[논문]저지종 젖소의 반추위 내 미생물 균총 변화와 고창증 발병간의 상관관계 연구

김상범; 오종석; 정하연; 정영훈; 박범영; 하승민; 임석기; 이성실; 박지후; 박성민; 김언태

doi:10.5333/kgfs.2018.38.2.106

저지종 젖소의 반추위 내 미생물 균총 변화와 고창증 발병간의 상관관계 연구
The Study on the Relationship between Changes of Rumen Microflora and Bloat in Jersey Cow 원문보기

한국초지조사료학회지 = Journal of the Korean Society of Grassland and Forage Science, v.38 no.2, 2018년, pp.106 - 111

초록
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본 연구는 고창증 발병으로 폐사된 저지종 젖소의 반추위액과 캐놀라가 장착한 저지종 젖소의 반추위액을 샘플링하여 반추위 내 미생물 균총의 급작스런 변화에 따른 반추위 발효와 고창증 발병간에 연관성을 알아보고자 진행되었다. 채취한 반추위액 샘플은 PowerMax Soil DNA Isolation Kit (MO BIO Inc., CA, USA)를 이용하여 DNA를 추출한 후 PicoGreen (Turner BioSystems, Inc., CA, USA)과 Nanodrop spectrophotometer (ND-1000, NanoDrop Technologies Inc., DE, USA)를 이용하여 260/280 nm와 260/230 nm 흡광도 값을 측정하였다. DNA를 정량분석하고 $MiSeq^{TM}$ platform (Illumina, CA, USA)을 이용한 장내 미생물 균총의 다양성 분석을 마크로젠(Macrogen Inc., Seoul)에 의뢰하여 실시하였다. 반추위액 내 미생물 균총 분석 결과, 전분 분해균의 경우 고창증 발병으로 인한 폐사우의 반추위 내에서 R. bromii가 우점 하였으며, R. bromii, B. pseudolongum, B. merycicum 및 B. fibrisolvens 등과 같은 전분 분해균들이 정상우 대비 36배 높았다. 반면 반추위 발효와 밀접한 관련이 있는 F. succinogenes, R. albus 및 R. flavefaciens 등과 같은 대표적인 섬유소 분해균 비율은 정상우에서 고창증 발병으로 인한 폐사우 대비 12배 높았다. 이와 같은 결과를 볼 때, 반추위 내 균총 가운데 R. bromii, B. pseudolongum, B. merycicum 및 B. fibrisolvens 등과 같은 전분 분해균들의 급격한 증가가 반추위 내 pH 저하 및 가스 생성 증가를 초래했고 이는 저지종 젖소의 고창증 발병으로 인한 폐사와 밀접한 연관이 있었을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to investigate the relationship between changes of rumen microflora and bloat in Jersey cow. Jersey cows (control age: 42 months, control weight: 558kg; treatment age: 29 months, treatment weight 507kg) were fed on the basis of dairy feeding management at dairy science division in National Institute of Animal Science. The change of microbial population in rumen was analyzed by using next generation sequencing (NGS) technologies due to metabolic disease. The diversity of Ruminococcus bromii, Bifidobacterium pseudolongum, Bifidobacterium merycicum and Butyrivibrio fibrisolvens known as major starch fermenting bacteria was increased more than 36-fold in bloated Jersey, while cellulolytic bacteria community such as Fibrobacter succinogenes, Ruminococcus albus and Ruminococcus flavefaciens was increased more than 12-fold in non-bloated Jersey. The proportion of bacteroidetes and firmicutes was 33.4% and 39.6% in non-bloated Jersey's rumen, while bacteroidetes and firmicutes were 24.9% and 55.1% in bloated Jersey's. In conclusion, the change of rumen microbial community, in particular the increase in starch fermenting bacteria, might have an effect to occur the bloat in Jersey cow.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구를 통해 저지종 젖소의 반추위 내 미생물 균총의 급작스런 변화와 고창증 발병간의 연관성을 알아보고자 하였다.
본 연구는 고창증 발병으로 폐사된 저지종 젖소의 반추위액과 캐놀라가 장착한 저지종 젖소의 반추위액을 샘플링하여 반추위 내 미생물 균총의 급작스런 변화에 따른 반추위 발효와 고창증 발병간에 연관성을 알아보고자 진행되었다. 채취한 반추위액 샘플은 PowerMax Soil DNA Isolation Kit (MO BIO Inc.

제안 방법

DNA 를 정량분석하고 MiSeq™ platform (Illumina, CA, USA)을 이용한 장내 미생물 균총의 다양성 분석을 마크로젠(Macrogen Inc., Seoul)에 의뢰하여 실시하였다.
DNA를 정량분석하고 MiSeq™ platform (Illumina, CA, USA)을 이용한 16S rRNA 분석을 마크로젠(Macrogen Inc., Seoul, Korea)에 의뢰하여 실시하였다.
국립축산과학원 낙농과에서 사양중인 Jersey종 젖소(29개 월령, 507 kg) 가운데 고창증 발병으로 인해 갑작스럽게 폐사한 젖소의 반추위액과 캐뉼라가 장착된 저지종(42 개월령, 558 kg)으로부터 반추위액 샘플을 각각 채취 하였다. 사료급여는 국립축산과학원 낙농과 젖소 사양관리 규정에 준하여 젖소가 섬유질배합사료(TMR)를 자유채식 하도록 하였다 (Table 1).
본 연구는 고창증 발병으로 폐사된 저지종 젖소의 반추위액과 캐놀라가 장착한 저지종 젖소의 반추위액을 샘플링하여 반추위 내 미생물 균총의 급작스런 변화에 따른 반추위 발효와 고창증 발병간에 연관성을 알아보고자 진행되었다. 채취한 반추위액 샘플은 PowerMax Soil DNA Isolation Kit (MO BIO Inc., CA, USA)를 이용하여 DNA를 추출한 후 PicoGreen (Turner BioSystems, Inc., CA, USA)과 Nanodrop spectrophotometer (ND-1000, NanoDrop Technologies Inc., DE, USA)를 이용하여 260/280 nm와 260/230 nm 흡광도 값을 측정하였다. DNA 를 정량분석하고 MiSeq™ platform (Illumina, CA, USA)을 이용한 장내 미생물 균총의 다양성 분석을 마크로젠(Macrogen Inc.
채취한 저지종 반추위액 샘플을 PowerMax Soil DNA Isolation Kit (MO BIO Inc., CA, USA)를 이용하여 DNA를 추출한 후 PicoGreen(Turner BioSystems, Inc., CA, USA)과 Nanodrop spectrophotometer (ND-1000, NanoDrop Technologies Inc., DE, USA)를 이용하여 260/280 nm와 260/230 nm 흡광도 값을 측정하 였다. DNA를 정량분석하고 MiSeq™ platform (Illumina, CA, USA)을 이용한 16S rRNA 분석을 마크로젠(Macrogen Inc.

대상 데이터

국립축산과학원 낙농과에서 사양중인 Jersey종 젖소(29개 월령, 507 kg) 가운데 고창증 발병으로 인해 갑작스럽게 폐사한 젖소의 반추위액과 캐뉼라가 장착된 저지종(42 개월령, 558 kg)으로부터 반추위액 샘플을 각각 채취 하였다. 사료급여는 국립축산과학원 낙농과 젖소 사양관리 규정에 준하여 젖소가 섬유질배합사료(TMR)를 자유채식 하도록 하였다 (Table 1).

성능/효과

결론적으로 과다한 농후사료 섭취로 인해 반추위 내 미생물의 균총 변화 가운데 특정 전분 분해균의 급격한 증식이 반추위 내 pH를 저하시키고, 반추위 내 가스를 과다하게 생성하여 고창증 발병으로 인한 폐사와 밀접한 연관성이 있을 것으로 판단된다.
또한 Pitta 등(2016)의 연구에서는 미생물에 의한 생물막 생성을 가속화 시키는 특정 미생물이 고창증의 주요 원인이라 보고 있으며, Grilli 등 (2016) 실험에서도 고창증은 Bacteroidetes 속의 알려지지 않은 특정한 박테리아균이 일으킨다고 추정하였다. 따라서 본 연구에서는 R. bromii, B. pseudolongum, B. merycicum 및 B. fibrisolvens 등의 전분 분해균 뿐만 아니라 폐사우 반추위 Bacteroidetes에 속하는 알려지지 않는 미생물이 고창증 발병 에 밀접한 관련이 있을 것으로 판단된다.
fibrisolvens 등과 같은 전분 분해균들이 정상우 대비 36배 높았다. 반면 반추위 발효와 밀접한 관련이 있는 F. succinogenes, R. albus 및 R. flavefaciens 등과 같은 대표적인 섬유소 분해균 비율은 정상우에서 고창증 발병으로 인한 폐사우 대비 12배 높았다. 이와 같은 결과를 볼 때, 반추위 내 균총 가운데 R.
, Seoul)에 의뢰하여 실시하였다. 반추위액 내 미생물 균총 분석 결과, 전분 분해균의 경우 고창증 발병으로 인한 폐사우의 반추위 내에서 R. bromii가 우점 하였으며, R. bromii, B. pseudolongum, B. merycicum 및 B. fibrisolvens 등과 같은 전분 분해균들이 정상우 대비 36배 높았다. 반면 반추위 발효와 밀접한 관련이 있는 F.
이는 Majak 등(2003) 연구에서 유리가스 고창증은 반추동물이 과도한 곡물을 섭취 했을 때 반추위 내 과산증을 유발되고 반추위 운동을 저하시켜 발생한다고 주장한 결과와 일치한다. 본 연구에서 대표적인 전분분해균인 R. bromii는 폐사우에서 17.93%로 B. pseudolongum 1.08%, B. merycicum 0.81% 및 B. fibrisolvens 2.46%와 비교 였을 때 전분 분해균 중에서도 우점 하였다. 정상우에서도 R.
flavefaciens 등과 같은 대표적인 섬유소 분해균 비율은 정상우에서 고창증 발병으로 인한 폐사우 대비 12배 높았다. 이와 같은 결과를 볼 때, 반추위 내 균총 가운데 R. bromii, B. pseudolongum, B. merycicum 및 B. fibrisolvens 등과 같은 전분 분해균들의 급격한 증가가 반추위 내 pH 저하 및 가스 생 성 증가를 초래했고 이는 저지종 젖소의 고창증 발병으로 인한 폐사와 밀접한 연관이 있었을 것으로 판단된다.
46%와 비교 였을 때 전분 분해균 중에서도 우점 하였다. 정상우에서도 R. bromii는 0.48%, B. pseudolongum과 B. merycicum의 0% 및 B. fibrisolvens 0.13%로서 전분 분해균 중 B. pseudolongum, B. merycicum은 정상우에서 존재하지 않으며 R. bromii가 B. fibrisolvens에 비해 약 4배 많았다. Ze 등(2012)의 연구결과에 서 보면, R.
Figure 2에서는 특이적 차이를 보인 Ruminococcus bromii이외의 대표적인 전분 분해균인 Bifidobacterium pseudolongum, Bifidobacterium merycicum 그리고 Butyrivibrio fibrisolvens의 정상우와 고창증으로 폐사한 젖소간의 정량 분석 결과를 보여주고 있다 (Figure 2). 특히, Figure 2에서 보는 바와 같이 정상우에서는 R. bromii 0.48%, B. pseudolongum 0%, B. merycicum 0% 그리고 B. fibrisolvens 0.13%의 전분 분해균이 차지한 반면 고창증으로 인해 폐사한 저지종 젖소에서는 R. bromii 17.93%, B. pseudolongum 1.08%, B. merycicum 0.81% 그리고 B. fibrisolvens 2.46%로서 폐사축에서 전분 분해균 균총의 비율이 훨씬 높은 것을 알 수 있었다. 특히, 전분 분해균의 대표적인 R.
46%로서 폐사축에서 전분 분해균 균총의 비율이 훨씬 높은 것을 알 수 있었다. 특히, 전분 분해균의 대표적인 R. bromii는 정상우 보다 폐사축의 반추위 내 에서 약 36배나 높은 비율을 차지하고 있는 것으로 나타났다. Table 1에서는 저지종 젖소에게 급여 했던 TMR 사료의 주원료 배합비를 보여준다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유리가스 고창증은 어떻게 발생하는가?	, 2012). 유리가스 고창증은 비정상적으로 과도한 사료섭취로 인해 반추위와 중앙신경계를 연결하는 미주신경의 손상뿐만 아니라 식도와 위 유문의 물리적 막힘으로 인해 발생된다. 특히 외부 이물질로 인해 식도가 막힐 경우, 반추위 발효로 인해 생성되는 가스는 트림으로 배출되지 못해 고창증이 발병되곤 한다(Cheng et al.
	고창증이란 무엇인가?	고창증은 반추동물이 트림으로 가스를 배출할 수 있는 양보다 반추위에서 가스가 과다하게 생성될 때 발병한다(Majak et al., 2003). 2001년 6월부터 1년간 서부 캐나다 지역 낙농가에서 실시된 조사에서 총 355 두의 젖소가 폐사했는데, 폐사된 젖소 중 184 두를 사후검사 및 병리조직학적 검사한 결과, 11 두의 젖소가 고창증으로 폐사하였다(Waldner et al.
	농가의 주요 경제적 손실의 원인이 되는 고창증은 알팔파 및 곡물 사료와는 어떤 연관성이 있는가?	, 2014). 많은 양의 알팔파와 곡물 사료를 젖소에게 급여하였을 때 박테리아가 다량 증식되고 세균성 점성 물질이 증가되는데(Majak et al., 2003; Min et al., 2006), 특히 알팔파가 어리고 곡물 사료의 품질이 좋을수록 반추위 내 미생물 성장이 증가하여 고창증을 자주 일으키곤 한다 (Majak et al., 2003).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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