해양양식 산업은 전 세계의 수산물 수요 증가로 인해 최근 수년간 급속한 확장을 보이고 있다. 그러나 이 산업은 기후변화와 병원체 압력의 증가로 인한 도전에 직면해 있다. 또한 양식 생산성을 향상시키기 위해 사용하는 화학물질은 해양 생태계를 변화시키고 있다. 본 연구는 한국 남부 지역의 홍합, 굴, 가리비, 새우 양식장에서 얻은 표층수 메타게놈 36개를 분석하여, 양식업의 미생물 유전 자원과 이러한 인위적 투입이 미칠 잠재적 영향을 이해하는 데 기여하고자 하였다. 우리는 240개의 비중복(non-redundant) 종 수준 메타게놈 조립 게놈(metagenome-assembled genomes, MAGs)을 복원하였으며, 이들로 구성된 MAGs는 224개 세균, 13개 고세균, 그리고 3개 진핵생물을 포함하였다. 대부분의 MAGs는 Proteobacteria, Bacteroidota, Actinobacteriota에 할당되었고, 종 수준에서 40.7%는 분류되지 않은 상태로 남아 있었다. 세 개의 진핵생물 MAGs 중 하나는 녹조류(green algae)의 새로운 계통으로 확인되어, 해양양식 환경에서 아직 특성 규명이 충분하지 않은 유전적 다양성이 있음을 보여주었다. 또한 22개의 원핵성 MAGs에는 26개의 항생제 및 금속 내성 유전자가 포함되어 있었으며, 대부분의 양식장에서 beta-lactamases를 보유한 MAGs가 특히 두드러지게 나타났다. 해양양식 환경에서 얻어진 이 미생물군집 데이터는 향후 연구에서 건강하고 지속가능한 해양양식 관행을 촉진하는 데 활용될 수 있다.

메타게놈으로부터 미생물 게놈을 회수하는 과정은 미생물 생태계의 구조, 기능, 동역학을 더 잘 설명하는 데 기여할 수 있다. 이에 본 연구는 고순도의 원핵 및 진핵 메타게놈 조립 게놈(metagenome-assembled genomes, MAGs) 회수를 향상시키기 위해 추가 클러스터링 정련기(Additional Clustering Refiner, ACR)를 개발하였다. ACR은 컨티그 풍부도(contig abundance)에 근거한 반복적 k-평균 클러스터링을 적용하고, 검증된 보편적 마커 유전자를 통해 빈(pun) 순도를 향상시킴으로써 저품질 MAG를 정련한다. ACR의 효과는 단일 및 장기(롱 리드, long-read) 서열을 포함한 합성 및 실제 메타게놈 데이터셋으로 평가하였다. 그 결과 MAG 순도가 향상되었으며, 고품질 및 중간품질 MAG 회수율이 유의하게 증가하는 것으로 나타났다. 또한 ACR은 다양한 빈닝(binning) 알고리즘과 원활하게 통합되어 핵심 기능을 변경하지 않으면서도 각 알고리즘의 강점을 증대시킨다. 더불어 다중 시퀀싱 기술 호환성은 적용 범위를 확장한다. 고품질의 원핵 및 진핵 유전체를 효율적으로 회수함으로써, ACR은 유전체 중심 메타게놈학을 통해 미생물 군집에 대한 이해를 심화하는 데 유망한 도구이다.

배경: 원핵생물에서의 DNA 메틸화는 세포 주기 조절 및 바이러스에 대한 방어를 포함하여 다양한 세포 과정에 관여한다. 현재까지 대부분의 원핵생물 메틸화 시스템은 배양 가능한 미생물에서 주로 연구되어 왔으며, 이로 인해 미생물 생태학 관점에서의 DNA 메틸화에 대한 이해는 제한적이다. 여기에서는 전 생명 영역에 걸친 유전체 중심 메타게놈 분석을 통해 해양 미생물군집에서 여러 미생물 후성유전 표지의 분포 양상을 분석하였다. 결과: 단독 및 장독(長讀) 서열분석 접근법을 사용하여 북서 태평양 해수 시료로부터 15,056개의 바이러스, 252개의 원핵생물, 56개의 거대 바이러스, 그리고 6개의 진핵생물 메타게놈 조립 유전체를 재구성하였다. 이러한 메타게놈 유래 유전체는 대부분 새로운 분류군을 대표하였고, 대부분의 판독서를 모집하였다. 단일분자 실시간(SMRT) 서열분석 기술 덕분에, 이들 유전체에 대해 염기 변형도 또한 검출할 수 있었다. 이는 DNA 메틸화가 해양의 우점 세균, 고세균 및 바이러스 집단 전반에서 쉽게 검출될 수 있음을 보여주었고, 미생물 후성유전적 변화가 집단 분화와 상관관계가 있음을 시사한다. 또한 Pelagibacter에 대한 전 유전체 수준의 후성유전 분석을 통해, DNA 메틸전이효소 표적 모티프인 GANTC가 세포 주기와 관련되며 환경 조건의 영향을 받는다는 점을 확인하였다. 그러나 이 모티프의 존재는 Pelagibacter 파지의 계통발생을 분할하기도 하였는데, 이는 단일 메틸화 표지의 경쟁적 공진화 역사 및 다중 효과를 암시할 가능성이 있다. 결론: 전반적으로, 본 연구는 DNA 메틸화 패턴이 해양 미생물군집에서의 생태학적 변화 및 바이러스-숙주 역학과 연관되어 있음을 규명한다. 비디오 초록.

기저세포암종(Basal cell carcinoma, BCC)은 피부암 중 가장 흔한 형태이며, 주요 환경 요인으로 자외선이 알려져 있다. 그러나 피부 미생물군의 변화가 기여할 가능성은 특히 아시아 인구에서 여전히 불완전하게 이해되고 있다. 본 탐색적 파일럿 연구는 한국인 20명의 환자에서 BCC 병변과 반대편의 임상적으로 정상 피부를 비교하여 세균 군집의 양상을 기술한다. 병변 및 반대편 샘플은 짝지은 피부 면봉 채취와 펀치 생검을 통해 얻었고, 전장 길이 16S rRNA 유전자 시퀀싱으로 분석했으며, Cutibacterium acnes의 roxP 항산화 유전자에 대한 표적 정량 PCR(qPCR)을 수행하였다. 피부 샘플의 저생체량(low-biomass) 특성과 탐색적 연구 설계를 고려할 때, 분석은 확인적 추론이 아니라 기술적 경향에 초점을 두었다. 이용 가능한 샘플 전반에서 C. acnes가 우점 분류군으로 나타났고, 특히 생검 기반 데이터셋에서 BCC 병변에서의 상대적 풍부도 감소 경향이 관찰되었다. 미생물의 균등도(evenness)는 대조군보다 병변에서 더 높은 것으로 보였다. 예측 기능 프로파일링은 병변에서 비타민 B6 대사 경로의 표현(representation)이 감소한 것으로 시사했으며, 면봉 샘플의 qPCR 분석에서는 BCC 관련 미생물군에서 roxP/16S rRNA 비율이 낮아지는 경향이 나타났다. 이러한 결과는 방법론적 제약, 즉 샘플 이질성, 생검 전 리도카인 노출, 시퀀싱 기반 음성 대조군의 부재, 예측적 기능 추론에 대한 의존성을 고려하여 신중하게 해석되어야 한다. 종합하면, 본 파일럿 연구는 한국인 코호트에서 BCC 병변과 반대편 피부 간의 피부 세균 군집 구조에 잠재적 차이가 있음을 보여준다. 이러한 미생물군 변화가 BCC 관련 피부 환경의 변화에 기여하는지, 혹은 BCC 관련 변화의 결과인지를 규명하기 위해서는 메타게놈 및 기능적 검증을 포함하고 방법론적으로 최적화된 더 큰 규모의 연구가 필요하다.

배경: 지루피부염(SD)은 Malassezia 불균형과 피지 생성 증가와 관련된 만성 염증성 두피 질환이다. AMPamide는 항염증 및 피지 조절 효과가 있는 것으로 제시되었으나, SD에서의 임상적 유효성과 미생물군 조절 효과는 명확하지 않다. 목적: SD 환자에서 AMPamide가 포함된 샴푸를 4주간 사용한 후의 임상적 유효성과 두피 미생물군 변화를 평가하고자 한다. 방법: 본 관찰 연구에서 SD 환자 30명이 연속 4주 동안 AMPamide가 포함된 샴푸를 적용하였다. 피지 수치 및 전반적 중증도 점수를 포함한 임상적 결과를 평가하였다. 두피의 세균 및 진균 군집을 분석하여 -다양성 및 Malassezia 조성의 변화를 평가하였다. 결과: 치료는 피지 수치와 임상적 중증도 점수를 유의하게 감소시켰으며, 특히 홍반, 인설, 소양감에서 두드러졌다. 세균 군집 구성은 대체로 안정적으로 유지된 반면, 진균 -다양성은 증가하였고, -다양성 분석에서는 Malassezia restricta와 Malassezia globosa의 비율이 감소하는 양상이 나타났다. 결론: AMPamide가 포함된 샴푸는 SD 환자에서 임상 증상의 개선 및 보다 균형 잡힌 진균 군집 조성으로의 변화를 동반하였으며, SD의 비(非)스테로이드 치료 옵션으로서의 잠재력을 뒷받침한다.

동부위 여드름(truncal acne)은 여드름불균형(acne vulgaris)의 생물학적으로 구별되는 양상이지만, 그 진균 생태는 아직 충분히 규명되지 않았다. 선행 연구에서는 내부전사스페이서 2 (ITS2) 염기서열(시퀀싱) 분석을 통해 동부위 여드름이 진균의 풍부도(altered fungal richness)와 Malassezia 종 조성(composition)의 변화를 동반하는 것으로 시사되었다. 다만, 진균 표지자(marker)의 선택은 특히 Malassezia가 우점하는 피지성 피부(sebaceous skin)에서 생태학적 추론에 영향을 줄 수 있다. 본 연구에서는 ITS1(내부전사스페이서 1) 앰플리콘 시퀀싱을 사용하여 동부위 여드름 환자와 건강 대조군의 동부위 피부 마이코바이옴(mycobiome)을 특성화하였다. 피부 면봉은 등 상부에서 채취하였고, 진균 군집은 QIIME 2를 사용하여 UNITE v10.0 데이터베이스와의 분류학적 할당을 통해 분석하였다. 기저 상태에서의 여드름-대조군 차이와 독시사이클린(doxycycline)과 연관된 양상은 알파 및 베타 다양성 지표와 차등 풍부도(differential abundance) 분석을 통해 평가하였다. 독시사이클린과 연관된 양상은 각 환자 내에서 짝지은(paired) 노출 전(pre)과 노출 후(post) 비교를 통해 평가하였다. ITS1 프로파일링은 동부위 여드름이 대조군과 비교하여 기저 진균 생태가 변화하는 것과 연관됨을 보여주었으며, 이는 Malassezia 우점 커뮤니티 내에서 알파 다양성의 감소와 ASV 수준의 차이로 특징지어졌다. 베타 다양성 분석에서는 여드름군과 대조군 샘플 사이에 상당한 중첩이 관찰되어, 전반적인(global) 분리가 제한적임을 시사하였다. 독시사이클린 노출 이후에도 진균 군집은 Malassezia 우점 상태를 유지하였고, 대조군 프로파일로의 균일한 수렴(uniform convergence)을 보이지 않았다. 대신 종(species) 및 ASV 수준의 차이는 개인 및 노출 기간 전반에 걸쳐 이질적으로 나타났다. 이러한 결과는 선행의 ITS2 기반 결과와 함께, 피지성 피부에서 진균 생태를 해석할 때 표지자 의존적 관점(marker-dependent perspectives)의 중요성을 강조한다.

안토시아닌의 건강상 이점은 직접적인 흡수와 장내 미생물의 대사에서 비롯되며, 이러한 과정은 미생물 효소의 친화도에 따라 당(글리코사이드) 구조에 따라 달라질 수 있다. 본 연구에서는 생체 내(in vivo) 모델을 사용하여 뽕나무(mulberry) 및 아로니아(chokeberry) 안토시아닌 섭취가 안토시아닌 유래 대사산물과 장내 미생물 군집 구성에 미치는 영향을 조사하였다. 뽕나무와 아로니아는 각각 cyanidin-3-O-glucoside 및 cyanidin-3-O-galactoside가 풍부하며, 혈장과 분변에서의 안토시아닌 대사산물 조성은 글리코사이드 모이에티(moiety)에 의존한다. 뽕나무 섭취 후 분변에서는 vanillin sulfate와 methyl gallic acid가 검출된 반면, 아로니아 섭취 후에는 homovanillic acid sulfate가 확인되었다. 또한 뽕나무군에서는 protocatechuic acid 및 hippuric acid의 혈장 수준도 더 높았다. 장기간의 cyanidin 글리코사이드 섭취는 장내 propionic acid와 butyric acid의 수준을 증가시켰으며, 이는 장내 미생물 조절을 통해 유리한 대사 및 결장(colonic) 환경에 잠재적으로 기여할 수 있다. 두 추출물의 섭취는 모두 유익한 건강 효과와 관련된 분류군(taxa)을 증가시켰다. • UHPLC-QTOF-MS를 통해 혈장과 분변에서 11개의 안토시아닌 대사산물을 동정 • 당(당) moiety가 cyanidin 글리코사이드의 서로 다른 대사 프로파일을 유도 • 장기 안토시아닌 섭취는 분변 propionic acid와 butyric acid를 증가시킴 • 매개(mediation) 분석을 통해 미생물군과 대사산물 사이의 기능적 연결고리를 규명 • P. vulgatus 및 Muribaculaceae의 조절은 당뇨병과의 잠재적 관련성을 시사

해양양식 산업은 전 세계의 수산물 수요 증가로 인해 최근 수년간 급속한 확장을 보이고 있다. 그러나 이 산업은 기후변화와 병원체 압력의 증가로 인한 도전에 직면해 있다. 또한 양식 생산성을 향상시키기 위해 사용하는 화학물질은 해양 생태계를 변화시키고 있다. 본 연구는 한국 남부 지역의 홍합, 굴, 가리비, 새우 양식장에서 얻은 표층수 메타게놈 36개를 분석하여, 양식업의 미생물 유전 자원과 이러한 인위적 투입이 미칠 잠재적 영향을 이해하는 데 기여하고자 하였다. 우리는 240개의 비중복(non-redundant) 종 수준 메타게놈 조립 게놈(metagenome-assembled genomes, MAGs)을 복원하였으며, 이들로 구성된 MAGs는 224개 세균, 13개 고세균, 그리고 3개 진핵생물을 포함하였다. 대부분의 MAGs는 Proteobacteria, Bacteroidota, Actinobacteriota에 할당되었고, 종 수준에서 40.7%는 분류되지 않은 상태로 남아 있었다. 세 개의 진핵생물 MAGs 중 하나는 녹조류(green algae)의 새로운 계통으로 확인되어, 해양양식 환경에서 아직 특성 규명이 충분하지 않은 유전적 다양성이 있음을 보여주었다. 또한 22개의 원핵성 MAGs에는 26개의 항생제 및 금속 내성 유전자가 포함되어 있었으며, 대부분의 양식장에서 beta-lactamases를 보유한 MAGs가 특히 두드러지게 나타났다. 해양양식 환경에서 얻어진 이 미생물군집 데이터는 향후 연구에서 건강하고 지속가능한 해양양식 관행을 촉진하는 데 활용될 수 있다.

메타게놈으로부터 미생물 게놈을 회수하는 과정은 미생물 생태계의 구조, 기능, 동역학을 더 잘 설명하는 데 기여할 수 있다. 이에 본 연구는 고순도의 원핵 및 진핵 메타게놈 조립 게놈(metagenome-assembled genomes, MAGs) 회수를 향상시키기 위해 추가 클러스터링 정련기(Additional Clustering Refiner, ACR)를 개발하였다. ACR은 컨티그 풍부도(contig abundance)에 근거한 반복적 k-평균 클러스터링을 적용하고, 검증된 보편적 마커 유전자를 통해 빈(pun) 순도를 향상시킴으로써 저품질 MAG를 정련한다. ACR의 효과는 단일 및 장기(롱 리드, long-read) 서열을 포함한 합성 및 실제 메타게놈 데이터셋으로 평가하였다. 그 결과 MAG 순도가 향상되었으며, 고품질 및 중간품질 MAG 회수율이 유의하게 증가하는 것으로 나타났다. 또한 ACR은 다양한 빈닝(binning) 알고리즘과 원활하게 통합되어 핵심 기능을 변경하지 않으면서도 각 알고리즘의 강점을 증대시킨다. 더불어 다중 시퀀싱 기술 호환성은 적용 범위를 확장한다. 고품질의 원핵 및 진핵 유전체를 효율적으로 회수함으로써, ACR은 유전체 중심 메타게놈학을 통해 미생물 군집에 대한 이해를 심화하는 데 유망한 도구이다.