초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
<제 1 세부과제 : 발효균류의 자원확보와 신규유전체 완전해독 및 메타지놈 분석>
○ 다양한 전통식품과 천일염으로부터 Corynebacterium nuruki S6-4^T, Lentibacillus jeotgali Grbi^T, Brachybacterium squillarum M-6-3^T, Dietzia alimentaria 72^T, Leucobacter salsicius M1-8^T, Halomonas jeot

Ⅳ. 연구개발결과
<제 1 세부과제 : 발효균류의 자원확보와 신규유전체 완전해독 및 메타지놈 분석>
○ 다양한 전통식품과 천일염으로부터 Corynebacterium nuruki S6-4^T, Lentibacillus jeotgali Grbi^T, Brachybacterium squillarum M-6-3^T, Dietzia alimentaria 72^T, Leucobacter salsicius M1-8^T, Halomonas jeotgali Hwa^T, Salinicoccus carnicancri Crm^T, Oceanobacillus kimchii X50^T, Cobetia crustatorum JO1^T, Carnobacterium jeotgali MS3^T, Lactobacillus kimchiensis L133^T,Virgibacillus alimentarius J18^T, Haloplanus sp. CBA1112^T, Haloarcula sp. CBA1115^T, Natrinema sp. CBA1119^T, Halomicrobium sp. CBA1120T등의 16종을 분리하여 유전체분석을 실시하였음.
<제 1 협동과제 : 생물정보학을 이용한 발효균류의 비교유전체 분석 및 메타지놈 해석>
○ 김치에서 분리한 미생물 51종의 유전체 분석을 수행함.
- 김치에서 분리한 미생물의 molecular typing을 triplicate arbitraily primed PCR (TAP PCR)을 통하여 분석함. 동일한 미생물을 제외하여, 김치에서 분리한 미생물 유전체 51종(Weissella koreensis 13종 , Lactobacillus sakei 21종, Lueconostoc mesenteroides 13종, Leuconostoc citreum 4종) 의 신규 유전체 분석을 수행함. 대부분 coverage 100 이상의 high quality data을 얻음. 결과는 NABIC에 유전체 정보로 등록함
○ 미생물 비교 유전체 분석을 수행함.
- 분석한 유전체 정보를 바탕으로 비교 유전체 분석을 수행함. 비교하는 유전체의 모든 ORF를 blast 하여 first hit 나온 sequence의 similarity를 heat map 으로 분석하는 모듈을 개발하여 분석함. 이를 통하여 core/pan genome analysis와 유전체 비교 분석을 수행함.
○ Pathway 분석을 수행함.
- KEGG database를 구축하여 genome sequencing을 pathway 분석을 수행하는 분석 파이프라인을 구축함. 이를 바탕으로 유전체의 pathway 분석을 수행함.
- 분석된 결과는 clg 파일로 압축하여 천랩이 개발한 clgenomics software로 분석 할 수있도록 하였음. 또한 결과 파일을 http://kimchidb.chunlab.com/ 에 database로 구축함. database에는 공개된 유산균 strain 260개의 genome 정보를 천랩이 구축한 분석 파이프라인에 따라 분석한 결과를 포함하고 있음. 이를 활용하여 미생물 유전체 분석에 활용하도록 하였음.
<제 2 협동과제 : 식품 미생물의 기능 유전체 분석 및 유용 유전자 발굴>
○ 오징어젓갈 미생물 군집 분석 및 변화 관찰
- 오징어 젓갈에서 이루어진 첫 번째 미생물 군집 분석
- Leuconostoc, Staphylococcus, Bacillus 속 균주들의 우점확인
- 기존에 알려진 유전체로부터 내염성 특징 관련 유전자의 분포도 연구
○ 김치와의 공통점과 차이점 비교 분석
- Leuconotoc이 우점 속이라는 공통점 관찰
- L.citreum, L.holzafelii에 가까운 시퀀스가 더 많다는 것과 Bacillus, Staphylococcus와 같은 기타 우점 군집이 존재한다는 것이 차이점
○ 펙틴 분해 조건에서의 상대적으로 낮은 수준의 산화적 스트레스는 A. agri가 펙틴 분해조건에서 보다 빠르게 성장할 수 있게 해주는 원인 중 하나로 유추 가능. A. agri는 효율적으로 산화적 스트레스를 대응하거나 높은 내성을 가지고 있음 발견
○ 산화적 스트레스는 Alishewanella 균주에서 glyoxylate bypass를 발현 시킴을 알 수 있었으며 펙틴을 분해하는 Alishewanella 균에서 glyoxylate bypass 발현 증가의 원인으로 생각할 수 있음.
○ Staphylococcus sp. OJ82의 RNA-seq 분석을 통한 특정 유전자들의 발현 증가 관찰
- Formaldehyde 동화과정, 무독화과정과 연관된 RuMP pathway관련 유전자 발현이 증가하였으며 탄소의 flux가 RuMP pathway로 갔음을 시사함.
○ Barcoded Pyrosequencing을 이용한 전통 식품인 가자미 식해의 미생물 군집 분석 시행
- 13일 이상의 가자미 식해의 Genus 수준에서는 Lactobacillus와 Weissella의 두 genus 로 구성되어 있음을 통하여 발효 환경은 Lactobacillus의 성장에 유리하며 이는 발효과정에서도 어떠한 중요한 역할을 수행하고 있을 것으로 예상

Abstract ▼

As the standard of living is being higher, our interest for the traditional fermented foods is increasing. However, studies for microbes in the traditional fermented foods have been partial rather than systemic; majority of studies have been focused on culture-dependent methods and/or few specific t

As the standard of living is being higher, our interest for the traditional fermented foods is increasing. However, studies for microbes in the traditional fermented foods have been partial rather than systemic; majority of studies have been focused on culture-dependent methods and/or few specific types of microorganisms. Biological and genetic resources of the traditional fermented foods are generally regarded as safe because the foods have been used and eaten for a long time. Diverse ingredients and manufacturing methods guarantee that traditional foods are rich reservoirs of the biological resources. Standardization of functional biomaterials (microorganism, gene and biologically active substance) in traditional foods using high technology can help us contribute for scientific and systematic progress of traditional foods. In this project, we made it possible to understand microbes systematically in the traditional foods and isolate,
screen and collect the undiscovered biological resources to raise their utilities for the industrial use. Genome sequences of sixty seven strains including Corynebacterium nuruki S6-4^T, Lentibacillus jeotgali Grbi^T, Brachybacterium squillarum M-6-3^T, Dietzia alimentaria 72^T, Leucobacter salsicius M1-8^T, Halomonas jeotgali Hwa^T, Salinicoccus carnicancri Crm^T, Oceanobacillus kimchii X50^T, Cobetia crustatorum JO1^T, Carnobacterium jeotgali MS3^T, Lactobacillus kimchiensis L133^T, Virgibacillus alimentarius J18^T, Haloplanus sp. CBA1112V, Haloarcula sp. CBA1115^T, Natrinema sp. CBA1119^T and Halomicrobium sp. CBA1120^T were analysed through NGS machine (Illumina, 454 and PacBio), which strains were isolated from Korean traditional food such as kimch, jeotgal, nuruk and sikhae.
Analysis pipeline were constructed and analysed genome data (clc file) were made to be opened in CLgenomics software which were developed in Chunlab Inc. Genome database were constructed at http://kimchidb.chunlab.com containing analysed clc files more than 200 genome data. Genome sequence of Weissella koreensis, Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus sakei and Leuconostoc citreum strains were analysed and comparative genomics were done including ORF comparison, core/pan genome analysis and pathway analysis with KEGG database. Constructed genome analysis pipeline, genome database and comparative genomics module were expected to be used for analyzing various microbial genome data. Moreover, this research project aimed to investigate the metabolites produced by microbial activity with microbial community of Korean fermented food. Microbial community in ojingeo jeotgal and gajami sikhae showed a lower diversity than other environment such as soil and the small number of genera (e.g. Lactobacillus,
Staphylococcus, Bacillus, etc.) took up a large portion of the whole community. Genomic and transcriptomic analysis of Alishewanella jeotgali and Staphylococcus sp. OJ82 isolated from fermented food identified the genetic and physiological characteristics for adapting in the fermentation environment, including pectin degradation and high-salt condition. Microbial community in fermented food and the genome of the food microorganisms are considered as a genetic pool for human to recruit a useful novel enzyme. In this research project, L-asparaginase of Staphylococcus sp. OJ82 was enzymatically characterized and provided the essetial data for future industrial use. Data obtained from microbial community, genome, transcriptome, and novel enzyme gene are expected to improve our understanding in the Korean fermented food microbiology.