Bacterial diversity using metagenomics of 16s rDNA in water kefir, an innovative source of probiotics for bee nutrition

Abstract

Water kefir is a sparkling, slightly acidic fermented beverage made from sugar, water,and water kefir grains, which are a mixture of yeast and bacteria. These grains produce a varietyof fermentation compounds such as lactic acid, acetaldehyde, acetoin, ethanol and carbondioxide. In this study, a high-throughput sequencing technique was used to characterize thebacterial composition of the original water kefir from which potential probiotics were obtained.We studied the bacterial diversity of both water kefir grains and beverages. DNA was extractedfrom three replicate samples of both grains and beverages using the Powerlyzer Microbial Kit.The hypervariable V1---V2 region of the bacterial 16S ribosomal RNA gene was amplified toprepare six DNA libraries. Between 1.4 M and 2.4 M base-pairs were sequenced for the library.In total, 28 721 971 raw reads were obtained from all the samples. Estimated species richnesswas higher in kefir beverage samples compared to grain samples. Moreover, a higher level ofmicrobial alpha diversity was observed in the beverage samples. Particularly, the predominantbacteria in beverages were Anaerocolumna and Ralstonia, while in grains Liquorilactobacillusdominated, with lower levels of Leuconostoc and Oenococcus.

El kéfir de agua es una bebida fermentada con gas, ligeramente ácida, hecha de azúcar, agua y granos de kéfir de agua, que son una mezcla de levadura y bacterias. Estos granos producen una variedad de compuestos de fermentación como ácido láctico, acetaldehído, acetona, etanol y dióxido de carbono. En este estudio se utilizó una técnica de secuenciación de alto rendimiento para caracterizar la composición bacteriana del kéfir de agua original del que se obtuvieron posibles probióticos. Estudiamos la diversidad bacteriana tanto de los granos de kéfir de agua como de las bebidas. Se extrajo ADN de muestras de granos y sobrenadante (tres réplicas) utilizando el Powerlyzer Microbial Kit. Se amplificó la región V1-V2 conservada del gen del ARN ribosómico 16S bacteriano para preparar seis bibliotecas de ADN. Se secuenciaron entre 1,4 M y 2,4 M de pares de bases para la biblioteca. En total, se obtuvieron 28.721.971 lecturas sin procesar de todas las muestras. La riqueza de especies estimada fue mayor en las muestras de sobrenadante de kéfir en comparación con las muestras de granos. Además, se observó un mayor nivel de diversidad alfa microbiana en las muestras de sobrenadante. En particular, las bacterias predominantes en el sobrenadante fueron Anaerocolumna y Ralstonia, mientras que en los granos dominó Liquorilactobacillus, con niveles más bajos que Leuconostoc y Oenococcus. Si bien la diversidad bacteriana en los granos de kéfir fue baja debido a que solo tres géneros fueron los más representados, todos ellos fueron bacterias ácido lácticas (BAL) con potencial como probióticos en la alimentación artificial de las abejas.