한국산 흰줄숲모기 유전체·전사체의 생물정보학적 분석 및 뎅기바이러스 감염실험을 통한 매개능 평가 Bioinformatics Analysis of Genome and Transcriptome, and Study for Vector Competency against Dengue Virus in Korean Aedes albopictus원문보기
흰줄숲모기는 성장과 번식을 위해 인간이나 동물의 혈액을 필요로 하는 흡혈 곤충으로 뎅기열, 지카바이러스감염증, 치쿤구니야열, 웨스트나일열의 원인 바이러스를 매개하는 것으로 알려져있다. 아시아지역에서 주로 발견되던 흰줄숲모기는 미국, 유럽 등으로 전파되어 각 지역에 토착화 되고있는 것으로 보고되고 있어 그 중요성이 점차 커지고 있다. 모기에 대한 ...
흰줄숲모기는 성장과 번식을 위해 인간이나 동물의 혈액을 필요로 하는 흡혈 곤충으로 뎅기열, 지카바이러스감염증, 치쿤구니야열, 웨스트나일열의 원인 바이러스를 매개하는 것으로 알려져있다. 아시아지역에서 주로 발견되던 흰줄숲모기는 미국, 유럽 등으로 전파되어 각 지역에 토착화 되고있는 것으로 보고되고 있어 그 중요성이 점차 커지고 있다. 모기에 대한 유전체 및 전사체 연구는 살충제 내성 인자 발굴, 병원체와 매개체 간의 상호작용, 환경에 따른 유전적 변이 발생 추적 등 매개하는 질병의 효율적인 통제를 위한 관점에서 다양하게 연구되었다. 최근에는 모기 방제에 모기의 장내 공생균이 모기에게 미치는 영향을 이용한 방제 방법이나 질병 매개 모기의 유전정보를 편집하여 만든 유전자조작 모기를 활용한 방제와 같이 질병 매개체에 대한 기초 자료를 통해 도출된 방안들이 부각되고 있다. 또한 매개체 자체에 대한 생태학적, 생리학적, 계통학적 접근 등을 통하여 효과적으로 벡터를 통제하기 위한 연구가 수행되고 있다. 그러나 국내에서는 모기의 분포, 매개 병원체에 대한 조사, 백신의 개발 및 효과적인 방제 방법 등에 대한 연구에 초점이 맞추어져 있어 주요 매개체인 모기 종의 유전자원 확보가 미비한 실정이다. 이를 극복하기 위한 국내 서식 모기에 대한 유전자원 확보 및 분석에 대한 연구가 매우 필요하다. 본 연구는 국내에 서식하고 있는 흰줄숲모기 (Aedes albopictus)를 대상으로 하여 외부 환경에 노출된 개체와 안정된 실험실 환경에서 사육된 개체의 유전체 및 전사체 분석을 수행하였다. 또한 DENV like ssRNA를 사용하여 흰줄숲모기의 비교 전사체 분석을 수행하였다. 마지막으로 한국산 흰줄숲모기의 뎅기바이러스에 대한 질병 매개능 평가를 통하여, 질병 매개 모기인 한국산 흰줄숲모기에 대한 기초자료를 확보하고자 하였다. 국내 자생하고 있는 흰줄숲모기의 유전체 및 전사체 분석을 위하여 외부 환경에서 채집된 개체와 실험실 환경에서 사육된 개체로부터 DNA 및 RNA 기반 라이브러리를 구축한 후 sequencing을 수행하였다. 분석결과 두 가지 시료 모두에서 약 39 Gb의 raw data를 확보하였으며, 전사체에서는 약 8.5 Gb의 raw data를 확보하였다. 유전제 정보 분석으로 확보된 contigs와 전사체 정보 분석으로 확보된 unigenes를 이용하여 유전자를 예측하였다. 예측된 유전자를 통해 PANM 데이터베이스 및 공공 데이터베이스에 annotation 하였으며, KOG와 GO를 이용하여 유전자의 기능을 분류하고, SSR 분석, KEGG pathway, InterProScan 분석을 실시하였다. 분석된 결과를 취합하여 흰줄숲모기 관련 연구를 수행하기 위한 local 데이터베이스를 구축하였다. DENV like ssRNA에 대한 흰줄숲모기의 비교 전사체 분석을 수행하기 위해 ssRNA 주입 유무로 나누어 시료를 준비하였다. 분석 결과 대조군과 실험분 모두에서 0.4 Gb의 raw data를 확보하였으며 확보된 contigs를 이용하여 앞선 유전체, 전사체 분석으로 형성된 local 데이터베이스과 공공 데이터베이스에 annotation 하였다. 이후 KOG와 GO를 이용하여 유전자의 기능을 분류하였으며, SSR 분석, KEGG pathway, InterProScan 분석을 수행하였다. 이를 통해 도출된 결과에서 실험군과 대조군 간에 특이적으로 발현된 유전자를 확인였다. 분석을 통해 확인한 유전정보는 immune elicitor에 반응 유무에 따라 발현되는 고유의 유전자로 향후 흰줄숲모기의 면역기전 탐색에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 생각된다. 마지막으로 DENV 경구감염실험을 수행하여 DENV에 대한 한국산 흰줄숲모기의 vector competency를 확인하였다. 실험 결과 DENV의 major 벡터인 이집트숲모기와 비교하였을 떄 질병 매개능이 상대적으로 약하지만 한국산 흰줄숲모기가 DENV에 대한 질병 매개 가능성이 있는 것으로 확인하였다. 또한 앞선 연구를 통해 확인된 DENV like ssRNA관련 특이 유전자 pool이 실제로 DENV에 감염된 모기에서도 유사한 양상을 보이는지 확인하였다. 그 결과 일부 유전자에서 유사한 양상을 보이는 것을 확인하였으며, 이와 관련된 확인이 추가적 연구가 필요할 것으로 생각된다. 본 연구를 통해 확보한 한국산 흰줄숲모기에 대한 기초자료 및 연구 결과는 향후 흰줄숲모기에 대한 후속 연구 및 매개하는 질병에 대한 연구 수행에 있어 주요한 기초 자료로써 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
흰줄숲모기는 성장과 번식을 위해 인간이나 동물의 혈액을 필요로 하는 흡혈 곤충으로 뎅기열, 지카바이러스감염증, 치쿤구니야열, 웨스트나일열의 원인 바이러스를 매개하는 것으로 알려져있다. 아시아지역에서 주로 발견되던 흰줄숲모기는 미국, 유럽 등으로 전파되어 각 지역에 토착화 되고있는 것으로 보고되고 있어 그 중요성이 점차 커지고 있다. 모기에 대한 유전체 및 전사체 연구는 살충제 내성 인자 발굴, 병원체와 매개체 간의 상호작용, 환경에 따른 유전적 변이 발생 추적 등 매개하는 질병의 효율적인 통제를 위한 관점에서 다양하게 연구되었다. 최근에는 모기 방제에 모기의 장내 공생균이 모기에게 미치는 영향을 이용한 방제 방법이나 질병 매개 모기의 유전정보를 편집하여 만든 유전자조작 모기를 활용한 방제와 같이 질병 매개체에 대한 기초 자료를 통해 도출된 방안들이 부각되고 있다. 또한 매개체 자체에 대한 생태학적, 생리학적, 계통학적 접근 등을 통하여 효과적으로 벡터를 통제하기 위한 연구가 수행되고 있다. 그러나 국내에서는 모기의 분포, 매개 병원체에 대한 조사, 백신의 개발 및 효과적인 방제 방법 등에 대한 연구에 초점이 맞추어져 있어 주요 매개체인 모기 종의 유전자원 확보가 미비한 실정이다. 이를 극복하기 위한 국내 서식 모기에 대한 유전자원 확보 및 분석에 대한 연구가 매우 필요하다. 본 연구는 국내에 서식하고 있는 흰줄숲모기 (Aedes albopictus)를 대상으로 하여 외부 환경에 노출된 개체와 안정된 실험실 환경에서 사육된 개체의 유전체 및 전사체 분석을 수행하였다. 또한 DENV like ssRNA를 사용하여 흰줄숲모기의 비교 전사체 분석을 수행하였다. 마지막으로 한국산 흰줄숲모기의 뎅기바이러스에 대한 질병 매개능 평가를 통하여, 질병 매개 모기인 한국산 흰줄숲모기에 대한 기초자료를 확보하고자 하였다. 국내 자생하고 있는 흰줄숲모기의 유전체 및 전사체 분석을 위하여 외부 환경에서 채집된 개체와 실험실 환경에서 사육된 개체로부터 DNA 및 RNA 기반 라이브러리를 구축한 후 sequencing을 수행하였다. 분석결과 두 가지 시료 모두에서 약 39 Gb의 raw data를 확보하였으며, 전사체에서는 약 8.5 Gb의 raw data를 확보하였다. 유전제 정보 분석으로 확보된 contigs와 전사체 정보 분석으로 확보된 unigenes를 이용하여 유전자를 예측하였다. 예측된 유전자를 통해 PANM 데이터베이스 및 공공 데이터베이스에 annotation 하였으며, KOG와 GO를 이용하여 유전자의 기능을 분류하고, SSR 분석, KEGG pathway, InterProScan 분석을 실시하였다. 분석된 결과를 취합하여 흰줄숲모기 관련 연구를 수행하기 위한 local 데이터베이스를 구축하였다. DENV like ssRNA에 대한 흰줄숲모기의 비교 전사체 분석을 수행하기 위해 ssRNA 주입 유무로 나누어 시료를 준비하였다. 분석 결과 대조군과 실험분 모두에서 0.4 Gb의 raw data를 확보하였으며 확보된 contigs를 이용하여 앞선 유전체, 전사체 분석으로 형성된 local 데이터베이스과 공공 데이터베이스에 annotation 하였다. 이후 KOG와 GO를 이용하여 유전자의 기능을 분류하였으며, SSR 분석, KEGG pathway, InterProScan 분석을 수행하였다. 이를 통해 도출된 결과에서 실험군과 대조군 간에 특이적으로 발현된 유전자를 확인였다. 분석을 통해 확인한 유전정보는 immune elicitor에 반응 유무에 따라 발현되는 고유의 유전자로 향후 흰줄숲모기의 면역기전 탐색에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 생각된다. 마지막으로 DENV 경구감염실험을 수행하여 DENV에 대한 한국산 흰줄숲모기의 vector competency를 확인하였다. 실험 결과 DENV의 major 벡터인 이집트숲모기와 비교하였을 떄 질병 매개능이 상대적으로 약하지만 한국산 흰줄숲모기가 DENV에 대한 질병 매개 가능성이 있는 것으로 확인하였다. 또한 앞선 연구를 통해 확인된 DENV like ssRNA관련 특이 유전자 pool이 실제로 DENV에 감염된 모기에서도 유사한 양상을 보이는지 확인하였다. 그 결과 일부 유전자에서 유사한 양상을 보이는 것을 확인하였으며, 이와 관련된 확인이 추가적 연구가 필요할 것으로 생각된다. 본 연구를 통해 확보한 한국산 흰줄숲모기에 대한 기초자료 및 연구 결과는 향후 흰줄숲모기에 대한 후속 연구 및 매개하는 질병에 대한 연구 수행에 있어 주요한 기초 자료로써 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
Aedes albopictus, commonly known as the “Asian tiger mosquito”, is native to the tropical and subtropical regions of Southeast Asia. But the species has also been located from United States and Europe, establishing its heritage as an indigenous species with increasing global health concern. The arri...
Aedes albopictus, commonly known as the “Asian tiger mosquito”, is native to the tropical and subtropical regions of Southeast Asia. But the species has also been located from United States and Europe, establishing its heritage as an indigenous species with increasing global health concern. The arrival of Ae. albopictus in non-native habitats has been correlated to the competitive exclusion of Ae, aegyptii. Ae. albopictus is a blood-feeding insect that requires human or animal blood for growth and reproduction. It is a competent vector of more than 30 viruses, including the dengue virus, zika virus, and chikungunya virus that affect humans. The vector competency of Ae. albopictus and other mosquitoes refer to their intrinsic ability to acquire, host and transmit the viruses. With the advent of next-generation sequencing (NGS) and significant advances in genomics, novel insights have been revealed on host-pathogen interactions, immunogenetics, and viral evolution in mosquitoes. This has inspired innovative treatment and control strategies. A large proportion of the Korean mosquito community is accounted for by Ae. albopictus, although autochthonous clinical cases have not been reported. However, with the reported geographical genetic variations of Ae. albopictus in Korea, it is important to secure the molecular resources and different genetic markers that could be used to closely monitor the vector population and its competence for hosting viruses, thereby deciding on efficient vector surveillance and control. In order to conduct genome and transcriptome analysis, Ae. albopictus mosquitoes from were collected using BG sentinel traps and reared in laboratory environment. The DNA and cDNA library (from extracted total RNA) was sequenced using the Illumina HiSeq 4000 platform. About 39 Gb and 8.5 Gb of raw data was obtained from the genome and transcriptome of Korean Ae. albopictus. The contig assembly predicted genes that were subsequently annotated using PANM database and other public databases, The functional predictions were performed using the KOG database. Moreover, the unigenes obtained from the transcriptome were also annotated using the said databases as the genome, while functional predictions were performed using KOG, GO, KEGG, and IPS analysis. An attempt was also made to screen the polymorphic SSRs from the unigene information derived from the transcriptome. Further, comparative transcriptome of Ae. albopictus with or without the presence of DENV-like ssRNA have been studied., 0.4 Gb of raw data was obtained from both the groups of mosquitoes. Contigs were used to annotate public DB and local DB that formed by previous genome and transcriptome analysis. Afterwards, the functions of genes were classified, genes that do not cross each other between the experimental group and the control group were identified in each condition. Furthermore, DENV2 oral infection test was performed in an ABSL3 environment to understand the vector competency of Korean Ae. albopictus. The results confirmed the weaker disease mediating ability of Korean Ae. albopictus as a source of dengue virus. A basic dataset is ready for analyzing the genome, transcriptome, comparative analysis and vector competence of Korean Ae. albopictus. This result can be used as reference resource for conducting additional domestic vector research in the future.
Aedes albopictus, commonly known as the “Asian tiger mosquito”, is native to the tropical and subtropical regions of Southeast Asia. But the species has also been located from United States and Europe, establishing its heritage as an indigenous species with increasing global health concern. The arrival of Ae. albopictus in non-native habitats has been correlated to the competitive exclusion of Ae, aegyptii. Ae. albopictus is a blood-feeding insect that requires human or animal blood for growth and reproduction. It is a competent vector of more than 30 viruses, including the dengue virus, zika virus, and chikungunya virus that affect humans. The vector competency of Ae. albopictus and other mosquitoes refer to their intrinsic ability to acquire, host and transmit the viruses. With the advent of next-generation sequencing (NGS) and significant advances in genomics, novel insights have been revealed on host-pathogen interactions, immunogenetics, and viral evolution in mosquitoes. This has inspired innovative treatment and control strategies. A large proportion of the Korean mosquito community is accounted for by Ae. albopictus, although autochthonous clinical cases have not been reported. However, with the reported geographical genetic variations of Ae. albopictus in Korea, it is important to secure the molecular resources and different genetic markers that could be used to closely monitor the vector population and its competence for hosting viruses, thereby deciding on efficient vector surveillance and control. In order to conduct genome and transcriptome analysis, Ae. albopictus mosquitoes from were collected using BG sentinel traps and reared in laboratory environment. The DNA and cDNA library (from extracted total RNA) was sequenced using the Illumina HiSeq 4000 platform. About 39 Gb and 8.5 Gb of raw data was obtained from the genome and transcriptome of Korean Ae. albopictus. The contig assembly predicted genes that were subsequently annotated using PANM database and other public databases, The functional predictions were performed using the KOG database. Moreover, the unigenes obtained from the transcriptome were also annotated using the said databases as the genome, while functional predictions were performed using KOG, GO, KEGG, and IPS analysis. An attempt was also made to screen the polymorphic SSRs from the unigene information derived from the transcriptome. Further, comparative transcriptome of Ae. albopictus with or without the presence of DENV-like ssRNA have been studied., 0.4 Gb of raw data was obtained from both the groups of mosquitoes. Contigs were used to annotate public DB and local DB that formed by previous genome and transcriptome analysis. Afterwards, the functions of genes were classified, genes that do not cross each other between the experimental group and the control group were identified in each condition. Furthermore, DENV2 oral infection test was performed in an ABSL3 environment to understand the vector competency of Korean Ae. albopictus. The results confirmed the weaker disease mediating ability of Korean Ae. albopictus as a source of dengue virus. A basic dataset is ready for analyzing the genome, transcriptome, comparative analysis and vector competence of Korean Ae. albopictus. This result can be used as reference resource for conducting additional domestic vector research in the future.
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