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메주의 크기에 따른 간장의 미생물 군집 변화 양상 분석
정호진(Ho Jin Jeong),하광수(Gwangsu Ha),이란희(Ranhee Lee),정도연(Do-Youn Jeong),양희종(Hee-Jong Yang) 한국생명과학회 2024 생명과학회지 Vol.34 No.7
간장의 발효는 원재료인 메주와 천일염에서 천이된 미생물 군집에 큰 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 간장의 발효 고도화를 위하여 메주의 크기 변화가 간장의 미생물 군집에서 분포 변화와 분포 상관관계에 대하여 미치는 영향을 조사하였다. 메주를 전체, 삼등분하여 간장을 제조하였으며, 28일간 발효를 진행하면서 7일 간격으로 간장 시료를 수집하여 16S rRNA 유전자 기반의 미생물 군집 분석을 진행하였다. 속 수준에서 발효가 진행되면서 메주를 전체 사용하여 제조한 간장은 Chromohalobacter (7일), Pediococcus (14일), Bacillus (21일), Pediococcus (28일) 순으로, 메주를 삼등분하여 제조한 간장은 28일 연속으로 Pediococcus가 가장 우점하였다. 메주 크기를 달리한 간장들의 미생물 군집의 beta-diversity 분석 결과, 발효 7일 차와 14일 차에서 메주 크기를 달리하여 제조한 간장의 미생물 군집 분리가 유의미한 차이를 가진다고 보여주었으나 발효 21일 차와 28일 차에는 모든 실험구의 미생물 군집은 분리되지 않았다. 미생물 군집의 분리가 시각적으로 나타난 발효 7일 차와 14일 차에서 미생물 군집 차이를 부여하는 바이오마커를 조사하기 위해 선형 판별 효과 크기 분석을 수행하여 LDA size 별로 정렬하였으며, 발효 7일차에서는 Gammaproteobacteria, Firmicutes, Oceanospirillales, Halomonadaceae, Bacilli, Chromohalobacter 순으로 호염성 미생물군이, 발효 14일 차에서는 Pedioccoccus acidilactici, Lactobacillaceae, Pediococcus, Bacilli, Leuconostocaceae, Weissella 순으로 유산균군이 미생물 군집 차이를 나타내는 것으로 조사되었다. 또한 속과 종에 속하는 바이오마커 미생물군을 주요 미생물로 간주하여 상관관계를 분석한 결과, 메주 크기 별로 미생물 군집 간 상관관계가 차이가 있으며, 이에 따라 메주 크기가 간장 내 미생물 간 상호작용에 영향을 미칠 수 있는 것을 확인하였다. The fermentation of ganjang is known to be greatly influenced by the microbial communities derived from its primary ingredients, meju and sea salt. This study investigated the effects of changes in meju size on the distribution and correlation of microbial communities in ganjang fermentation, to enhance its fermentation process. Ganjang was prepared using whole meju and meju divided into thirds, and samples were collected at 7-day intervals over a period of 28 days for microbial community analysis based on 16S rRNA gene sequencing. At the genus level, during fermentation, ganjang made with whole meju exhibited a dominance of Chromohalobacter (day 7), Pediococcus (day 14), Bacillus (day 21), and Pediococcus (day 28), whereas ganjang made with meju divided into thirds consistently showed a Pediococcus predominance over the 28 days. Beta-diversity analysis of microbial communities in ganjang with different meju sizes revealed significant separation of microbial communities at fermentation days 7 and 14 but not at days 21 and 28 across all experimental groups. The linear discriminant analysis effect size (LEfSe) was determined to identify biomarkers contributing to microbial community differences at days 7 and 14, showing that on day 7, potentially halophilic microbes such as Gammaproteobacteria, Firmicutes, Oceanospirillales, Halomonadaceae, Bacilli, and Chromohalobacter were prominent, whereas on day 14, lactic acid bacteria such as Pediococcus acidilactici, Lactobacillaceae, Pediococcus, Bacilli, Leuconostocaceae, and Weissella were predominant. Furthermore, correlation analysis of microbial communities at the genus and species levels revealed differences in correlation patterns between meju sizes, suggesting that meju size may influence microbial interactions within ganjang.
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국내에서 사육되는 Holstein 젖소과 Jersey 젖소의 대변 미생물 분석: 비교연구
하광수(Gwangsu Ha),서지원(Ji-Won Seo),양희건(Hee Gun Yang),박세원(Se Won Park),이수영(Soo-Young Lee),박영경(Young Kyoung Park),이란희(RanHee Lee),정도연(Do-Youn Jeong),양희종(Hee-Jong Yang) 한국생명과학회 2023 생명과학회지 Vol.33 No.7
숙주 동물과 동물의 장내 미생물의 건강 또는 생산성에 대한 연구결과를 미루어 볼 때, 가축 동물의 장내 미생물에 대한 연구는 매우 중요하다. 본 연구는 국내에서 사육되는 젖소 중 홀스타인 종과 저지 종 젖소의 장내 미생물을 분석하고 차세대 염기서열 분석을 통해 젖소 종에 따른 장내 미생물 군집 구조의 차이를 규명하고자 하였다. 젖소의 원유 생산과 관련있는 것으로 알려진 종 풍부도와 종 다양성 지수 분석결과 대부분의 풍부도 및 다양성 지수가 홀스타인 종 보다 저지 종에서 유의한 수준으로 높은 것으로 나타났으나, 종 간의 계통학적 거리를 합산하여 산출되는 phylogenetic diversity 지수는 낮은 것으로 나타났다. 미생물 분포 분석 결과 홀스타인과 저지 종의 두 집단 장내 미생물 군집 구조가 다른 것으로 나타났다. 두 종의 젖소에서 과(family) 수준의 다양한 장내 미생물간의 분포에 상관관계가 있는 것으로 나타났으며, 특히 저지 종의 장내 미생물은 다양한 미생물 분포 사이에 매우 유의한 수준의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 두 종의 젖소 장내 미생물 구조에 차이가 있는지 확인하기 위해 beta-diversity 분석을 수행하였으며, PCoA 분석과 UPGMA clustering 분석 결과 두 그룹의 cluster가 명확히 분리되는 것을 시각적으로 확인하였으며, PERMANOVA 분석 결과 두 종의 장내 미생물 군집 구조가 통계적으로 매우 유의한 수준의 차이가 있는 것으로 나타났다. 두 젖소 종의 장내 미생물 군집 구조 차이에 기여하는 미생물을 확인하기 위해 LEfSe 분석을 수행하였으며, 그 결과 Firmicutes, Bacilli, Moraxellaceae, Pseudomonadales 등의 상대적인 미생물 분포 차이가 두 그룹간 장내 미생물 군집 구조 차이에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. In light of the complex interactions between the host animal and its resident gut microbiomes, studies of these microbial communities as a means to improve cattle production are important. This study was conducted to analyze the intestinal microorganisms of Holstein (HT) and Jersey (JS), raised in Korea and to clarify the differences in microbial structures according to cattle species through next-generation sequencing. The alpha-diversity analysis revealed that most species richness and diversity indices were significantly higher in JS than in HT whereas phylogenetic diversity, which is the sum of taxonomic distances, is not significant. Microbial composition analysis showed that the intestinal microbial community structure of the two groups differed. In the both groups, a significant correlation was observed among the distribution of several microbes at the family level. In particular, a highly significant correlation (p<0.0001) among a variety of microbial distributions was found in JS. Beta-diversity analyis was to performed to statistically verify whether a difference exists in the intestinal microbial community structure of the two groups. Principal coordinate analysis and unweighted pair group method with arithmetic mean (UPGMA) clustering analysis showed separation between the HT and JS clusters. Meanwhile, permutational multivariate analysis of variance (PERMANOVA) revealed that their microbial structures are significantly different (p<0.0001). LEfSe biomarker analysis was performed to discover the differenc microbial features between the two groups. We found that several microbes, such as Firmicutes, Bacilli, Moraxellaceae and Pseudomonadales account for most of the difference in intestinal microbial community structure between the two groups.
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