Ферментированные продукты занимают важное место в мировой культуре питания. Они не только обладают уникальными вкусовыми и питательными свойствами, но также влияют на пищеварение и общее состояние здоровья человека. Коллекция микроорганизмов, которая обеспечивает ферментацию, является крайне сложной и включает бактерии, археи, дрожжи и вирусы. Для глубокого понимания этих микробных сообществ и их роли в процессе ферментации необходимы современные биоинформатические ресурсы, один из которых — Omics Database of Fermentative Microbes (ODFM). ODFM — это web-ресурс, разработанный в World Institute of Kimchi с поддержкой корейского правительства.
Его основная задача — собрать, хранить и предоставить удобный доступ к комплексным омным данным по микроорганизмам, которые ассоциированы с ферментированными продуктами, такими как кимчи, ферментированные морепродукты, соевая паста, сыр, пиво и другие. Данный ресурс не только предоставляет высококачественные геномные последовательности бактерий, архей, эукариот и вирусов, но и оснащён аналитическими инструментами для проведения сравнительного анализа геномов и оценки генетической связанности. Ещё одно конкурентное преимущество ODFM заключается в его охвате. В базе представлены более 130 бактериальных геномов, 38 архей и 28 эукариотических геномов, включая микроорганизмы, заметно влияющие на ферментацию и качество конечного продукта. Это позволяет полноценно исследовать микробиом ферментированных продуктов в контексте определённой пищевой экосистемы.
Понимание этих данных помогает выявить ключевые микробы, которые отвечают за уникальные физико-химические и органолептические свойства ферментата, а также позволяет оценить их безопасность. Ресурс обладает интуитивно понятным пользовательским интерфейсом, совместимым с большинством современных браузеров и устройств. Он построен на надежных архитектурных решениях с использованием JAVA, Python и MySQL, обеспечивая высокую производительность и стабильность при использовании. Для комплексного анализа данными внедрены инструменты, такие как BLAST для поисков последовательностей и dRep для оценки среднего нуклеотидного сходства (ANI) геномов, что облегчает идентификацию и сравнительный анализ штаммов микроорганизмов. База предоставляет несколько вариантов поиска: по таксономической принадлежности, по изученным проектам и по типам образцов.
Это значительно облегчает доступ к нужной информации, будь то данные о конкретном виде бактерий или о микробиоме такого ферментированного продукта, как традиционное корейское кимчи. Кроме того, наличие интегрированных визуализационных инструментов, таких как JBrowse и GView, позволяет исследователям изучать геномные данные непосредственно в браузере, что экономит время и упрощает анализ. Особое внимание в ODFM уделено функциональному анализу. Помимо архивации геномов, база содержит результаты аннотаций с использованием таких ресурсов, как KEGG и COGs, что позволяет исследователям анализировать метаболические пути и генетические функции отдельных микроорганизмов. Это критично для выбора подходящих штаммов для промышленных целей, чтобы обеспечить желаемый профиль ферментации, устойчивость к фагам и безопасность продуктов.
Для ферментированных продуктов важно не только качественное описание микробного состава, но и понимание функциональной роли отдельных представителей микробиома в процессе ферментации. Например, в случае кимчи, преобладают лактобациллы и другие молочнокислые бактерии, способствующие образованию органических кислот, маннита и гамма-аминомасляной кислоты. Такие метаболиты напрямую влияют на вкус, текстуру и пользу продукта. Ресурс ODFM поддерживается командой специалистов и постоянно обновляется с новыми данными и штаммами, выделенными из разных ферментированных продуктов. В отличие от других баз, которые обычно ориентированы на отдельные классы микроорганизмов, ODFM охватывает микробиом целиком, включая археи и вирусы, что даёт комплексное представление о ферментативной экосистеме.
Особенно актуально это для изучения микробных взаимодействий и экологии продуктов, которые влияют на стабильность и безопасность процесса ферментации. Исследователям и представителям пищевой промышленности ODFM предлагает ряд полезных возможностей. С помощью базы можно оперативно идентифицировать изолированные штаммы, изучать их генетическую близость с известными культурами, оценивать наличие генов, ответственных за метаболизм и потенциальные риски. Это особенно важно для разработки новых пробиотических продуктов и для сертификации традиционных ферментатов по качеству и происхождению. Помимо этого, база поддерживает обмен данными и сотрудничество между исследовательскими группами.
Несмотря на то, что на текущий момент функционал для самостоятельной регистрации данных ограничен, команда ODFM готова принять новые омные данные по ферментированным продуктам для их интеграции и распространения. Такая открытость способствует развитию научного сообщества и внедрению инноваций в биотехнологии пищевой промышленности. В современном контексте, когда потребители уделяют особое внимание безопасности и происхождению продуктов питания, наличие платформы, объединяющей точные и проверенные данные об основных микроорганизмах ферментированных продуктов, становится значимым конкурентным преимуществом. ODFM способствует стандартизации микробного профиля, что помогает подтверждать географическую и культурную аутентичность традиционных продуктов, а также создавать новые рецептуры с улучшенными характеристиками. Важным аспектом является также образовательный потенциал ресурса.
Каждая группа пользователей, начиная от студентов микробиологии и заканчивая профессионалами в области биоинформатики, может использовать ODFM для изучения микроранного разнообразия и относительной роли микробов в пищевой цепочке производства ферментированных продуктов. Визуальные и аналитические инструменты позволяют не только получить информацию, но и сформулировать новые гипотезы, направить эксперименты и улучшить технологические процессы. В дополнение к микробной функциональности, исследование колоний дрожжей и вирусов, заложенных в базе, открывает новые перспективы для понимания сложных биологических взаимодействий. Например, вирусы могут влиять на стабильность производственных сообществ, а специфические дрожжи придают неповторимый аромат и регулируют качество ферментатов — эти данные необходимы для создания оптимальных стартовых культур. Процесс ферментации во многом зависит от условий окружающей среды: температура, влажность, состав ингредиентов и многое другое.
Благодаря ODFM, исследователям становится доступна не только статическая информация, но и возможность сравнительных исследований влияния внешних факторов на геномные и функциональные характеристики микробных сообществ. Это помогает контролировать технологические параметры и предсказывать качество конечного продукта. Система продолжает развиваться, и в будущем планируется охватить ещё более широкий спектр ферментированных продуктов, включая популярные на мировом рынке виды. Такая экспансия сделает ODFM универсальным инструментом в области пищевой микробиологии и биотехнологии. Интеграция с международными базами и создание единой площадки обмена данными содействуют развитию глобального научного сотрудничества.
Таким образом, Omics Database of Fermentative Microbes является уникальным и перспективным ресурсом, объединяющим фундаментальные данные и инструменты для глубокого понимания микробиологических процессов в ферментированных продуктах. Его использование позволяет повысить качество, безопасность и инновационный потенциал пищевой промышленности, а также стимулирует исследования микробных экосистем, что является фундаментом для создания новых функциональных и пробиотических продуктов в будущем.
