanten LAB und die Zeiträume, in denen sie dominant sind, unterscheiden sich je nach Umgebung.
Um die genetischen Merkmale von Kimchi LAB in langfristig fermentiertem Kimchi, das bei niedriger Temperatur gelagert wurde, zu identifizieren, sammelten Forscher am World Institute of Kimchi 34 Kimchi-Proben, die mehr als 6 Monate lang bei niedrigen Temperaturen von -2 bis 10 °C fermentiert wurden, aus dem gesamten Süden Korea. In mehr als 88 % der gesammelten Kimchi-Proben wurde festgestellt, dass ein spezifischer LAB-Stamm, Pediococcus inopinatus, die dominierende Art ist.
Ihre Arbeit ist veröffentlicht im Tagebuch Lebensmittelmikrobiologie.
Mithilfe einer Sequenzierungsanalyse des gesamten Genoms fanden die Forscher heraus, dass P. inopinatus über eine sehr gut entwickelte, geclusterte, regelmäßig beabstandete kurze palindromische Wiederholung (CRISPR) verfügt. CRISPR ist ein prokaryotisches adaptives Immunsystem, das je nach LAB-Stamm aus einer Kombination mehrerer Gene besteht.
Insbesondere besitzen die P. inopinatus-Stämme mehr Kopien des csa3-Gens – des Gens, das die Transkriptionsfaktoren für die cas-Gene kodiert – als andere LAB-Stämme. Aufgrund der aktiven Expression von cas-Genen speichern P. inopinatus-Stämme außerdem viel mehr genetische Informationen über Phagen.
Daher ist P. inopinatus nach der ersten Phageninfektion wirksamer bei der Verhinderung einer nachfolgenden Infektion mit ähnlichen Phagen. Die Kimchi-Industrie nutzt Kimchi LAB als Ausgangspunkt für die Herstellung von standardisiertem Kimchi mit besseren sensorischen Eigenschaften. So wie die Menschheit durch das COVID-19-Virus bedroht ist, besteht auch bei diesen Startern die Gefahr einer Infektion durch Phagen.
Daher ist die Entwicklung phagenresistenter LAB-Stämme notwendig. Darüber hinaus verfügte unter den in dieser Studie beschriebenen Kimchi-LAB-Stamm ein LAB-Stamm über eine Gensequenz, die eine Immunfunktion nicht nur gegen Phagen, sondern auch gegen Säugetierviren spielen könnte.
Dr. Hae Choon Chang, Präsident des World Institute of Kimchi und korrespondierender Autor dieser Studie, sagte: „P. inopinatus verfügt über ein einzigartiges, gut entwickeltes CRISPR-System, das sich gegen eine Vielzahl viraler Invasionen verteidigen kann.“ Sie erklärte außerdem: „Wir planen, die antivirale Aktivität zu untersuchen und das Immunspektrum von P. inopinatus zu analysieren, und wir gehen davon aus, dass die hervorragende antivirale Fähigkeit dieser Kimchi-LAB-Stämme nicht nur in Lebensmitteln, sondern auch in der Pharmaindustrie genutzt werden kann.“ “
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So dominiert Yeong Mun et al. Pediococcus inopinatus mit einem gut entwickelten CRISPR-Cas-System in langfristig fermentiertem Kimchi, Mukeunji, Lebensmittelmikrobiologie (2023). DOI: 10.1016/j.fm.2023.104385