Novel bacterial species from the chicken gastrointestinal tract and their functional diversity

Abstract

The digestive system of chicken presents different physicochemical conditions along the gastrointestinal tract (GIT), shaping an individual microbial profile along sections with different metabolic capacities and divergence on the adaptations to the environment. Efforts to obtain cultivable bacteria originating from the upper region of chicken GIT enrich the reference genome database and provide information about the site- specific adaptations of bacteria colonizing such GIT sections allowing to understand the metabolic profile and adaptive strategies to the environment. However, the lack of sufficient reference genomes limits the interpretation of sequencing data and restrain the study of complex functions. In this study, 43 strains obtained from crop, jejunum and ileum of chicken were isolated, characterised and genome analysed to observe their metabolic profiles, adaptive strategies and to serve as future references. Eight isolates represent new species that colonise the upper gut intestinal tract and present consistent adaptations that enable us to predict their ecological role, expanding our knowledge on the adaptative functions. Strains of Limosilactobacillus were found to be more abundant in the crop, while Ligilactobacillus dominated the ileal digesta. Isolates from crop encode a high number of glycosidases specialised in complex polysaccharides compared to strains isolated from jejunum and ileum. While isolates from jejunum and ileum encode a higher number of genes that interact with the host such as collagenases and hyaluronidases, indicating preferential persistence and adaptations along the GIT. These results represent the first repository of bacteria obtained from the crop and small intestine of chicken using culturomics, improving the potential handling of chicken microbiome with biotechnological applications

Das Verdauungssystem von Hühnern weist entlang des Gastrointestinaltrakts (GIT) unterschiedliche physikalisch-chemische Bedingungen auf, die ein individuelles mikrobielles Profil entlang von Abschnitten mit unterschiedlichen Stoffwechselkapazitäten und Divergenzen bei den Anpassungen an die Umwelt prägen. Bemühungen, kultivierbare Bakterien aus der oberen Region des GIT von Hühnern zu gewinnen, bereichern die Referenzgenom-Datenbank und liefern Informationen über die ortsspezifischen Anpassungen der Bakterien, die solche Darm-Abschnitte besiedeln, was ein Verständnis des Stoffwechselprofils und der Anpassungsstrategien an die Umwelt ermöglicht. Der Mangel an ausreichenden Referenzgenomen schränkt jedoch die Interpretation der Sequenzierungsdaten ein und behindert die Untersuchung komplexer Funktionen. In dieser Studie wurden 43 Stämme aus Kropf, Jejunum und Ileum von Hühnern isoliert, charakterisiert und genomisch analysiert, um ihre Stoffwechselprofile und Anpassungsstrategien zu beobachten und als künftige Referenz zu dienen. Acht Isolate stellen neue Arten dar, die den oberen Darmtrakt besiedeln und konsistente Anpassungen aufweisen, die es uns ermöglichen, ihre ökologische Rolle vorherzusagen und unser Wissen über die Anpassungsfunktionen zu erweitern. Es wurde festgestellt, dass Stämme von Limosilactobacillus im Kropf häufiger vorkommen, während Ligilactobacillus in der ilealen Digesta dominiert.Isolate aus dem Kropf kodieren für eine große Anzahl von Glykosidasen, die auf komplexe Polysaccharide spezialisiert sind, im Vergleich zu Stämmen, die aus Jejunum und Ileum isoliert wurden.Isolate aus Jejunum und Ileum kodieren für eine größere Anzahl von Genen, die mit dem Wirt interagieren, wie Kollagenasen und Hyaluronidasen, was auf eine bevorzugte Persistenz und Anpassungen entlang des GIT hinweist. Diese Ergebnisse stellen die erste Sammlung von Bakterien aus dem Kropf und Dünndarm von Hühnern dar, die mit Hilfe der Kulturologie gewonnen wurden, und verbessern den potenziellen Umgang mit dem Mikrobiom von Hühnern für biotechnologische Anwendungen.