초록 ▼

최근 사회가 선진화되고 사람들의 식생활이 변함에 따라 식품안전에 대한 소비자의 관심이 고조되고 있어 식품안전관리가 중요한 이슈로 부각되고 있다. 또한 식품안전과 관련된 식중독 사고가 전 세계적으로 발생하고 있으며 다양해진 식품 및 기후변화로 신 변종 식중독균이 출현하여 원인규명이 어려워지고 있으므로 원인체 검출 및 분석법 개선 연구가 중요해졌다.

기존 식중독 원인규명 방법인 PFGE는 유전체 염기서열 중 특정 제한효소 인식 서열의 빈도와 위치를 기반으로 하여 분석되므로 제한효소 인식 서열이 아닌 다른 부위의 변이에 대해

최근 사회가 선진화되고 사람들의 식생활이 변함에 따라 식품안전에 대한 소비자의 관심이 고조되고 있어 식품안전관리가 중요한 이슈로 부각되고 있다. 또한 식품안전과 관련된 식중독 사고가 전 세계적으로 발생하고 있으며 다양해진 식품 및 기후변화로 신 변종 식중독균이 출현하여 원인규명이 어려워지고 있으므로 원인체 검출 및 분석법 개선 연구가 중요해졌다.

기존 식중독 원인규명 방법인 PFGE는 유전체 염기서열 중 특정 제한효소 인식 서열의 빈도와 위치를 기반으로 하여 분석되므로 제한효소 인식 서열이 아닌 다른 부위의 변이에 대해서는 검출이 불가능한 기술적 한계를 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 유전체 기반 Next-Generation Sequencing(NGS) 분석법으로 전체 염기서열을 분석하여 정확한 식중독 원인체를 규명하는 데 기여하고자 하였다.

미국, 유럽, 호주 등 국내외에서 유전체 정보를 활용한 식중독 원인조사의 사례를 조사하였으며, NGS platform을 비교 분석함으로써 현장적용에 용이한 기준을 설정하였다. 또한 미국 FDA의 SNP pipeline을 기반으로 하여, 식중독 원인규명에 적용 가능한 식약처 SNP　pipeline (MFDS SNPing)을 구축 및 검증하였으며, 유전체 분석 (혈청형, 항생제내성 등)에 요구되는 유전체 정보의 품질조건(sequencing depth)을 설정하였다.

국내 식중독 사고에서 분리된 균주를 이용하여 기존 식중독 원인 규명 방법(PFGE 분석 기법) 결과와 유전체 정보 기반의 상동성 분석(cgMLST, MFDS SNPing)결과를 비교분석하여 식중독 원인조사에 NGS의 적용 가능성을 확인하였다. 결과를 토대로, 식중독균 18종(병원성 대장균 5종 포함)에 대한 SNP 기반의 유전체 상동성 분석법을 마련하였다. 추가적으로 혈청형 분석에 유전체 정보의 활용 가능성 검증을 위해 기존에 확보된 식중독균의 혈청형 정보와 NGS 분석기술을 통해 확보된 유전체 정보를 이용한 혈청형 분석 결과를 비교하였다.

식중독균의 유전체 정보를 상호 비교하기 위해서는 유전체 정보의 데이터베이스 구축이 필요하며, 이에 본 연구에서는 국내외에서 분리된 식중독균 761건에 대한 전장유전체 정보를 확보하였다. 확보한 식중독균의 유전체 염기서열은 향후 식중독사고의 원인조사와 식중독균의 유전체 정보를 비교하는데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

다음으로, 본 연구에서는 농후발효유와 프로바이오틱스 제품 등을 통해 식품의 표시사항 검정 및 식품의 미생물학적 품질관리에 NGS 적용 가능성을 검토하였다.

또한 기 개발된 유산균종 확인을 위한 메타게놈 분석 프로그램을 활용하여 프로바이오틱스 제품 내 표시 유산균이 정확하게 검출되는 것을 확인하였다. 김치의 환경변화(보관 온도, 보관기간, pH)에 따른 군집변화 분석을 통하여 식품의 미생물학적 품질관리에 NGS 적용 가능성 확인하였다.

마지막으로 메타게놈 분석프로그램의 DB 확대(식중독균 14종)를 통하여 식중독 원인체 검출 방안 마련을 마련하였다. 개선된 분석프로그램을 검증하기 위해 식품(김밥, 샌드위치, 갈비찜)에 식중독균을 접종하여 균 검출을 확인하였다.

본 연구과제를 통하여 유전체 정보를 활용한 식중독 원인체 검출 및 분석법을 개선하였고, NGS(Next-generation sequencing)를 활용한 식품 내 미생물 검출 및 군집 분석 기술을 확보하였다.

(출처 : 요약문 2p)

Abstract ▼

In recent years, food safety has been receiving major attention due to trends such as globalization of the food supply, rapid urbanization, changes in food consumption, climate change and the emergence of new or antimicrobial-resistant pathogens. Besides, there is a high incidence of foodborne disea

In recent years, food safety has been receiving major attention due to trends such as globalization of the food supply, rapid urbanization, changes in food consumption, climate change and the emergence of new or antimicrobial-resistant pathogens. Besides, there is a high incidence of foodborne disease worldwide, which has negative impact on public health. Therefore, studying the method and cause of the foodborne pathogens has become more significant.

PFGE is one of the common methods for detecting and analyzing foodborne pathogens, and it served well for the intended purpose. However, since PFGE is analyzing based on the frequency and location of the specific restriction enzyme sequence, there is a technical limitation that cannot be detected. Thus, this study mainly aims to the identification of the exact cause of food poisoning by analyzing the entire sequence using genome-based Next-Generation Sequencing (NGS) analysis.

This study investigated cases of the foodborne disease using the inside and outside(USA, Europe, Australia, etc.,) of the country’s genome data and established criteria for field application by a comparative analysis of NGS platform. Furthermore, based on the SNP pipeline which was developed by U.S. FDA, the Korea Ministry of food and drug safety have developed SNP pipeline(MFDS SNPing) and verified the quality of the sequencing depth for genome analysis(serotype, antibiotic resistance, etc.).

Comparative analysis between the PFGE, and the whole genome sequencing analysis(cgMLST, MFDS SNPing) was performed using genomic data from foodborne outbreaks in Korea, and the analysis results showed a possibility of using NGS platform in investigating or detecting foodborne outbreaks. Based on these results, 18 species of food borne pathogens (including 5 species of pathogenic E. coli) were verified through SNP-based genome homology. In addition, the existing serotype database of food poisoning bacteria and data obtained through NGS was compared to verify the probability of predicting serotype.

In order to compare genome information of pathogenic bacteria, an appropriate reference and database are needed. Therefore, in this study, genomic data of 761 different foodborne pathogens were secured from the inside and outside of the country. The genome sequence of foodborne pathogens obtained in this study is expected to be used as a standard sequence to investigate or detect the food poisoning accidents and to compare the genomic feature of foodborne pathogens.

Next, the applicability of Next-generation sequencing (NGS) to microbiological quality control and product labeling was examined using yogurt and probiotic product.

Next-generation sequencing (NGS) was used to verify the microbiological quality control and the product labeling of yogurt and probiotic products. In addition, a probiotic detection program using the metagenome platform that is developed in MFDS was used to verify the existence of probiotics in certain food products. The possibility of applying the NGS method to microbiological quality control of food was verified by analyzing the environmental changes(storage temperature, period, pH) of Kimchi.

Finally, the method of detecting food poisoning bacteria was upgraded by expanding the database(14 species of foodborne pathogens) of the metagenome analysis program. The verification of the upgraded analysis program was done by using foodborne pathogens injected food such as kimbab, sandwich, Korean-style Braised beef.

This research project showed Next-generation sequencing (NGS) facilitated the detection and analysis of foodborne pathogens as well as secured microbial detection and identify the change of microbial cluster in foods.

(출처 : Summary 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1국문 요약문 ... 2Summary ... 4목차 ... 6표목차 ... 7그림목차 ... 10연구개발과제 연구결과 ... 14 제1장 연구개발과제의 개요 ... 14 제2장 연구개발과제의 국내·외 연구개발 현황 ... 17 제3장 연구개발과제의 연구수행 내용 및 결과 ... 22 제4장 연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 211 제5장 연구개발과제의 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 217 제6장 연구개발과제의 연구개발 결과 활용계획 ... 218 제7장 참고문헌 ... 220끝페이지 ... 225