Caracterização genômica e potencial antimicrobiano de bacteriocinas em Ligilactobacillus salivarius: uma análise pangenômica e estrutural - Almeida, João Victor dos Anjos [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023)
A descoberta e as aplicações terapêuticas dos antibióticos representaram marcos significativos, ao reduzirem infecções, além de aumentarem a expectativa de vida. No entanto, o uso excessivo dessas substâncias levou à seleção de cepas resistentes. Nesse contexto, as bacteriocinas surgem como uma alternativa segura e eficaz devido à sua atividade estável, especificidade e baixa toxicidade. Nesse sentido, o Ligilactobacillus salivarius, uma espécie reclassificada da família Lactobacillaceae, revela um alto potencial probiótico como produtora de bacteriocinas de classe 2 apenas. Investigar os aspectos moleculares se tornou necessário para confirmar os genes responsáveis pela produção das bacteriocinas em L. salivarius, especialmente diante do aumento de isolados sequenciados. Para alcançar esse objetivo, foram avaliados 216 genomas dessa espécie. Foi realizada a predição e tipificação das bacteriocinas utilizando a ferramenta BAGEL4. Posteriormente, ocorreu uma curadoria manual das sequências, seguida por uma análise pangenômica abrangente. Além disso, empregou-se o algoritmo AlphaFold2 para predizer a estrutura 3D das proteínas. A análise dos genomas de L. salivarius revelou que a maioria das cepas apresentava alta completude e baixos níveis de contaminação (215 foram selecionadas dentre as 216 avaliadas). O pangenoma gerado foi composto por 6764 genes, apresentando, em média, 2,85 áreas de interesse (AOIs) porgenoma, conforme previsto pelo BAGEL4. A análise filogenômica evidenciou um mecanismo dinâmico de aquisição e perda de bacteriocinas, independentemente das fontes de isolamento. Foram identificadas dezessete bacteriocinas presentes nas três classes bacteriocinas, revelando padrões e similaridades distintas em seus loci de síntese. É importante ressaltar a presença de uma possível bacteriocina, a enterolisina A, encontrada em associação com proteínas derivadas de bacteriófagos. embora apenas onze das bacteriocinas preditas possuam modelos correspondentes disponíveis. Os resultados encontrados neste estudo reforçam o potencial de Ligilactobacillus salivarius como agente antimicrobiano direcionado contra a resistência bacteriana tanto na saúde pública quanto na produção animal. A identificação de diversos componentes proteicos bacteriocinogênicos destaca a necessidade de mais pesquisas para compreendera dinâmica genética subjacente e explorar possíveis aplicações socioeconômicas.

The discovery and therapeutic applications of antibiotics have represented significant milestones by reducing infections and increasing life expectancy. However, the excessive use of these substances has led to the selection of resistant strains. In this context, bacteriocins emerge as a safe and effective alternative due to their stable activity, specificity, and low toxicity. In this regard, Ligilactobacillus salivarius, a reclassified species of the Lactobacillaceae family, reveals a high probiotic potential as a producer of class 2 bacteriocins only. Investigating molecular aspects has become necessary to confirm the genes responsible for bacteriocin production in L. salivarius, especially in the face of the increasing number of sequenced isolates. To achieve this goal, 216 genomes of this species were evaluated. The prediction and typing of bacteriocins were performed using the BAGEL4 tool. Subsequently, a manual curation of sequences took place, followed by a comprehensive pangenomic analysis. Additionally, the AlphaFold2 algorithm was employed to predict the 3D structure of proteins. The analysis of L. salivarius genomes revealed that most strains had high completeness and low contamination levels (215 were selected out of the 216 evaluated). The generated pangenome consisted of 6764 genes, with an average of 2.85 areas of interest (AOIs) per genome, as predicted by BAGEL4. The phylogenomic analysis showed a dynamic mechanism of acquisition and loss of bacteriocins, regardless of the isolation sources. Seventeen bacteriocins were identified across the three bacteriocin classes, revealing distinct patterns and similarities in their synthesis loci. It is important to note the presence of a possible bacteriocin, enterolysin A, found in association with bacteriophage-derived proteins, although only eleven of the predicted bacteriocins have corresponding available models. The results of this study reinforce the potential of Ligilactobacillus salivarius as an antimicrobial agent targeted against bacterial resistance in both public health and animal production. The identification of various bacteriocinogenic protein components highlights the need for further research to understand the underlying genetic dynamics and explore possible socio-economic applications.
Genomic Characterization and Antimicrobial Potential of Bacteriocins in Ligilactobacillus salivarius: A Pangenomic and Structural Analysis
Caracterización genómica y potencial antimicrobiano de bacteriocinas en Ligilactobacillus salivarius: un análisis pangenómico y estructural.
Keywords: Bacteriocinas; Bioinformática; Biomoléculas