Comparison of Microbial Community Compositions between Doenjang and Cheonggukjang Using Next Generation Sequencing

To profile the microbial compositions of Korean traditional fermented paste made from whole soybeans, Doenjang and Cheonggukjang, and compare their taxonomic differences, we analyzed the V3-V4 region of 16S rRNA of naturally fermented foods by using next generation sequencing. α-Diversity results showed that values indicating bacterial community abundances (OTUs) and richness (ACE, Chao1) were statistically significant (p=0.0001) in Doenjang and Cheonggukjang. Firmicutes was the most common phylum in both groups, representing 97.02% and 99.67% in the Doenjang and Cheonggukjang groups, respectively. Bacillus was the most dominant genus, accounting for 71.70% and 59.87% in both groups. Linear discriminant (LDA) effect size (LEfSe) analysis was performed to reveal the significant ranking of abundant taxa in different fermented foods. A size-effect threshold of 2.0 on the logarithmic LDA score was used for discriminative functional biomarkers. On the species level, Bacillus subtilis, Tetragenococcus halophilus, and Clostridium arbusti were significantly more abundant in Doenjang than in Cheonggukjang, whereas Bacillus thermoamylovorans, Enterococcus faecium, and Lactobacillus sakei were significantly more abundant in Cheonggukjang than in Doenjang. Permutational multivariate analysis of variance (PERMANOVA) showed that the statistical difference in microbial clusters between the two groups was significant at the confidence level of p=0.001. This research could be used as basic research to identify the correlation between the biochemical characteristics of Korean fermented foods and the distribution of microbial communities.

차세대 염기서열 분석법을 이용한 전통 된장과 청국장의 미생물 분포 분석

본 연구는 우리나라 전통 장류인 된장과 청국장의 미생물 분포와 시료간의 미생물학적 차이에 대해 차세대 염기서열 분석법(NGS)을 이용하여 분석하였다. α-diversity 분석 결과 된장에서 종 추정치와 풍부도가 통계학적으로 유의한 수준으로 높은 것으로 나타났다. 세균 분포를 분석한 결과 문 수준에서 Firmicutes가 된장에서 97.02%, 청국장에서 99.67%를 차지하여 공통적으로 가장 우점하는 것으로 나타났으며, 속 수준에서는 된장과 청국장에서 Bacillus가 각각 71.70%, 59.87%를 차지하여 가장 우점하는 것으로 확인되었다. 된장과 청국장의 미생물 분포에 차이가 있는지 분석하기 위해 PERMANOVA 분석을 수행한 결과 된장과 청국장의 미생물 분포에 통계학적으로 유의한 수준으로 차이가 나는 것으로 나타났다. 각 된장과 청국장 미생물 군집을 대표하는 biomarker를 분석하기 위해 LEfSe분석을 수행한 결과 된장에서 Bacillus subtilis, Tetragenococcus halophilus, Clostridium arbusti가 상대적으로 많이 분포하였으며, 청국장에서는 Bacillus thermoamylovorans, Enterococcus faecium, Lactobacillus sakei가 상대적으로 많이 분포하는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 콩을 주원료로 하는 우리나라 대표 전통장류인 된장과 청국장의 시료별 유사성과 차이점에 대한 미생물 분포를 정의하고 전통장류의 생화학적, 생리학적 특성과 미생물 분포의 상관관계를 규명하기 위한 기초 연구자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.