Diversidade genômica, classificação taxonômica e detecção de fagos que infectam bactérias lácteas Streptococcus thermophilus

Abstract

Bacteriófagos ameaçam constantemente as culturas starter de Streptococcus thermophilus usadas para a produção de queijos e iogurtes nas indústrias de laticínios. Dessa forma, o desenvolvimento de estratégias eficazes de prevenção e combate à lise por fagos estreptocócicos é fundamental neste campo. Para esse fim, é necessária a caracterização de fagos que infectam S. thermophilus, compreensão da dinâmica de interação com os hospedeiros, expansão do conhecimento da evolução desses fagos e melhoramento dos métodos de detecção. Neste estudo, usamos uma ampla gama de métodos complementares, incluindo genômica comparativa, análise do genoma central e filogenia de genes de assinatura, para mostrar que os fagos que infectam S. thermophilus estão organizados em 142 espécies e cinco gêneros (três deles novos), e que devido à sua genética diversidade, a classificação em nível de família varia de acordo com os critérios de classificação utilizados. Também desenvolvemos um método de PCR multiplex para detectar, em uma única reação, fagos estreptocócicos. Com base nos resultados da reação de PCR multiplex e na conservação dos genomas, os pares de primers desenhados neste estudo foram capazes de detectar 53 (85,48%) dos 62 fagos disponíveis até 2018, destacando-se como uma ferramenta útil para a detecção rápida da maioria dos fagos que infectam S. thermophilus. Além disso, iniciamos o desenvolvimento de imunoensaios para detecção de fagos que infectam S. thermophilus, sendo um deles de fluxo lateral e o outro baseado em vesículas de polidiacetileno. Este estudo permitiu a ampliação do conhecimento sobre a diversidade genética e evolução dos fagos estreptocócicos, além do desenvolvimento de ferramentas para a detecção desses vírus baseadas em métodos moleculares e imunológicos, fundamentais para promover estratégias de controle e minimizar falhas nos processos de fermentação do leite. Palavras-chave: Biodiversidade. Cultura starter. Imunologia. PCR multiplex. Polidiacetileno.

Bacteriophages constantly threaten starter cultures of Streptococcus thermophilus used for cheese and yogurt production in the dairy industry. Thus, the development of effective strategies to prevent and combat lysis by streptococcal phages is fundamental in this field. To this end, it is necessary to characterize the phages that infect S. thermophilus, understand the dynamics of interaction with the hosts, expand the knowledge of the evolution of these phages and improve detection methods. In this study, we used a wide range of complementary methods including comparative genomics, core genome analysis, and signature genes phylogenetics, to show that the S. thermophilus phages are organized into 142 species and five genera (three of them new), and that due to their genetic diversity, the classification at family level varies according to the classification criteria used. We also developed a multiplex PCR method to detect, in a single reaction, streptococcal phages. Based on the results of the multiplex PCR reaction and the conservation of genomes, the primer pairs designed in this study were able to detect 53 (85.48%) of the 62 phages available up to 2018, standing out as a useful tool for rapid detection of most phages infecting S. thermophilus. In addition, we started the development of immunoassays to detect phages that infect S. thermophilus, one of which is lateral flow and the other is based on polydiacetylene vesicles. This study allowed the expansion of knowledge about the genetic diversity and evolution of streptococcal phages, in addition to the development of tools for the detection of these phages based on molecular and immunological methods, fundamental to promote control strategies and minimize failures in milk fermentation processes. Keywords: Biodiversity. Starter culture. Immunology. Multiplex PCR. Polydiacetylene.