[논문]Next Generation Sequencing을 통한 미생물 군집 분석의 축산분야 활용

김민석; 백열창; 오영균

doi:10.11109/jaes.2015.21.3.93

Next Generation Sequencing을 통한 미생물 군집 분석의 축산분야 활용
Application of Next Generation Sequencing to Investigate Microbiome in the Livestock Sector 원문보기

한국축산시설환경학회지 = Journal of animal environmental science, v.21 no.3, 2015년, pp.93 - 98

김민석 (농촌진흥청 국립축산과학원) , 백열창 (농촌진흥청 국립축산과학원) , 오영균 (농촌진흥청 국립축산과학원)

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of this study was to review application of next-generation sequencing (NGS) to investigate microbiome in the livestock sector. Since the 16S rRNA gene is used as a phylogenetic marker, unculturable members of microbiome in nature or managed environments have been investigated using the NGS technique based on 16S rRNA genes. However, few NGS studies have been conducted to investigate microbiome in the livestock sector. The 16S rRNA gene sequences obtained from NGS are classified to microbial taxa against the 16S rRNA gene reference database such as RDP, Greengenes and Silva databases. The sequences also are clustered into species-level OTUs at 97% sequence similarity. Microbiome similarity among treatment groups is visualized using principal coordinates analysis, while microbiome shared among treatment groups is visualized using a venn diagram. The use of the NGS technique will contribute to elucidating roles of microbiome in the livestock sector.

주제어

AI 본문요약
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이론/모형

따라서 향후 연구에서 NGS 기법을 사용한다면 가축분뇨 내 미생물 군집을 포괄적으로 이해할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 NGS 기법을 이용한 미생물의 군집분석 방법 과정을 정리하였다.

성능/효과

지금까지 연구 결과를 종합해보면 소의 장내미생물의 경우 Firmicutes가 가장 우점하는 phylum이었고 Bacteroidetes가 두 번째로 우점 하는 phylum이었다 (Kim et al., 2011a; Kim et al., 2014b; Myer et al., 2015). Species 수준에서 소의 장내미생물의 군집은 사료의 변화에 가장 큰 영향을 받았다 (Fig.
, 2011b). 하지만 clone library나 DGGE로 분석할 수 있는 16S rRNA 유전자 숫자가 한계가 있기 때문에 소수의 우점 미생물만 확인할 수 있었다. Quantitative real-time PCR의 사용은 특정 미생물을 정확하게 정량할 수 있는 장점을 가지고 있지만 다수의 미생물을 동시에 분석할 수 없다 (Kim et al.

후속연구

최근 고도화된 NGS 기법이 다양한 분야에서 이용되고 있으나, 축산분야에서의 NGS 기법 활용은 아직 초기단계이다. 그러므로 NGS 기법의 장점을 살려 배양이 불가능했던 가축분뇨 및 장내 주요미생물연구에 활용할때 축산분야 미생물기전 구명에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
축산부문에서 NGS 기법을 이용한 가축 장내미생물의 연구는 활발하게 진행되고 있지만, 아직까지 NGS 기법을 이용한 가축분뇨 내 미생물 군집에 관한 연구는 거의 수행되지 않았다. 따라서 향후 연구에서 NGS 기법을 사용한다면 가축분뇨 내 미생물 군집을 포괄적으로 이해할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 NGS 기법을 이용한 미생물의 군집분석 방법 과정을 정리하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	phylogenetic microarray 방법의 한계점은 무엇인가?	, 2014a). 하지만 phylogenetic microarray 방법으로는 새로운 미생물의 군집을 분석하기 어렵다는 한계점을 가지고 있다.
	metagenomic DNA를 추출하기에, 가장 효율적인 방법은?	첫 번째 단계는 가축 분뇨 및 장내 샘플에서 metagenomic DNA를 추출하는 것이다. DNA를 추출하기 위한 여러 가지 방법들이 개발되었지만 미생물 분석을 위한 metagenomic DNA를 추출하기에 가장 효율적인 방법은 bead-beating 방법이다. RBB+C (Repeated Bead Beating Plus Column) 방법은 가축 분뇨및 장내 샘플에서 metagenomic DNA 추출을 위한 대표적인 bead-beating 방법이다 (Yu and Morrison, 2004b).
	NGS 기법을 이용한 미생물의 군집분석 방법 중, 첫 번째 단계는 무엇인가?	첫 번째 단계는 가축 분뇨 및 장내 샘플에서 metagenomic DNA를 추출하는 것이다. DNA를 추출하기 위한 여러 가지 방법들이 개발되었지만 미생물 분석을 위한 metagenomic DNA를 추출하기에 가장 효율적인 방법은 bead-beating 방법이다.

참고문헌 (26)

Caporaso, J.G., Kuczynski, J., Stombaugh, J., Bittinger, K., Bushman, F.D., Costello, E.K., Fierer, N., Pena, A.G., Goodrich, J.K., Gordon, J.I., Huttley, G.A., Kelley, S.T., Knights, D., Koenig, J.E., Ley, R.E., Lozupone, C.A., McDonald, D., Muegge, B.D., Pirrung, M., Reeder, J., Sevinsky, J.R., Turnbaugh, P.J., Walters, W.A., Widmann, J., Yatsunenko, T., Zaneveld, J., Knight, R., 2010. QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data. Nat. Methods. 7, 335-336.

상세보기
Caporaso, J.G., Lauber, C.L., Walters, W.A., Berg-Lyons, D., Lozupone, C.A,, Turnbaugh, P.J., Fierer, N., Knight, R., 2011. Global patterns of 16S rRNA diversity at a depth of millions of sequences per sample. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 108 Suppl 1, 4516-4522.

상세보기
Cole, J.R., Wang, Q., Fish, J.A., Chai, B., McGarrell, D.M., Sun, Y., Brown, C.T., Porras-Alfaro, A., Kuske, C.R., Tiedje, J. M., 2014. Ribosomal Database Project: data and tools for high throughput rRNA analysis. Nucleic. Acids. Res. 42, D633- D642.

상세보기
DeSantis, T.Z., Hugenholtz, P., Larsen, N., Rojas, M., Brodie, E.L., Keller, K., Huber, T., Dalevi, D., Hu, P., Andersen, G.L., 2006. Greengenes, a chimera-checked 16S rRNA gene database and workbench compatible with ARB. Appl. Environ. Microbiol. 72, 5069-5072.

상세보기
Eden, P.A., Schmidt, T.M., Blakemore, R. P., Pace, N.R., 1991. Phylogenetic analysis of Aquaspirillum magnetotacticum using polymerase chain reaction-amplified 16S rRNA-specific DNA. Int. J. Syst. Bacteriol. 41, 324-325.

상세보기
Freetly HC, Lindholm-Perry AK, Hales KE, Brown-Brandl TM, Kim M, Myer PR, Wells JE. 2015. Methane production and methanogen levels in steers that differ in residual gain. J. Anim. Sci. 93, 2375-2381.

상세보기
Hwang, O.H., Raveendar, S., Kim, Y.J., Kim, J.H., Choi, J.W., Kim, T.H., Choi, D.Y., Jeon, C.O., Cho, S.B., Lee, K.T., 2014. Deodorization of pig slurry and characterization of bacterial diversity using 16S rDNA sequence analysis. J. Microbiol. 52, 918-929.

상세보기
Kim, M., Morrison, M., Yu, Z., 2011a. Status of the phylogenetic diversity census of ruminal microbiomes. FEMS. Microbiol. Ecol. 76, 49-63.

상세보기
Kim, M., Morrison, M., Yu, Z., 2011b. Phylogenetic diversity of bacterial communities in bovine rumen as affected by diets and microenvironments. Folia. Microbiol. 56, 453-458.

상세보기
Kim, M., Morrison, M., Yu, Z., 2011c. Evaluation of different partial 16S rRNA gene sequence regions for phylogenetic analysis of microbiomes. J. Microbiol. Methods. 84, 81-87.

상세보기
Kim, M., Yu, Z., 2012. Quantitative comparisons of select cultured and uncultured microbial populations in the rumen of cattle fed different diets. J. Anim. Sci. Biotechnol. 3, 28.

상세보기
Kim, M., Wang, L., Morrison, M., Yu, Z., 2014a. Development of a phylogenetic microarray for comprehensive analysis of ruminal bacterial communities. J. Appl. Microbiol. 117, 949-960.

상세보기
Kim, M., Kim, J., Kuehn, L.A., Bono, J.L., Berry, E.D., Kalchayanand, N., Freetly, H.C., Benson, A.K., Wells, J.E., 2014b. Investigation of bacterial diversity in the feces of cattle fed different diets. J. Anim. Sci. 92, 683-694.

상세보기
Kumari, P., Choi, H.L., Sudiarto, S.I., 2015. Assessment of Bacterial Community Assembly Patterns and Processes in Pig Manure Slurry. PLoS. One. 10, e0139437.

상세보기
Mosher, J.J., Bowman, B., Bernberg, E.L., Shevchenko, O., Kan, J., Korlach, J., Kaplan, L.A., 2014. Improved performance of the PacBio SMRT technology for 16S rDNA sequencing. J. Microbiol. Methods. 104, 59-60.

상세보기
Myer, P.R., Smith, T.P., Wells, J.E., Kuehn, L.A., Freetly, H.C., 2015. Rumen microbiome from steers differing in feed efficiency. PLoS One. 10, e0129174.

상세보기
Park, S.J., Kim, J., Lee, J.S., Rhee, S.K., Kim, H., 2014. Characterization of the fecal microbiome in different swine groups by high-throughput sequencing. Anaerobe. 28, 157-162.

상세보기
Ruff-Roberts, A.L., Kuenen, J.G., Ward, D.M., 1994. Distribution of cultivated and uncultivated cyanobacteria and Chloroflexuslike bacteria in hot spring microbial mats. Appl. Environ. Microbiol. 60, 697-704.

상세보기
Schloss, P.D., Handelsman, J., 2004. Status of the microbial census. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 68, 686-691.

상세보기
Schloss, P.D., Westcott, S.L., Ryabin, T., Hall, J.R., Hartmann, M., Hollister, E.B., Lesniewski, R.A., Oakley, B.B., Parks, D. H., Robinson, C.J., Sahl, J.W., Stres, B., Thallinger, G.G., Van Horn, D.J., Weber, C. F., 2009. Introducing mothur: open-source, platform-independent, community-supported software for describing and comparing microbial communities. Appl. Environ. Microbiol. 75, 7537-7541.

상세보기
Wei, S., Morrison, M., Yu, Z., 2013. Bacterial census of poultry intestinal microbiome. 92, 671-683.

상세보기
Woese, C.R., Fox, G.E., 1977. Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 74, 5088-5090.

상세보기
Yilmaz, P., Parfrey, L.W., Yarza, P., Gerken, J., Pruesse, E., Quast, C., Schweer, T., Peplies, J., Ludwig, W., Glockner, F.O., 2014. The SILVA and "All-species Living Tree Project (LTP)" taxonomic frameworks. Nucleic. Acids. Res. 42, D643-D648.

상세보기
Yu, Z., Morrison, M., 2004a. Comparisons of different hypervariable regions of rrs genes for use in fingerprinting of microbial communities by PCR-denaturing gradient gel electrophoresis. Appl. Environ. Microbiol. 70, 4800-4806.

상세보기
Yu, Z., Morrison, M., 2004b. Improved extraction of PCR-quality community DNA from digesta and fecal samples. Biotechniques. 36, 808-812.

상세보기
Zhou, M., Hernandez-Sanabria, E., Guan, L.L., 2009. Assessment of the microbial ecology of ruminal methanogens in cattle with different feed efficiencies. Appl. Environ. Microbiol. 75, 6524-6533.

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