Comparative genomic and phenotypic profiling of commercial probiotic Enterococcus faecium strains: insights into safety and functional attributes.

چکیده اصلی

Enterococcus faecium is widely used in probiotics but can also act as an opportunistic pathogen, necessitating strain-specific safety and efficacy assessments. While previous studies have characterized individual E. faecium probiotic strains, few have provided an integrated genomic and phenotypic comparison of multiple commercial strains from the Asian market. This study conducted a comparative genomic and phenotypic analysis of five E. faecium strains isolated from commercial probiotic products alongside five reference strains. Whole-genome sequencing revealed that the probiotic-derived strains, which were identified as Enterococcus lactis, clustered into two distinct phylogenetic clades (Clade I: ST-812; Clade II: ST-76), corroborated by Average Nucleotide Identity and Multilocus Sequence Typing analyses. These clades exhibited coherent functional genomic profiles, with Clade I enriched in genes for carbohydrate metabolism and dietary fiber degradation, while Clade II showed a different emphasis, including carotenoid biosynthesis. Crucially, all probiotic strains lacked high-risk antibiotic resistance genes (vanA) and major virulence determinants (esp, hyl, gelE) found in the clinical control strain ATCC 51559, and were phenotypically susceptible to the tested β-lactams (penicillin, ampicillin), vancomycin, and tetracycline, and lacked acquired resistance genes for WHO-defined critically important antibiotics. In vitro probiotic property assays further showed significant inter-strain variability in gastric acid tolerance, bile salt resistance, and bile salt hydrolase (BSH) activity, underscoring the strain-specific nature of functional performance. Our integrated analysis indicates a strong link between genomic identity, functional potential, and safety profile in commercial E. faecium probiotics. This study provides a detailed genomic framework for strain-level safety assessment and supports the informed selection of E. faecium strains for probiotic applications.

ترجمه فارسی چکیده

Enterococcus faecium به طور گسترده در پروبیوتیک‌ها استفاده می‌شود اما می‌تواند به عنوان یک عامل بیماری‌زای شانس‌دار عمل کند، که نیازمند ارزیابی‌های ایمنی و اثربخشی مبتنی بر استرین است. در حالی که مطالعات قبلی استرین‌های پروبیوتیک E. faecium را توصیف کرده‌اند، تعداد کمی تحلیل مقایسه‌ای ژنومیک و فنوتیپی جامع از چندین استرین تجاری از بازار آسیا ارائه داده‌اند. این مطالعه تحلیل ژنومیک و فنوتیپی مقایسه‌ای پنج استرین E. faecium جدا شده از محصولات پروبیوتیک تجاری به همراه پنج استرین مرجع انجام داد. توالی‌یابی کل ژنوم نشان داد که استرین‌های حاصل از پروبیوتیک، که به عنوان Enterococcus lactis شناسایی شدند، در دو شاخه فیلوژنتیک متمایز (شاخه I: ST-812؛ شاخه II: ST-76) دسته‌بندی شدند که توسط تحلیل‌های هویت هسته‌ای متوسط و تایپ‌سازی توالی چند لکوسی نشان داده شد. این شاخه‌ها پروفایل‌های ژنومیک عملکردی همسو با هم را نشان دادند، با این تفاوت که شاخه I غنی از ژن‌های متابولیسم کربوهیدرات و تخریب فیبر رژیم غذایی بود، در حالی که شاخه II تمرکز متفاوتی از جمله بیوسنتز کاروتنوئید نشان داد. به طور حیاتی، تمام استرین‌های پروبیوتیک ژن‌های مقاومت آنتی‌بیوتیک با ریسک بالا (vanA) و عوامل ویرولانس اصلی (esp، hyl، gelE) را که در استرین کنترل بالینی ATCC 51559 یافت می‌شود، نداشتند و فنوتیپیایی حساس به بتا-لاکتام‌های تست شده (پنی‌سیلین، آمپی‌سیلین)، وانکومایسین و تتراسایکلین بودند و ژن‌های مقاومت اکتسابی برای آنتی‌بیوتیک‌های حیاتی طبقه‌بندی شده توسط WHO را نداشتند. آزمون‌های عملکردی پروبیوتیک در vitro همچنین تغییرات قابل توجه بین استرین‌ها در تحمل اسید معده، مقاومت به نمک صفرا و فعالیت هیدرولاز نمک صفرا (BSH) را نشان داد که ماهیت مبتنی بر استرین عملکرد را برجسته می‌کند. تحلیل ما نشان می‌دهد که یک ارتباط قوی بین هویت ژنومیک، پتانسیل عملکردی و پروفایل ایمنی در پروبیوتیک‌های تجاری E. faecium وجود دارد. این مطالعه یک چارچوب ژنومیک جزئی برای ارزیابی ایمنی سطح استرین فراهم می‌کند و انتخاب آگاهانه استرین‌های E. faecium برای کاربردهای پروبیوتیک را پشتیبانی می‌کند.

متن کامل اصلی