Біорізноманіття бактеріомів у кавоварці та колонізація витраченого вимивного кавового підносу
Предмети
Анотація
Мікробні спільноти є повсюдними як у природних, так і в штучних середовищах. Однак мікробна різноманітність, як правило, зменшується під сильним селекційним тиском, таким як ті, що присутні в місцях проживання, багатих непокірливими або токсичними сполуками, що виявляють антимікробні властивості. Кофеїн - це природний алкалоїд, присутній у каві, чаї та безалкогольних напоях з добре відомими антибактеріальними властивостями. Тут ми представляємо перший систематичний аналіз бактерій, асоційованих з кавоваркою. Ми відібрали проби з кавових відходів з десяти різних машин Nespresso та провели динамічний моніторинг процесу колонізації в новій машині. Наші результати показують існування різноманітної бактеріальної спільноти у всіх машинах, що відбираються, та швидкий процес колонізації вилуговування кави. Спільнота перетворилася з новаторського пулу ентеробактерій та інших умовно-патогенних таксонів на зрілий, але все ще дуже мінливий мікробіом, багатий на адаптовані до кави бактерії. Уперше описані тут бактеріальні спільноти є потенційними рушіями біотехнологічно важливих процесів, включаючи декофеїнізацію та біоремедіацію.
Вступ
Кофеїн (1,3,7-триметилксантин) - природний алкалоїд з проти рослиноїдними властивостями, що виробляється Кава арабіка і Кава канефора, яка присутня в широкому асортименті напоїв, включаючи каву, чай та безалкогольні напої в основному кола. Кофеїн - це добре відома біоактивна сполука зі стимулюючим впливом на центральну нервову систему, поряд з низкою інших потенційно позитивних ефектів на здоров'я людини. Такі ефекти варіюються від підвищення довготривалої пам’яті 1, поліпшення спортивних показників 2, інактивації міофібробластів 3, пов’язаних із раком молочної залози 3, зниження ризику цукрового діабету 2 типу 4 або навіть зниження ризику смертності серед споживачів кави 5. Однак слід також зазначити, що звички споживання кофеїну часто пов’язані із стилем життя, і тому важко зробити епідеміологічні висновки, що пов’язують споживання кофеїну зі здоров’ям.
Кофеїн може бути забруднювачем навколишнього середовища 6, а також був запропонований як легко виявляється маркер неочищених стічних вод 7. Дійсно, наявність кофеїну в природному середовищі є одним з найкращих показників антропогенного забруднення. Біоактивність кофеїну на здоров’я людини та навколишнє середовище призвела до розвитку процесів виведення кофеїну або з утворенням продуктів без кофеїну, або з погіршенням рівня кофеїну в навколишньому середовищі. Без кофеїну, а саме процес видалення кофеїну, використовується промислово для виробництва напоїв із низьким вмістом кофеїну, а також може застосовуватися для оздоровлення навколишнього середовища. Одним із інтригуючих варіантів є використання мікроорганізмів для здійснення процесів без кофеїну. Повідомляється, що деякі мікроорганізми розкладають кофеїн, такі як Aspergillus tamarii 8, Трихоспорон асахії 9, Псевдомонада sp. 10,11 або P. putida 12 .
У цій роботі ми повідомляємо про аналіз різноманітності, який має на меті охарактеризувати бактеріальні спільноти, що ростуть на відходах вимивки кави, використовуючи високу послідовність потоків, культивування та електронну мікроскопію. Для досягнення цієї мети ми обрали одну з найпоширеніших систем приготування кави - Nespresso, завдяки своїй популярності та стандартному характеру. Насправді, машини, що сумісні з Nespresso, є високо стандартизованими пристроями для приготування кави (однаковий тип капсули, однаковий базовий дизайн, однаковий тиск: 19 бар) і представляють унікальну можливість для масового біологічного скринінгу. Тут ми представляємо першу спробу зробити це. Ми відібрали внутрішній піддон для крапель під контейнером для капсули, в якому накопичується ліксівіат кави. Ми проаналізували десять вітчизняних та напіввітчизняних машин та вивчили динамічний процес колонізації у новій машині Inissia Krups, що експлуатується у нашій лабораторії. Це перший систематичний аналіз мікробіологічного різноманіття, пов’язаного з кавовими машинами. Наші результати можуть пролити світло на мікробний арсенал деградаторів кофеїну, що має важливе значення як для медицини, так і для біотехнології.
Результати і обговорення
Відбір проб кави у контейнері для капсул дев’яти різних машин Nespresso, що експлуатувались щонайменше один рік (рис. 1А). В одному випадку (модель CityZ) піддон для чашки також відбирався незалежно, оскільки він не з'єднується з контейнером для капсул. Висока пропускна здатність секвенування та аналіз ампліконів гена 16S рРНК з усіх апаратів виявила значне бактеріальне різноманіття, із загальною кількістю ідентифікованих родів від 35 до 67. Хоча були виявлені відносно подібні мікробні профілі, існувала важлива варіація частота окремих таксонів. Ентерокок sp. і Псевдомонада sp. виявилися основними таксонами, оскільки їх було помірно чи дуже багато в дев'яти з десяти проаналізованих зразків. Іншими частими родами були Stenotrophomonas, Sphingobacterium, Acinetobacter і, в меншій мірі, Копрокок, Paenibacillus або Агробактерія. Дисгомонада була дуже частою в машині Inissia, що становила 15% послідовностей (рис. 1B). Ніяких відмінностей між моделями машин (таблиця 1) та використанням (побутовими проти. комунальний).
(A) Схематичне зображення машини Nespresso (1), що включає контейнер для капсули (3) (2), піддон для чашки (4) та піддон для крапель (5), зразки якого були виконані в цій роботі. () Бактеріальний профіль дев'яти апаратів Nespresso, відібраних відповідно до секвенування генів 16S рРНК. Зразки, пронумеровані відповідно до таблиці 1.
Одним з двох найпоширеніших родів, знайдених у кавових машинах, був Псевдомонада, що також є одним з небагатьох повідомлень про приклади бактерії, що руйнує кофеїн. Справді, Псевдомонада sp. відомо, що катаболізує кофеїн з семидесятих років 13, і повідомляється, що він розщеплює до 15 г/л кофеїну за допомогою реакції N-деметилювання, що разом з окисленням С-8 представляє два потенційні катаболічні шляхи 14. Види, які, як повідомляється, демонструють здатність розкладати кофеїн P. alcaligenes 15 і P. putida (штами C1, CBB1 або CBB5). Фактично, P. putida Гени N-деметилювання були використані для генної інженерії "залежної" від кофеїну версії Кишкова паличка 16 та виведення кофеїну зі стічних вод шляхом біомедикаментозного лікування з P. putida також було запропоновано 17 .