| Literature DB >> 33808742 |
Olakunle Fagbemigun1, Gyu-Sung Cho2, Niels Rösch2, Erik Brinks2, Katrin Schrader3, Wilhelm Bockelmann2, Folarin A Oguntoyinbo1,4, Charles M A P Franz2.
Abstract
Nono, an important traditional fermented dairy food produced from cow's milk in Nigeria, was studied for microbial diversity and for starter culture development for industrial production. On the basis of a polyphasic approach, including phenotypic and genotypic methods such as 16S rRNA gene sequencing, repetitive element PCR (rep-PCR) fingerprinting metagenomics, and whole genome sequencing, we identified Lactobacillus (Lb.) helveticus, Limosilactobacillus (L.) fermentum, Lb. delbrueckii, and Streptococcus (S.) thermophilus as predominant bacterial species involved with milk fermentation during traditional nono production in Nigeria, while the predominant yeast species in nono was identified as Saccharomyces cerevisiae. Using metagenomics, Shigella and potential pathogens such as enterobacteria were detected at low levels of abundance. Strains of the predominant lactic acid bacteria (LAB) were selected for starter cultures combination on the basis of their capacities for rapid growth in milk and reduction of pH below 4.5 and their gelling characteristic, which was demonstrated noticeably only by the S. thermophilus strains. Whole genome sequence analysis of selected bacterial strains showed the largest assembled genome size to be 2,169,635 bp in Lb. helveticus 314, while the smallest genome size was 1,785,639 bp in Lb. delbrueckii 328M. Genes encoding bacteriocins were not detected in all the strains, but all the LAB possessed genes potentially involved in diacetyl production and citrate metabolism. These bacteria isolated from nono can thus be used to improve the microbial safety quality of nono in Nigeria, in addition to improving technological parameters such as gelling viscosity, palatability, and product consistency.Entities:
Keywords: fermentation; genome; lactic acid bacteria; milk; nono
Year: 2021 PMID: 33808742 PMCID: PMC8003450 DOI: 10.3390/microorganisms9030640
Source DB: PubMed Journal: Microorganisms ISSN: 2076-2607
Figure 1Bacterial counts in 25 nono samples obtained from local Fulani processors and markets in Kano, Katsina, Jigawa, and Bauchi states in northern Nigeria. Enterobacteria counts were determined on violet red bile agar (VRBD), yeasts on yeast extract–glucose–chloramphenicol agar (YGC); lactic acid bacteria on de Man, Rogosa, and Sharpe medium (MRS); and lactococci and streptococci on M17 medium. The total aerobic, mesophilic counts were determined on plate count agar (PCA), and the standard error is shown. See text for details of incubation conditions.
Figure 2Relative abundance of microorganisms in 25 nono samples obtained from local Fulani processors and markets in Kano, Katsina, Jigawa, and Bauchi states in northern Nigeria, as determined by 16S-based amplicon sequencing.
Figure 3Dendrogram obtained by unweighted pair-group method using arithmetic averages clustering algorithm (UPGMA) (I-IV clusters) of correlation value r of repetitive element PCR (rep-PCR) fingerprint patterns with primer GTG5 of predominant lactic acid bacterial strains isolated from the fermented milk product nono from Nigeria. (a) Heterofermentative rod-shaped lactic acid bacteria, (b) homofermentative coccus-shaped lactic acid bacteria, (c) homofermentative rod-shaped lactic acid bacteria. Arrows indicate the strains for which the 16S rRNA gene was amplified and sequenced in order to identify. Star indicates strains Limosilactobacillus (L.) fermentum 317, Lactobacillus (Lb.) delbrueckii 328M, and Lb. helveticus 313 that were not selected as (potential) starter strains in this study but were sequenced in a previous study to confirm 16S rRNA gene sequencing results and to establish genome sequencing methods [23].
Yeast identification based on sugar utilization as tested using the API ID 32C, showing the API identification code that resulted in the strain identification at the apiweb (BioMérieux) database.
| Species | Isolate | API | GAL | ACT | SAC | NAG | LAT | ARA | CEL | RAF | MAL | TRE | 2KG | MDG | SOR | XYL | RIB | GLY | RHA | PLE | ERY | MEL | GRT | MLZ | GNT | LVT | MAN | LAC | INO | GLU | SBE | GLN | ESC |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
| 103 | 5260000001 | + | − | + | − | + | − | − | + | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − |
| 104 | 5260000011 | + | − | + | − | + | − | − | + | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | + | − | − | − | |
| 106 | 5200000001 | + | − | + | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 109 | 5320400001 | + | − | + | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 111 | 1244400001 | + | − | + | + | + | − | − | + | + | − | − | + | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 113 | 5470000001 | + | − | + | − | + | − | + | + | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 115 | 1240000001 | + | − | − | − | + | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 191 | 5060000001 | + | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 193 | 5060000001 | + | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 202 | 5060000001 | + | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 206 | 5040000001 | + | − | + | − | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 370 | 5220000001 | + | − | + | − | − | − | − | + | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 371 | 5060000001 | + | − | + | − | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 372 | 5220000001 | + | − | + | − | + | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 373 | 5260000001 | + | − | + | − | + | − | + | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | ||
| 377 | 5260000001 | + | − | + | − | + | − | − | + | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 378 | 5260000001 | + | − | + | − | + | − | − | + | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
|
| 105 | O200000001 | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | + |
| 114 | O200010001 | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 116 | O200010001 | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | + | |
| 190 | O200010001 | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 192 | O200010001 | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 199 | O200000001 | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 200 | O200010001 | − | − | − | − | + | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 369 | O200000001 | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
| 375 | O200000001 | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
|
| 101 | 7200300021 | + | + | + | − | + | − | − | − | − | − | − | − | + | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | + | − | − | + |
| 108 | 7220200021 | + | + | + | − | + | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | + | − | − | + | |
| 374 | 7220300021 | + | + | + | − | + | − | − | + | − | − | − | − | + | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | + | − | − | + | |
|
| 110 | 1300010003 | + | − | − | + | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | + | − | + |
| 112 | O300010001 | − | − | − | + | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | + | ||
| 367 | O300010001 | − | − | − | + | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | + | ||
|
| 107 | 5020000001 | + | − | + | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − |
| 201 | 5020000001 | + | − | + | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
|
| 368 | 5143350113 | + | − | + | + | − | − | − | − | + | + | + | − | + | + | − | + | − | + | − | − | − | + | − | − | − | − | − | + | − | − | − |
|
| 198 | 5157170307 | + | − | + | + | − | − | + | − | + | + | + | + | + | − | − | + | + | + | − | − | − | + | + | − | − | − | − | + | + | + | + |
|
| 102 | 1300300011 | + | − | − | + | + | − | − | − | − | − | − | − | + | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | + | − | − | − |
|
| 195 | 3000310001 | + | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − |
|
| 376 | 5020000001 | + | − | + | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − |
|
| 197 | 4457364141 | − | − | + | − | − | + | + | − | + | + | + | + | + | + | − | − | + | + | − | − | + | + | − | − | + | − | − | + | + | − | − |
|
| 210 | O100010001 | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − | |
|
| 196 | 5461740111 | + | − | + | − | − | + | − | + | + | + | − | − | + | + | + | − | − | − | − | − | − | + | − | − | + | − | − | + | − | − | − |
|
| 205 | 1000000001 | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | − | − |
GAL, D-GALactose; ACT, cycloheximide(ACTidion); SAC, D-SACcharose (sucrose); NAG, N-Acetyl-Glucosamine; LAT, LAcTic acid; ARA, L-ARAbinose; CEL, D-CELobiose; RAF, D-RAFfinose; MAL, D-MALtose; TRE, D-TREhalose; 2KG potassium-2-KetoGluconate; MDG, Methyl-aD-Glucopyranoside; MAN, D-MANnitol; LAC, D-LACtose (bovine origin); INO, INOsitol; SOR, D-SORbitol; XYL, D-XYLose; RIB, D-RIBose; GLY, GLYcerol; RHA, L-RHAmnose; PLE, PaLatinosE; ERY, ERYthritol; MEL, D-MELibiose; GRT, sodium GlucuRonaTe; MLZ, D-MeLeZitose; GNT, potassium; GlucuNaTe; LVT, levulinic acid (LeVilinaTe); GLU, D-GLUcose; SBE L-SorBosE; GLN, GLucosamiNe; ESC, ESCulin ferric citrate. +; detected, −; not detected.
Figure 4Development of pH of milk during 24 h nono fermentation with potential starter culture (a) with strains Streptococcus (S.) thermophilus strains 252, 363, and 349 (single determinations in a single fermentation) (i); Lb. delbrueckii 052, 053, and 328M (ii); Lb. helveticus 058, 314, and 321 (iii); and L. fermentum 054, 317, and 339 (iv), as well as counts (log cfu/mL) of potential nono starter strains in milk directly after inoculation (0 h) and after 24 h fermentation (b) as determined by plate counting on MRS agar (Lb. delbrueckii, L. fermentum, and Lb. helveticus strains) and M17 agar (S. thermophilus strains). The standard error in terms of duplicate counts is indicated.
Figure 5Development of pH of starter culture combinations consisting of the starter strains Lb. helveticus 314, L. fermentum 317, S. thermophilus 252, Lb. delbrueckii 328M, and the yeast S. cerevisiae strain 370 (mixture A) or the lactic acid bacteria strains without the yeast (mixture B) during 24 h fermentation in milk. pH determinations were done as single determinations.
Figure 6Flow curves of the milk fermented for 24 h with different single strain cultures of Lb. delbrueckii strains 052, 053, and 328M; L. fermentum strains 054, 317, and 339; Lb. helveticus strains 058, 314, and 321; and S. thermophilus strains 252, 363, and 349 (a), or with mixed starter strains Lb. helveticus 314, L. fermentum 317, S. thermophilus 252, Lb. delbrueckii 328M, and the yeast Sc. cerevisiae strain 370 (mixture A) or the four lactic acid bacteria strains without the yeast (mixture B) (b).
Results of genome sequencing of representative predominant strains of nono production. The genome sequence data for L. fermentum 317 and Lb. delbrueckii 328M were obtained previous study [23]. +; detected, −; not detected
| Strain | ||||
|---|---|---|---|---|
| No. of contigs | 132 | 144 | 73 | 74 |
| Largest contig | 156,761 | 133,516 | 135,635 | 180,564 |
| N50 | 29,559 | 43,204 | 60,623 | 59,820 |
| GC content (mol%) | 36.46 | 51.55 | 49.72 | 38.67 |
| Total length (bp) | 2,169,532 bp | 1,924,745 bp | 1,785,290 bp | 1,814,605 bp |
| Plasmid sequence | + | + | − | − |
| CDS (coding sequence) | 2270 | 1950 | 1815 | 1844 |
| tRNA | 60 | 54 | 74 | 41 |
| rRNA | 4 | 10 | 9 | 4 |
| Bacteriocin | + | − | − | + |
| Citrate lyase | + | + | − | − |
| Acetolactate synthase | − | + | − | + |
| Dihydropteroate synthase | + | + | + | + |
| 2-Amino-4-hydroxy-6-hydroxymethyldihydropteridine diphosphokinase | − | + | − | + |
| Alpha-galactosidase | + | + | − | − |
| Alpha-amylase | + | + | − | − |
| PTS mannose/fructose/sorbose transporter | + | + | + | + |
| PTS glucitol/sorbitol transporter | + | − | + | − |