Ферментированные продукты питания занимают важное место в рационе многих народов мира благодаря своим уникальным вкусовым качествам, пищевой ценности и пользе для здоровья. Процесс ферментации обусловлен сложным взаимодействием разнообразных микроорганизмов, среди которых главную роль играют бактерии, археи, дрожжи и вирусы. Углубленное понимание микробиома продуктов ферментации позволяет не только контролировать качество конечного продукта, но и улучшать технологические процессы, разрабатывать новые виды безопасности и функциональные продукты. В данной сфере уникальным инструментом стал ресурс ODFM – Omics Database of Fermentative Microbes, который объединяет комплексные омics-данные микроорганизмов, связанных с ферментированными продуктами. ODFM – это современная веб-платформа, созданная в результате исследований и разработок команды из World Institute of Kimchi в Южной Корее.
Она является архивом, включающим данные по геномам, метагеномам, метатаксоному, (мета)транскриптомам и прочим функциональным омics-данным микроорганизмов, связанных с различными ферментированными продуктами: кимчи, ферментированными морепродуктами, традиционными корейскими соевыми пастами, уксусом, пивом, сыром, саке, йогуртом и т.д. На сегодняшний день база содержит 131 бактериальный, 38 архейных и 28 эукариотных генома, предлагая широкий спектр информации для детального понимания микробного состава и функций ферментативного микробиома. Такая масштабная интеграция данных позволяет исследователям проводить углубленные анализы генетического разнообразия и таксономической классификации на уровне всего генома микроорганизмов и даже вирусов, что крайне важно для инноваций в области пищевой биотехнологии. Одна из ключевых особенностей ODFM – доступность инструментов для поиска и анализа данных.
Платформа позволяет выполнять запросы по таксономии микроорганизмов, по отдельным проектам исследований, а также по образцам, связанным с конкретными ферментированными продуктами. Благодаря интеграции программного обеспечения, такого как BLAST для поиска сходств нуклеотидных и аминокислотных последовательностей, и средств вычисления среднего нуклеотидного индекса идентичности (ANI) с использованием инструмента dRep, пользователи могут важно оценивать генетическую близость и выбирать наиболее перспективные штаммы для применения в качестве стартера при производстве ферментированных продуктов. Возможность проверить геномные данные и провести сравнительный анализ позволяет исключать штаммы с потенциальными антимикробными устойчивостями или вредоносными признаками, обеспечивая безопасность пищевого сырья. Кроме того, платформа снабжена продвинутыми визуализационными средствами, такими как JBrowse и GView, которые предоставляют линейные и кольцевые графические представления геномов, что облегчает исследовательский процесс и делает его более наглядным. Важный аспект ODFM – это комплексный сбор данных, охватывающий не только бактерии и археи, но и эукариотические микроорганизмы и вирусы.
Это позволяет отразить полную микробную экосистему продуктов ферментации, в частности традиционных корейских продуктов, таких как кимчи и закваски с «jeotgal» – ферментированным рыбным соусом. Например, молочнокислые бактерии рода Leuconostoc и Lactobacillus – одни из ключевых участников ферментации кимчи – тщательно изучены и представлены в базе, что позволяет выявлять их роль в метаболизме и образовании вкусовых и функциональных характеристик продукта. Кроме того, в базе представлены и нежелательные микроорганизмы, такие как плесневелые грибы и дрожжи, способные ухудшать качество ферментированных продуктов, что позволяет лучше контролировать процессы ферментации и предотвращать порчу продукции. ODFM поддерживает стратегический подход к разработке ферментационных стартеров. Различные штаммы микроорганизмов могут влиять на скорость ферментации, формирование аромата, текстуру и безопасность конечного продукта.
Возможность сравнивать геномные характеристики из базы позволяет производителям выбирать штаммы с необходимыми метаболическими функциями. Например, Leuconostoc mesenteroides и Lactobacillus sakei ответственны за производство маннитола и гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК), которые важны для вкуса и потенциальной пользы для здоровья. Наличие такой информации способствует научно обоснованному выбору оптимальных микробиологических комплексов для улучшения качества ферментированных продуктов и их инновационных свойств. Кроме того, в ODFM размещены данные о функциональных генах, связанных с фосфатидилинозитолами, образованием биофильмов, устойчивостью к бактериофагам и другим важным характеристикам, что расширяет возможности для глубинного анализа. Технически ODFM построен с использованием современных веб-технологий, что обеспечивает удобство работы с большим массивом данных.
Платформа совместима с большинством браузеров и поддерживает использование с разных устройств. Она развернута на облачной инфраструктуре, что гарантирует стабильность, безопасность и масштабируемость ресурса. Архитектура включает клиентскую часть на AngularJS, серверные модули на Java Spring Framework и Python, а база данных управляется системой MySQL. Такой комплексный подход обеспечивает высокую производительность и комфорт для пользователей при поиске и анализе мировых данных ферментированных продуктов. Европейские и мировые исследовательские сообщества получают большой вклад от появления ODFM, поскольку он способствует сотрудничеству, обмену данными и интеграции исследований в области микробиологии ферментации.
Все данные в базе открыты и находятся под лицензией Creative Commons Attribution 4.0, что позволяет свободно использовать их в научных и технологических целях при условии указания источников. Планируется дальнейшее расширение базы, включая поступление данных от внешних исследователей, что повысит ее значимость и применимость для различных сфер пищевой промышленности. Современные технологии секвенирования и биоинформатики открывают новые горизонты для понимания микробных сообществ в ферментированных продуктах. Ресурсы, подобные ODFM, обеспечивают централизованное хранение и анализ огромных объемов данных, что помогает ускорить внедрение инноваций, повысить качество продукции и безопасно использовать микробные штаммы.
Это особенно важно для традиционных продуктов с богатой культурной историей, таких как кимчи или ферментированные морепродукты, где микроорганизмы формируют неповторимый вкус и полезные свойства. ODFM также играет важную роль в области пищевой безопасности. Предоставляя инструменты для выявления и исключения патогенных или устойчивых к антибиотикам микроорганизмов, платформа помогает производителям создавать стандарты контроля качества и снижать риски пищевых заболеваний. Учет взаимодействия между микроорганизмами, влияние сырья и технологических факторов позволяет прогнозировать динамику микробиома в процессах ферментации, что расширяет возможности для мониторинга и улучшения производственных процессов. Кроме того, благодаря интеграции данных транскриптомики и метатранскриптомики можно анализировать функциональность микробных сообществ в различных стадиях ферментации, что дает глубокие биологические инсайты.
Перспективы развития ODFM заключаются в расширении базы микроорганизмов с учетом мировых ферментированных продуктов, оптимизации аналитических инструментов и внедрении новых функций на основе искусственного интеллекта и машинного обучения. Это позволит не только углублять научные знания, но и стимулировать коммерческое применение новых штаммов и микробных смесей как функциональных стартовых культур и пробиотиков. Возможность моделирования последствий комбинированной ферментации с учетом разнообразия микробиома будет способствовать созданию продуктов с улучшенными свойствами и устойчивостью к биологическим рискам. В заключение, ODFM является важным связующим звеном между фундаментальными исследованиями микробиологии ферментации и их практическим применением в пищевой промышленности. Предоставляя открытый доступ к обширным омics-данным и современным инструментам анализа, ресурс помогает специалистам глубже понимать микробные процессы, оптимизировать технологические решения и создавать ферментированные продукты высочайшего качества и безопасности.
Его значение будет увеличиваться с ростом интереса к здоровому питанию, традиционным и функциональным продуктам, а также с дальнейшим развитием биотехнологий в пищевой сфере.
