商業キュウリ発酵におけるグラム陰性菌に感染するバクテリオファージ

Bacteriophages Infecting Gram-Negative Bacteria in a Commercial Cucumber Fermentation.

• Zhongjing Lu
• Ilenys M Pérez-Díaz
• Janet S Hayes
• Fred Breidt

抄録

キュウリの発酵は、アメリカで最も重要な野菜発酵の一つです。発酵は通常、新鮮なキュウリに固有の乳酸菌(LAB)によって駆動される。しかし、新鮮なキュウリに存在する多くのグラム陰性菌の数に比べて、LABは大きく劣っており、LABの増殖やブルータ欠陥（発酵したキュウリの内部に形成された空洞）の発生に影響を与え、ピクルス産業に深刻な経済的損失をもたらす可能性があります。グラム陰性菌の迅速な排除は、発酵におけるLABの優位性とブルータータ欠陥の減少に重要である。様々な要因がキュウリの発酵におけるグラム陰性菌の生存率に影響を与える可能性がある。バクテリオファージ（ファージ）はそのような要因の一つであると考えられる。本研究では、商業的なキュウリ発酵におけるグラム陰性菌に感染するファージの豊富さ、多様性、および機能的役割を調査した。市販の発酵槽から 30 日間にわたってカバーブラインサンプルを採取した。発酵1日目と3日目に、39個のグラム陰性菌と26個の独立したファージが分離された。分離されたグラム陰性細菌のほぼ67％がファージ感染に感受性があった。ファージの宿主は、 , , , , , , , , , , , , , , , 種を含む。分離されたファージの約88％がファミリーのメンバーに感染し、ファージの58％が種に感染した。ユニークな宿主範囲を持つ8つのファージが特徴づけられた．eに対するファージの感染性を，キュウリジュースをモデル系として評価した．感染数1または100の倍数でのファージ感染は3時間以内に細胞濃度が5log低下し、宿主を急速に排除した。本研究では、グラム陰性菌に感染するファージの豊富さと多様性を明らかにし、ファージがグラム陰性菌の排除に重要な役割を果たしている可能性を示唆し、それによってLABの優勢を促進し、ブルーターの欠陥を最小限に抑えることができた。本研究は、商業キュウリ発酵におけるグラム陰性菌に感染するファージの生態についての初めての報告である。

Cucumber fermentations are one of the most important vegetable fermentations in the United States. The fermentation is usually driven by lactic acid bacteria (LAB) indigenous to fresh cucumbers. But LAB are greatly outnumbered by many Gram-negative bacteria on fresh cucumbers, which may influence the growth of LAB and the incidence of bloater defect (hollow cavities formed inside fermented cucumbers) leading to serious economic loss to the pickle industry. Rapid elimination of Gram-negative bacteria is crucial to the dominance of LAB and the reduction of bloater defect in the fermentation. Various factors can affect the viability of Gram-negative bacteria in cucumber fermentation. Bacteriophages (phages) may be one of such factors. This study explored the abundance, diversity, and functional role of phages infecting Gram-negative bacteria in a commercial cucumber fermentation. Cover brine samples were taken from a commercial fermentation tank over a 30-day period. On day 1 and day 3 of the fermentation, 39 Gram-negative bacteria and 26 independent phages were isolated. Nearly 67% of Gram-negative bacterial isolates were susceptible to phage infection. Phage hosts include , , , , , , , and species. About 88% of the isolated phages infected the members in the family and 58% of phages infected species. Eight phages with unique host ranges were characterized. These phages belong to the , , or family and showed distinct protein profiles and DNA fingerprints. The infectivity of a phage against e was evaluated in cucumber juice as a model system. The phage infection at the multiplicity of infection 1 or 100 resulted in a 5-log reduction in cell concentration within 3 h and rapidly eliminated its host. This study revealed the abundance and variety of phages infecting Gram-negative bacteria, particularly , in the commercial cucumber fermentation, suggesting that phages may play an important role in the elimination of Gram-negative bacteria, thereby facilitating the dominance of LAB and minimizing bloater defect. To our knowledge, this is the first report on the ecology of phages infecting Gram-negative bacteria in commercial cucumber fermentations.

Copyright © 2020 Lu, Pérez-Díaz, Hayes and Breidt.