Comparative and Quantitative Proteomics of Biogenic-Amine-Producing Bacteria and Virulence Factors Present in Seafood

Abstract

The presence of biogenic amines (histamine, tyramine, putrescine, and cadaverine) in seafood is a significant concern for food safety. This review describes for the first time a shotgun quantitative proteomics strategy to evaluate and compare foodborne strains of bacteria that produce biogenic amines in seafoods. This approach recognized 35,621 peptide spectrum matches, belonging to 20,792 peptides, and 4621 proteins. It allowed the determination of functional pathways and the classification of the strains into hierarchical clusters. The study identified a protein–protein interaction network involving 1160 nodes/10,318 edges. Proteins were related to energy pathways, spermidine biosynthesis, and putrescine metabolism. Label-free quantitative proteomics allowed the identification of differentially regulated proteins in specific strains such as putrescine aminotransferase, arginine decarboxylase, and l-histidine-binding protein. Additionally, 123 peptides were characterized as virulence factors and 299 peptide biomarkers were selected to identify bacterial species in fish products. This study presents the most extensive proteomic repository and progress in the science of food biogenic bacteria and could be applied in the food industry for the detection of bacterial contamination that produces histamine and other biogenic amines during food processing/storage.El estudio se centra en la identificación y caracterización de bacterias productoras de aminas biogénicas en mariscos, un tema urgente en la seguridad alimentaria debido a los riesgos asociados con aminas como histamina, tiramina, putrescina y cadaverina. Utilizando una novedosa estrategia de proteómica cuantitativa tipo "shotgun", los investigadores analizaron nueve cepas bacterianas asociadas con la producción de aminas biogénicas. Los métodos incluyeron avanzadas técnicas proteómicas LC-MS/MS, análisis bioinformáticos funcionales y agrupamiento jerárquico para identificar proteínas, vías metabólicas y factores de virulencia. El estudio identificó 35,621 coincidencias de espectros de péptidos correspondientes a 20,792 péptidos y 4,621 proteínas, proporcionando información sobre las vías metabólicas y los patrones de agrupamiento bacteriano. Se destacaron proteínas clave, como la histidina descarboxilasa y la putrescina aminotransferasa, por su papel en la producción de aminas. Además, la investigación identificó 123 factores de virulencia y 299 biomarcadores peptídicos para detectar contaminación bacteriana en mariscos. Los hallazgos revelaron redes extensas de interacciones proteína-proteína, vías funcionales y biomarcadores específicos de cepa. De manera notable, algunas bacterias mostraron una alta concentración de descarboxilasas y proteínas de transporte, que son fundamentales en la síntesis de aminas. También se identificaron factores de virulencia, como fimbrias, sideróforos y proteínas de resistencia a antibióticos, lo que subraya su papel en la patogenicidad bacteriana y la resistencia. Este repositorio proteómico integral, el más grande de su tipo, tiene implicaciones significativas para la seguridad de los mariscos. Proporciona un marco para la identificación bacteriana rápida, asegurando una detección oportuna y prevención de la intoxicación por histamina. Además, allana el camino para futuras investigaciones sobre estrategias antimicrobianas dirigidas y mejora los protocolos de la industria alimentaria para mitigar la contaminación bacteriana durante el almacenamiento y procesamiento.