선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 이러한 여러 개개의 연구를 통합한 메타분석(meta-analysis)은 말의 이상적인 후장발효를 통한 소화율 향상 및 미생물 배양을 위한 중요한 기초자료를 제공할 수 있지만 아직까지 수행된 바가 없다. 따라서, 본 연구에서는 RDP 데이터베이스에서 얻어지는 모든 말 분변 내 미생물에 대한 시퀀스를 메타분석하여 마이크로바이옴 다양성을 통합적으로 조사하였다.
- 본 연구는 말 분변으로부터 마이크로바이옴 다양성 조사를 위해 Sanger sequencing 기법으로 분석된 말 분변 유래 16S rRNA gene sequence를 메타분석하였다. Bacteria의 경우 phylum 수준에서 Firmicutes가 가장 우점하였고, Bacteroidetes가 두번째로 우점하였다.
- 반면에 domain Archaea는 98 sequences가 모두 1개의 phylum Euryarchaeota으로 분류되었다. 본 연구에서는 메타분석을 사용해 배양이 불가능한 수많은 말 분변 유래 미생물의 계통학적 분류를 처음으로 체계적으로 정리하였다.
가설 설정
- Pseudoramibacter는 신경 감염과 관련이 있다고 보고되고 있지만(Finegold 등, 2004), 말 분변에서의 역할이 분명하지 않다. 1개의 sequence만 존재하였기 때문에 우연에 의해 분류될 가능성도 있을 것이다. Family Clostridiales_ Incertae Sedis VIII (n = 15)는 genus Anaerovorax (n = 11)와 genus Mogibacterium (n = 4)가 속한다.
제안 방법
- 위의 검색어를 사용하여 RDP 데이터베이스에서 말 분변 유래 16S rRNA gene sequence와 함께 taxonomy 정보가 포함된 ARB-compatible tree를 다운로드하였다. 이렇게 획득된 sequence와 tree 파일을 input data로 하여 ARB 프로그램 (Ludwig과 Strunk, Munich, Germany)에서 불러오기를 한 후 taxonomy tree를 생성하였다.
- 이렇게 획득된 sequence와 tree 파일을 input data로 하여 ARB 프로그램 (Ludwig과 Strunk, Munich, Germany)에서 불러오기를 한 후 taxonomy tree를 생성하였다. 이렇게 생성된 taxonomy tree를 기반으로 하여 말 분변 유래 마이크로바이옴의 다양성을 분석하였다.
- 위의 검색어를 사용하여 RDP 데이터베이스에서 말 분변 유래 16S rRNA gene sequence와 함께 taxonomy 정보가 포함된 ARB-compatible tree를 다운로드하였다. 이렇게 획득된 sequence와 tree 파일을 input data로 하여 ARB 프로그램 (Ludwig과 Strunk, Munich, Germany)에서 불러오기를 한 후 taxonomy tree를 생성하였다. 이렇게 생성된 taxonomy tree를 기반으로 하여 말 분변 유래 마이크로바이옴의 다양성을 분석하였다.
- 이전 논문에서 제시한 방법을 사용하여(Kim 등, 2011; Kim과 Wells, 2016), 지구상의 모든 미생물의 16S rRNA gene sequence을 포함하는 RDP 데이터베이스에서 말 분변에서만 유래된 Bacteria와 Archaea의 16S rRNA gene sequence를 검색 후 다운로드하였다(release 11, Update 5). 말 분변 유래 16S rRNA gene sequence 정보를 얻기 위하여 ‘horse feces (or faeces)’와 ‘equine feces (or faeces)’가 검색어로 이용되었다.
대상 데이터
- 말 분변 미생물의 다양성 분석을 위하여 말 분변 유래 842개의 16S rRNA gene sequence를 22개의 연구 결과(6개의 unpublished studies 포함)로부터 획득하였다. 말 분변 미생물은 크게 Bacteria과 Archaea로 나뉘어졌으며 이를 바탕으로 한 taxonomic tree가 Fig.
- 말 분변 유래 16S rRNA gene sequence 정보를 얻기 위하여 ‘horse feces (or faeces)’와 ‘equine feces (or faeces)’가 검색어로 이용되었다.
- 16S rRNA gene은 bacteria, archaea에 있어 생물체의 계통 발생학적 관계를 밝히는 phylogenetic marker로서 이용될 수 있다(Kim 등, 2017). 본 연구에서는 말 분변 내 미생물의 다양성을 분석하기 위해 RDP 데이터베이스에 등록된 말 분변 유래 16S rRNA gene sequence를 이용하였다. 기존에 16S rRNA gene을 이용하여 마이크로바이옴 다양성을 조사한 연구가 선행된 바 있으며, 이를 위한 분석 체제가 설정된 바 있다(Kim 등, 2011; Kim 과 Wells, 2016).
성능/효과
- 1). Acidaminococcaceae의 5 sequences는 모두 genus Phascolarctobacterium로 분류되었고, Veillonellaceae의 1 sequence는 unclassified Veillonellaceae로 분류되었다. Phascolarctobacterium는 발효산물로 acetate와 propionate를 생산할 것으로 추정된다(Wu 등, 2017).
- Class Betaproteobacteria의 1 sequence는 family Alcaligenaceae에 속하는 genus Alcaligenes로 분류되었고, class Deltaproteobacteria의 1 sequence는 family Bdellovibrionaceae에 속하는, genus Vampirovibrio로 분류되었다. Alcaligenes는 토양에서 발견되기 때문에(Zhang 등, 2017), 말 분변이 토양으로부터 오염되어 검출되었을 가능성이 있다.
- Class Erysipelotrichia: Class Erysipelotrichia의 12 sequences는 family Erysipelotrichaceae에 속하는 genus Catenibacterium (n = 1), Sharpea (n = 4), Kandleria (n = 2), Faecalitalea (n = 1), unclassified Erysipelotrichaeae (n = 4) 로 분류되었다(Fig. 1). Catenibacterium는 발효산물로 acetate, butyrate, lactate를 생산하는 것으로 추정된다(Kageyama와 Benno, 2000).
- Class Gammaproteobacteria의 17 sequences는 family Enterobacteriaceae (n = 12), Moraxellaceae (n = 4), Xanthomonadaceae (n = 1)로 분류되었다. Family Enterobacteriaceae의 12 sequences는 genus Escherichia/Shigella (n = 10), Raoultella (n = 1), unclassified Enterobacteriaceae (n = 1)로 분류되었고, family Moraxellaceae의 4 sequences는 모두 genus Acinetobacter로 분류되었다.
- Class Methanobacteria에 속하는 16 sequences는 모두 family Methanobacteriaceae에 속하는 genus Methanobrevibacter로 분류되었다. Methanobrevibacter는 반추위 메탄생성균 중 가장 우점하는 미생물로서(Kim 등, 2011), 말의 후장에서도 메탄가스 생성에 중요한 역할을 하는 메탄생성균으로 추정된다.
- Class Negativicutes: Class Negativicutes의 6 sequences는 family Acidaminococcaceae (n = 5)와 Veillonellaceae (n = 1)로 분류되었다(Fig. 1). Acidaminococcaceae의 5 sequences는 모두 genus Phascolarctobacterium로 분류되었고, Veillonellaceae의 1 sequence는 unclassified Veillonellaceae로 분류되었다.
- Class Thermoplasmata의 8 sequences는 모두 family Methanomassiliicoccaceae에 속하는 genus Methanomas-siliicoccus로 분류되었다. Methanomassiliicoccus는 전체 98 Archaea sequences 중 약 8%를 차지하였고, 말의 후장에서 메탄생성에 많은 기여를 하지 않을 것으로 추정된다.
- Clostridiales의 318 sequences 중 98 sequences는 family Lachnospiraceae에 속하는 genus Pseudobutyrivibrio (n = 1), Roseburia (n = 2), Blautia (n = 2), Cellulosilyticum (n = 2), Lachnospiracea_incertae_sedis (n = 10), unclassified Lachnospiraceae (n = 81)로 분류되었다. Pseudobutyrivibrio 는 Thoroughbred, Mongolian의 말 분변에 존재하는 것으로 보 고되었고(Zhao 등, 2016), 발효산물로 butyrate를 생산하는 미 생물로 예상된다(Kopecný 등, 2003).
- Class Gammaproteobacteria의 17 sequences는 family Enterobacteriaceae (n = 12), Moraxellaceae (n = 4), Xanthomonadaceae (n = 1)로 분류되었다. Family Enterobacteriaceae의 12 sequences는 genus Escherichia/Shigella (n = 10), Raoultella (n = 1), unclassified Enterobacteriaceae (n = 1)로 분류되었고, family Moraxellaceae의 4 sequences는 모두 genus Acinetobacter로 분류되었다. Genus Escherichia/Shigella는 다양한 편리공생균 또는 병원성 세균에 속하는 species (genus의 하위분류)를 포함한다.
- Family Methanosarcinaceae에 속하는 5 sequences는 모두 genus Methanimicrococcus로 분류되었다. Methanimicrococcus는 전체 98 Archaea sequences 중 약 5%를 차지하였고, 말의 후장에서 메탄생성에 많은 기여를 하지 않을 것으로 추정된다.
- Class Thermoplasmata의 8 sequences는 모두 family Methanomassiliicoccaceae에 속하는 genus Methanomas-siliicoccus로 분류되었다. Methanomassiliicoccus는 전체 98 Archaea sequences 중 약 8%를 차지하였고, 말의 후장에서 메탄생성에 많은 기여를 하지 않을 것으로 추정된다.
- 1). Order Bacillales의 4 sequences는 family Bacillaceae1 (n = 2), Planococcaceae (n = 1), family Staphylocaccaceae (n = 1)로 분류되었고, order Lactobacillales의 44 sequences는 family Enterococcaceae (n = 2), Lactobacillaceae (n = 36), Streptocaccaceae (n = 6)로 분류되었다.
- Order Clostridiales의 318 sequences 중 17 sequences는 family Clostridiaceae1에 속하는 추정상의 genus Clostridium sensu stricto로 분류되었다. 말 분변 내 Clostridium sensu stricto의 기능은 향후 연구에서 밝혀져야 할 것이다.
- Order Lactobacillales의 44개 시퀀스 중 2 sequences는 family Enterococcaceae에 속하는 genus Enterococcus로 분류되었다. Enterococcus는 생균제로 활용될 수 있는 미생물로 서(Simonová 등, 2005), 말 분변에서 발견되었기 때문에 말에서도 생균제로서 활용될 수 있는 가능성을 보여주었다(Lauková 등, 2008).
- Phylum Candidatus Saccaribacteria의 3 sequences는 모두 추정 상의 genus Saccharibacteria_genera_incertae_sedis로 분류되었다. 향후 연구에서 이 genus의 분류와 특성을 밝히는 노력이 필요할 것이다.
- Phylum Proteobacteria의 30 sequences는 class Alphaproteobacteria (n = 3), Betaproteobacteria (n = 1), Deltaproteobacteria (n = 1), Epsilonproteobacteria (n = 8), Gammaproteobacteria (n = 17)로 분류되었다.
- Methanocorpusculaceae에 속하는 69개 시퀀스는 모두 genus Methanocorpusculum로 분류되었다. 반추가축의 반추위에서는 Methanobrevibacter가 가장 우점하는 genus이지만, 말의 후장에서는 Methanocorpusculum가 전체 98 Archaea sequences 중 약 70%를 차지하였고 가장 우점하는 genus인 것으로 추정된다. Family Methanosarcinaceae에 속하는 5 sequences는 모두 genus Methanimicrococcus로 분류되었다.
- Archaea에서는 모든 16S rRNA gene sequence가 메탄생성균이 속하는 phylum Euryarchaeota로 분류되었다. 반추동물 반추위에서 Methanobrevibacter가 가장 우점하는 메탄생성균이지만, 말의 후장에서는 Methanocorpusculum가 가장 우점하였다. 본 연구의 미생물 taxonomy 결과는 향후 연구에서 말의 이상적인 후장발효를 통한 소화율 향상을 위한 중요한 기초자료를 제공할 수 있을 것이다.
- 1에 제시되었다. 이 중 domain Bacteria는 744개 sequences로 대표되었고, 총 10개 phyla Firmicutes, Bacteroidetes, Verrucomicrobia, Actinobacteria, Chloroflexi, Fibrobacteres, Lentisphaerae, Proteobacteria, Spirochaetes, Candidatus Saccharibacteria로 분류되었다. 전체 Bacteria 744개의 시퀀스 중 5% 이상을 차지하는 주요 phyla 는 Firmicutes (391 sequences, 52.
- 이 중 domain Bacteria는 744개 sequences로 대표되었고, 총 10개 phyla Firmicutes, Bacteroidetes, Verrucomicrobia, Actinobacteria, Chloroflexi, Fibrobacteres, Lentisphaerae, Proteobacteria, Spirochaetes, Candidatus Saccharibacteria로 분류되었다. 전체 Bacteria 744개의 시퀀스 중 5% 이상을 차지하는 주요 phyla 는 Firmicutes (391 sequences, 52.6%), Bacteroidetes (203 sequences, 27.3%), Verrucomicrobia (58 sequences, 7.8%)를 포함하였다. 반면에 domain Archaea는 98 sequences가 모두 1개의 phylum Euryarchaeota으로 분류되었다.
후속연구
- Bifidobacteriaceae의 5 sequences는 genus Alloscardovia (n = 2), Bifidobacteria (n = 1), Parascardovia (n = 2)로 분류되었다. Alloscardovia와 parascardovia는 말 분변에서 존재하는 것으로 보고되었고(Endo 등, 2009), 그 기능에 대해서는 향후 연구에서 밝혀져야 할 것이다.
- 1). Class Subdivision5에 속하는 53개의 sequence는 모두 추정상의 genus Subdivision5_genera_incertae_sedis로 분류되었고, 향후 연구에서 이러한 미생물의 기능이 연구되어야 할 것이다. Class Verrucomicrobiae에 속하는 5개의 sequence 는 모두 genus Akkermansia로 분류되었다.
- Hyphomicrobiaceae의 1 sequence 는 genus Devosia로 분류되었다. Devosia는 말의 분뇨에서 발견되는 것으로 보고되었고(Albuquerque와 Zurek, 2014), 그 기능은 향후 연구에서 밝혀져야 할 것이다.
- 말 분변에서 분리된 Acinetobacter는 acetate를 carbon source로 사용하고 ammonia를 nitrogen source로 사용하는 미생물로 보고되었다(Smet 등, 2014). Family Xanthomonadaceae의 1 sequence는 genus Pseudofulvimonas로 분류되었고, 향후 연구에서 말 후장에서 Pseudofulvimonas의 기능이 밝혀져야 할 것이다.
- Sporobacter는 Irish Thoroughbred racehorses 분변에서 발견되었고(O’Donnell 등, 2013), 말의 후장 내 Sporobacter의 역할은 향후 연구에서 밝혀져야 할 것이다.
- Kandleria와 Faecalitalea 또한 발효산물로 lactate를 생산할 것으로 추정된다(De Maesschalck 등, 2014; Kumar 등, 2018). Unclassified Erysipelotrichaeae에 속하는 새로운 genus의 분 류 및 특성은 향후 연구에서 밝혀져야 할 것이다.
- Cellulosilyticum은 말의 후장에서 cellulose를 분해하여 acetate를 생성하는 미생물로 추정된다(Cai와 Dong, 2010). Unclassified Lanchnospiraceae에는 81개의 많은 sequence가 분류되었는데, 여기에 속하는 새로운 genus의 분류 및 특성은 향후 연구에서 밝혀져야 할 것이다.
- 90개의 sequence는 unclassified Ruminococcaceae로 분류되었다. Unclassified Ruminococcaceae에 속하는 새로운 genus의 분류 및 특성은 향후 연구에서 밝혀져야 할 것이다.
- Phascolarctobacterium는 발효산물로 acetate와 propionate를 생산할 것으로 추정된다(Wu 등, 2017). Unclassified Veillonellaceae에 속하는 새로운 genus의 분류 및 특성 은 향후 연구에서 밝혀져야 할 것이다.
- 나머지 48개의 sequence는 unclassified Clostridiales로 분류되었고, 여기에 속하는 새로운 family와 genus의 분류 및 특성은 향후 연구에서 밝혀져야 할 것이다.
- 홀스타인 젖소 분변 내에서 Paludibacter는 조사료의 급여가 높을수록 증가했기 때문에 섬유소를 분해하는 기능이 있을 것으로 추정되었다(Zhang 등, 2018). 따라서, 향후 연구에서 말 분변 내 Paludibacter가 섬유소 분해와 관련이 있는지 확인할 필요가 있을 것이다.
- 향후 말 분변에서 이러한 메탄생성균들을 분리·동정하여 세부적인 기능을 밝히는 연구가 수행되어야 할 것이다. 또한 국내에서 사육하는 제주마(박 등, 2018)의 후장에서도 메탄생성균의 군집을 분석하여 어떤 메탄생성균이 메탄 배출량에 가장 큰 기여를 하는지도 확인되어야 할 것이다.
- 본 연구의 미생물 taxonomy 결과는 향후 연구에서 말의 이상적인 후장발효를 통한 소화율 향상을 위한 중요한 기초자료를 제공할 수 있을 것이다. 또한 본 연구에서 분류된 대부분의 말 분변 내 미생물은 배양되지 못했기 때문에 향후 연구에서는 이러한 미생물을 분리·동정 하여 말의 후장발효에서 미생물의 명확한 기능을 확인할 수 있도록 더욱 노력해야 할 것이다.
- Order Clostridiales의 318 sequences 중 17 sequences는 family Clostridiaceae1에 속하는 추정상의 genus Clostridium sensu stricto로 분류되었다. 말 분변 내 Clostridium sensu stricto의 기능은 향후 연구에서 밝혀져야 할 것이다. Family Eubacteriaceae의 1개 sequence는 genus Pseudoramibacter 로 분류되었다.
- 반추동물 반추위에서 Methanobrevibacter가 가장 우점하는 메탄생성균이지만, 말의 후장에서는 Methanocorpusculum가 가장 우점하였다. 본 연구의 미생물 taxonomy 결과는 향후 연구에서 말의 이상적인 후장발효를 통한 소화율 향상을 위한 중요한 기초자료를 제공할 수 있을 것이다. 또한 본 연구에서 분류된 대부분의 말 분변 내 미생물은 배양되지 못했기 때문에 향후 연구에서는 이러한 미생물을 분리·동정 하여 말의 후장발효에서 미생물의 명확한 기능을 확인할 수 있도록 더욱 노력해야 할 것이다.
- Oscillibacter는 Thoroughbred와 Mongolian 말의 분변에서 존재하고(Zhao 등, 2016), 섬유소 분해에 관여할 것으로 추정된다(Lee 등, 2012). 추정 상의 Clostridium IV의 특징은 향후 연구에서 밝혀져야 할 것이다. Anaerobacterium은 말 후장에서 cellulose 분해에 관여할 것으로 추정된다(Horino 등, 2014).
- 향후 말 분변에서 이러한 메탄생성균들을 분리·동정하여 세부적인 기능을 밝히는 연구가 수행되어야 할 것이다.
- Phylum Candidatus Saccaribacteria의 3 sequences는 모두 추정 상의 genus Saccharibacteria_genera_incertae_sedis로 분류되었다. 향후 연구에서 이 genus의 분류와 특성을 밝히는 노력이 필요할 것이다.
- Rikenella 또한 short chain fatty acid를 발효산물로 생산하는 미생물로서 말의 후장발효에 기여하는 것으로 보여진다(Shi 등, 2017). 현재 분류학상으로 등록된 genus로 분류되지 못한 unclassified Prevotellaceae와 unclassified Rikenellaceae에 속하는 미생물들은 향후 지속적인 연구를 통해 새로운 genus로 정의되어야 할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.