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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)
4° CONGRESSO LATTIERO-CASEARIO AITeL
Legnaro, 12 settembre 2014
Aula Magna “Mario Bonsembiante”, Agripolis
Organismo Dimensioni del genoma
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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
Confronto con caratteri alfabetici: 1 pagina di libro: 30 righe di 60 caratteri = ca. 2000 1 libro di 400 pagine contiene ca. 800.000 caratteri Streptococcus thermophilus 2 volumi Homo sapiens ~ 4.000 volumi pari a ~ 200 metri se affiancati su uno scaffale
L’ERA della GENOMICA
A C T G
L’ERA della GENOMICA: costi
Costo per la sequenza di un genoma umano Costo per 1 milione di nucleotidi sequenziati
Streptococcus thermophilus (Orla-Jensen, 1919)
Streptococcus macedonicus (Tsakalidou et al. 1998)
IDENTIFICAZIONE DEI MICRORGANISMI a livello di SPECIE
• Morfologia cellulare (al microscopio)
• Colorazione di Gram
• Attività catalasica
• Tipo di metabolismo
• Crescita a diverse temperature
• Crescita a diversi pH
• Crescita a diverse concentrazioni
di NaCl
• Fermentazione degli zuccheri
Approccio microbiologico Approccio genetico
…aatgtacgtacgtacgcgcaaatgctcgcttttcgatggctagtcgctagctagcctactagc…
IDENTIFICAZIONE DEI MICRORGANISMI a livello di CEPPO
Approccio microbiologico Approccio genetico
PROPRIETÀ DEI MICRORGANISMI a livello di CEPPO
PROVE FISIOLOGICHE RICERCA DEL GENE SPECIFICO
Approccio microbiologico Approccio genetico
CARATTERISTICHE POTENZIALMENTE PRESENTI in Streptococcus thermophilus
Metabolismo degli zuccheri:
lattosio
galattosio
Biosintesi di esopolisaccaridi
Produzione di acetaldeide
Metabolismo proteico:
attività proteolitica
attività peptidolitica
catabolismo degli aminoacidi
Attività ureasica
Attività esterasica
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
…
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., 2014
Precedentemente esistevano 6 altri genomi pubblicati di S. thermophilus Bolotin et al., 2004. Complete sequence and comparative genome analysis of the dairy bacterium Streptococcus thermophilus. Nature Biotechnology 22, 1554 – 1558.
www.ncbi.nlm.nih.gov
COMPARAZIONE dei GENOMI
FUNZIONI PRESENTI nel GENOMA di S. thermophilus TH1477
GENOBOX http://www.genobox.eu
PARTNER
Sacco srl (Italia)
Winclove probiotics (Olanda)
LB Bulgaricum Plc. (Bulgaria)
BioProx (Francia)
NIZO food Research (Olanda)
Radboud University (Olanda)
OBIETTIVO 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.
Ceppo Funzione Geni implicati
Utilizzo specifica fonte energetica
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
alessio.giacomini@unipd.it