You, Hee Sang;Ok, Yeon Jeong;Lee, Song Hee;Lee, So Lip;Lee, Young Ju;Lee, Min Ho;Hyun, Sung Hee
Korean Journal of Clinical Laboratory Science
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v.52
no.3
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pp.202-213
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2020
Although technological advances have allowed the efficient collection of large amounts of microbiome data for microbiological studies, proper analysis tools for such big data are still lacking. Additionally, analyses of microbial communities using poor databases can lead to misleading results. Hence, this study aimed to design an appropriate method for the analysis of big microbial databases. Bacteria were collected from the fingertips and personal belongings (mobile phones and laptop keyboards) of individuals. The genomic DNA was extracted from these bacteria and subjected to next-generation sequencing by targeting the 16S rRNA gene. The accuracy of the bacterial matching percentage between the fingertips and personal belongings was verified using a formula and an environment-related and human-related database. To design appropriate analysis, the bacterial matching accuracy was calculated based on the following three categories: comparison between qualitative and quantitative analysis, comparisons within same-gender participants as well as all participants regardless of gender, and comparison between the use of a human-related bacterial database (hDB) and environment-related bacterial database (eDB). The results showed that qualitative analysis, comparisons within same-gender participants, and the use of hDB provided relatively accurate results. This study provides an analytical method to obtain accurate results when conducting studies involving big microbiological data using human-derived microorganisms.
The identification of bacterial pathogens to humans is critical for environmental microbial risk assessment. However, current methods for identifying pathogens in environmental samples are limited in their ability to detect highly diverse bacterial communities and accurately differentiate pathogens from commensal bacteria. In the present study, we suggest an improved approach using a combination of identification results obtained from multiple databases, including the multilocus sequence typing (MLST) database, virulence factor database (VFDB), and pathosystems resource integration center (PATRIC) databases to resolve current challenges. By integrating the identification results from multiple databases, potential bacterial pathogens in metagenomes were identified and classified into eight different groups. Based on the distribution of genes in each group, we proposed an equation to calculate the metagenomic pathogen identification index (MPII) of each metagenome based on the weighted abundance of identified sequences in each database. We found that the accuracy of pathogen identification was improved by using combinations of multiple databases compared to that of individual databases. When the approach was applied to environmental metagenomes, metagenomes associated with activated sludge were estimated with higher MPII than other environments (i.e., drinking water, ocean water, ocean sediment, and freshwater sediment). The calculated MPII values were statistically distinguishable among different environments (p < 0.05). These results demonstrate that the suggested approach allows more for more accurate identification of the pathogens associated with metagenomes.
In this study, we integrated 40 kinds of aerobic bacteria that has a higher appearance rate and data for experts and educations, and constructed the aerobic bacterial images database. Constructed system is useful to culture of bacteria for novice without expert's heuristics and deep knowledge and to decrease time and money for handling of patient's examination results. Moreover, it can add new bacterial information in database and contribute to raise a medical quality and it is useful to support a expert's technology in department of laboratory medicine.
Various microorganisms play important roles in food fermentation, food spoilage, and agriculture. In this study, the biotype of 54 yeast and bacterial strains having high potential for utilization in food and agriculture, including Candida spp., Lactobacillus spp., and Acetobacter spp., were characterized by matrix-assisted laser desorption/ionization time-of flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS). This characterization using a fast and robust method provides much-needed information on the selected microorganisms and will facilitate effective usage of these strains in various applications. Importantly, the unique protein profile of each microbial species obtained from this study was used to create a database of fingerprints from these species. The database was validated using microbial strains of the same species by comparing the mass spectra with the created database through pattern matching. The created reference database provides crucial information and is useful for further utilization of a large number of valuable microorganisms relevant to food and agriculture.
The effect of phenol on the change of bacterial community in the effluent water from a wastewater treatment plant was analyzed by PCR and terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP). The fragments of 16S rDNA were amplified by PCR with bacterial primers, where one of the primers was biotinylated at the 5'-end. After digestion with restriction enzymes, HaeIII and AluI, the biotinylated terminal restriction tragments (T-RFs) of the digested products were selectively isolated by using streptavidin paramagnetic particles. The single-stranded DNA of T-RFs was separated by electrophoresis on a polyacrylamide gel and detected by silver staining technique. When 10 standard strains were analyzed by our method, each strain had a unique T-RF which corresponded to the calculated size from the known sequences of RDP database. The T-RFLP fingerprint generated from the effluent water was very complex, and the predominant T-RFs corresponded to members of the genus Acinetobacter, Bacillus and Pseudomonas. In addition, the perturbation of bacterial community was observed when phenol was added to the sample at the final concentration of 250 $l^{-1}$. The number of T-RFs increased and the major bacterial population could be assigned to the genus Acinetobacter, Comamonas, Cytophaga and Pseudomonas. A intense band assigned to the putative genera of Acinetobacter and Cytophaga was eluted, amplified, and sequenced. The nucleotide sequence of the T-RF showed close relationship with the sequence of Acinetobacter junii.
Proceedings of the Korean Society for Bioinformatics Conference
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2005.09a
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pp.91-95
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2005
In the multidimensional protein identification technology of high-throughput proteomics, we use one-dimensional gel electrophoresis and after the separation by two-dimensional liquid chromatography, the sample is analyzed by tandem mass spectrometry. In this study, we have analyzed the Pseudomonas Putida KT2440 protein. From the protein identification, the protein database was combined with its reversed sequence database. From the peptide selection whose error rate is less than 1%, the SEQUEST database search for the tandem mass spectral data identified 2,045 proteins. For each protein, we compared the molecular weight calibrated from 1D-gel band position with the theoretical molecular weight computed from the amino acid sequence, by defining a variable MW$_{corr}$ Since the bacterial proteome is simpler than human proteome considering the complexity and modifications, the proteome analysis result for the Pseudomonas Putida KT2440 could suggest a guideline to build the protocol to analyze human proteome data.
Molecular mimicry is an attractive mechanism for triggering autoimmunity. In this review, we explore the potential role of evolutionary conserved bacterial proteins in the production of autoantibodies with focus on granulomatosis with polyangiitis (GPA) and rheumatoid arthritis (RA). Seven autoantigens characterized in GPA and RA were BLASTed against a bacterial protein database. Of the seven autoantigens, proteinase 3, type II collagen, binding immunoglobulin protein, glucose-6-phosphate isomerase, ${\alpha}$-enolase, and heterogeneous nuclear ribonuclear protein have well-conserved bacterial orthologs. Importantly, those bacterial orthologs are also found in human-associated bacteria. The wide distribution of the highly conserved stress proteins or enzymes among the members of the normal flora and common infectious microorganisms raises a new question on how cross-reactive autoantibodies are not produced during the immune response to these bacteria in most healthy people. Understanding the mechanisms that deselect auto-reactive B cell clones during the germinal center reaction to homologous foreign antigens may provide a novel strategy to treat autoimmune diseases.
The bacterial diversity of 10 marine sponges belonging to the species Cliona celata, an unidentified Cliona species, Haliclona cinerea, Halichondria okadai, Hymeniacidon sinapium, Lissodendoryx isodictyalis, Penares incrustans, Spirastrella abata, and Spirastrella panis collected from Jeju Island and Chuja Island was investigated using amplicon pyrosequencing of the 16S rRNA genes. The microbial diversity of these sponges has as of yet rarely or never been investigated. All sponges, except Cliona celata, Lissodendoryx isodictyalis, and Penares incrustans, showed simple bacterial diversity, in which one or two bacterial OTUs occupied more than 50% of the pyrosequencing reads and their OTU rank abundance curves saturated quickly. Most of the predominant OTUs belonged to Alpha-, Beta-, or Gammaproteobacteria. Some of the OTUs from the sponges with low diversity were distantly (88%~89%) or moderately (93%~97%) related to known sequences in the GenBank nucleotide database. Phylogenetic analysis showed that many of the representative sequences of the OTUs were related to the sequences originating from sponges and corals, and formed sponge-specific or -related clades. The marine sponges investigated herein harbored unexplored bacterial diversity, and further studies should be done to understand the microbes present in sponges.
In order to investigate the diversity of bacterial community in the mud flat of Sunchon Bay, Chunnam province, diversity of amplified 16S rDNA was examined. Total DNA was extracted from sediment soils and 16S rDNAs were amplified using PCR primers based on the universally conserved sequences in bacteria. Clonal libraries were constructed and 111 clones were examined by amplified rDNA restriction analysis (ARDRA) using HaeIII. Clones were clustered based on restriction patterns using computer program, GelCompar II. One hundred different RFLP types were detected from 111 clones. The 20 clones were selected and sequenced according to dendrograms derived from ARDRA, to cover most of the bacterial diversity in the clone libraries. None of the clones were identical to any representatives in the Ribosomal Database Project small subunit RNA databases and GenBank. All sequences showed between 77 and 96.8% similarity to the known 16s rRNA sequence from cultured organisms. The 20 clones sequenced fell into seven major lineages of the domain Bacteria: alpha-, delta-, gamma-Proteobacteria, low G+C Gram positive bacteria, high G+C Gram positive bacteria, Sphingobacteria (Cytophaga) and Cyanobacteria (chloroplast). Among the clones, the Proteobacteria were dominant.
To obtain primary idea on oral bacterium species that are generally present in periodotally healthy Koreans, the oral bacterial flora in the saliva of four periodontally healthy Koreans at different ages (5, 32, 35, 65) was investigated in this study. For this investigation, 16S rRNA gene clone libraries were generated from the saliva of the four healthy Koreans, and 50 clones were randomly selected from each saliva clone library and sequenced. Totally, 37 different kinds of bacterial 16S rRNA gene sequences were identified based on sequence homology search through GenBank database. The 37 kinds of saliva clone sequences were classified to 14 genera and 2 uncultured and 1 unidentified bacteria. Among the 14 identified genera, Streptococcus, Prevotella, and Veillollella were common genera, and Streptococcus was dominant genus that accounted for 7 different species. Among the seven Streptococcus species, S. salivarius appeared as the most common species. More numbers of species belonging to the genera Streptococcus and Prevotella was present in saliva from ages 32 and 35. While saliva from ages 5 and 65 showed more numbers of species belonging to the genera Rothia, including potential pathogenic species. Overall, saliva of a young child and a senior showed higher bacterial diversity than that of young adults.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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