Olaniran, Ademola O.;Stafford, William H.L.;Cowan, Don A.;Pillay, Dorsamy;Pillay, Balakrishna
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제17권4호
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pp.560-570
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2007
The effective and accurate assessment of the total microbial community diversity is one of the primary challenges in modem microbial ecology, especially for the detection and characterization of unculturable populations and populations with a low abundance. Accordingly, this study was undertaken to investigate the diversity of the microbial community during the biodegradation of cis- and trans-dichloroethenes in soil and wastewater enrichment cultures. Community profiling using PCR targeting the l6S rRNA gene and denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) revealed an alteration in the bacterial community profiles with time. Exposure to cis- and trans-dichloroethenes led to the disappearance of certain genospecies that were initially observed in the untreated samples. A cluster analysis of the bacterial DGGE community profiles at various sampling times during the degradation process indicated that the community profile became stable after day 10 of the enrichment. DNA sequencing and phylogenetic analysis of selected DGGE bands revealed that the genera Acinetobacter, Pseudomonas, Bacillus, Comamonas, and Arthrobacter, plus several other important uncultured bacterial phylotypes, dominated the enrichment cultures. Thus, the identified dominant phylotypes may play an important role in the degradation of cis- and trans-dichloroethenes.
Food fermentations have enhanced human health since the dawn of time and remain a prevalent means of food processing and preservation. Due to their cultural and nutritional importance, many of these foods have been studied in detail using molecular tools, leading to enhancements in quality and safety. Furthermore, recent advances in high-throughput sequencing technology are revolutionizing the study of food microbial ecology, deepening insight into complex fermentation systems. This review provides insight into novel applications of select molecular techniques, particularly next-generation sequencing technology, for analysis of microbial communities in fermented foods. We present a guideline for integrated molecular analysis of food microbial ecology and a starting point for implementing next-generation analysis of food systems.
Microbial dysbiosis in the gut is associated with human diseases, and variations in mucus alter gut microbiota. Therefore, we explored the effects of mucin on the gut microbiota using a community of 19 synthetic gut microbial species. Cultivation of these species in modified Gifu anaerobic medium (GAM) supplemented with mucin before synthetic community assembly facilitated substantial growth of the Bacteroides, Akkermansia, and Clostridium genera. The results of 16S rRNA microbial relative abundance profiling revealed more of the beneficial microbes Collinsella, Bifidobacterium, Ruminococcus, and Lactobacillus. This increased acetate levels in the community cultivated with, rather than without (control), mucin. We identified differences in predicted cell function and metabolism between microbes cultivated in GAM with and without mucin. Mucin not only changed the composition of the gut microbial community, but also modulated metabolic functions, indicating that it could help to modulate microbial changes associated with human diseases.
Human have eaten various traditional fermented foods for a numbers of million years for health benefit as well as survival. The beneficial effects of fermented foods have been resulted from complex microbial communications within the fermented foods. Therefore, the holistic approaches for individual identification and complete microbial profiling involved in their communications have been of interest to food microbiology fields. Microbiome is the ecological community of microorganisms that literally share our environments including foods as well as human body. However, due to the limitation of culture-dependent methods such as simple isolations of just culturable microorganisms, the culture-independent methods have been consistently developed, resulting in new light on the diverse non-culturable and hitherto unknown microorganisms, and even microbial communities in the fermented foods. For the culture-independent approaches, the food microbiome has been deciphered by employing various molecular analysis tools such as fluorescence in situ hybridization, quantitative PCR, and denaturing gradient gel-electrophoresis. More recently, next-generation-sequencing (NGS) platform-based microbiome analysis has been of interest, because NGS is a powerful analytical tool capable of resolving the microbiome in respect to community structures, dynamics, and activities. In this overview, the development status of analysis tools for the fermented food microbiome is covered and research trend for NGS-based food microbiome analysis is also discussed.
폐가스 처리용 바이오필터의 핵심 요소 기술은 생촉매(미생물), 담체, 설계 운전 기술 및 진단 관리 기술이다. 특히, 바이오필터의 성능은 부하 조건과 바이오필터 내 미생물 군집 구조에 의해 영향을 받는다. 지금까지 바이오필터의 미생물 연구는 대부분 배양법을 기초로 하여 수행되어 왔으나, 최근에 보다 신속하고 정확하게 미생물 군집을 분석할 수 있는 방법들이 제시되고 있다. 본 논문에서는 생리적, 생화학적 및 분자생물학적 미생물 군집 분석 방법과 이를 활용한 바이오필터의 미생물 군집 특성을 조사한 연구사례를 소개하고, 미생물 군집 분석법의 바이오필터에 적용 가능성에 대해 고찰하였다. Community-level physiological profile 방법은 시료 중에 포함된 종속영양미생물의 탄소기질 이용능력을 기반으로 군집 특성을 조사하는 것이며, Phospholipid fatty acid analysis는 미생물 세포막 지방산을 분석하여 군집 특성을 조사하는 방법이다. 환경시료로부터 직접 추출한 DNA를 활용하는 분자생물학적 분석법에는 "partial community DNA analysis"와 "whole community DNA analysis"가 있다. 전자의 방법은 PCR 과정에 의해 증폭시킨 염기서열을 분석하는 것으로 ribosomal operon 유전자가 가장 많이 활용되었다. 이 방법은 다시 PCR fragment cloning 및 genetic fingerprinting으로 구분되며, genetic fingerprinting 방법으로는 denaturing gradient gel electrophoresis, terminal-restriction fragment length polymorphism, ribosomal intergenic spacer analysis 및 random amplified polymorphic DNA 방법으로 세분화된다. 추출된 전체 군집의 DNA를 분석하는 방법에는 total genomic cross-DNA hybridization, 총 추출 DNA의 열 변성/재결합 방법 및 밀도구배를 이용하여 추출한 DNA를 분획화하는 방법 등이 있다.
Song, Da Hye;Chun, Byung Hee;Lee, Sunmin;Reddy, Chagam Koteswara;Jeon, Che Ok;Lee, Choong Hwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제30권11호
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pp.1697-1705
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2020
Meju, a type of fermented soybean paste, is used as a starter in the preparation of various Korean traditional soybean-based foods. In this study, we performed Illumina-MiSeq paired-end sequencing for microbial communities and mass spectrometry analysis for metabolite profiling to investigate the differences between 11 traditional meju products from different regions across Korea. Even though the bacterial and fungal communities showed remarkable variety, major genera including Bacillus, Enterococcus, Variovorax, Pediococcus, Weissella, and Aspergillus were detected in every sample of meju. The metabolite profile patterns of the 11 samples were clustered into two main groups: group I (M1-5) and group II (M6-11). The metabolite analysis indicated a relatively higher amino acid content in group I, while group II exhibited higher isoflavone, soyasaponin, and lysophospholipid contents. The bioactivity analysis proved that the ABTS (2,2'-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)) radical-scavenging activity was higher in group II and the FRAP (ferric reducing antioxidant power) activity was higher in group I. The correlation analysis revealed that the ABTS activity was isoflavonoid, lipid, and soyasaponin related, whereas the FRAP activity was amino acid and flavonoid related. These results suggest that the antioxidant activities of meju are critically influenced by the microbiome and metabolite dynamics.
Hyeonwoo Kim;Jiwon Kim;Ji Won Cho;Kwang-Sung Ahn;Dong-Il Park;Sangsoo Kim
Genomics & Informatics
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제21권3호
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pp.40.1-40.11
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2023
Microbial community profiling using 16S rRNA amplicon sequencing allows for taxonomic characterization of diverse microorganisms. While amplicon sequence variant (ASV) methods are increasingly favored for their fine-grained resolution of sequence variants, they often discard substantial portions of sequencing reads during quality control, particularly in datasets with large number samples. We present a streamlined pipeline that integrates FastP for read trimming, HmmUFOtu for operational taxonomic units (OTU) clustering, Vsearch for chimera checking, and Kraken2 for taxonomic assignment. To assess the pipeline's performance, we reprocessed two published stool datasets of normal Korean populations: one with 890 and the other with 1,462 independent samples. In the first dataset, HmmUFOtu retained 93.2% of over 104 million read pairs after quality trimming, discarding chimeric or unclassifiable reads, while DADA2, a commonly used ASV method, retained only 44.6% of the reads. Nonetheless, both methods yielded qualitatively similar β-diversity plots. For the second dataset, HmmUFOtu retained 89.2% of read pairs, while DADA2 retained a mere 18.4% of the reads. HmmUFOtu, being a closed-reference clustering method, facilitates merging separately processed datasets, with shared OTUs between the two datasets exhibiting a correlation coefficient of 0.92 in total abundance (log scale). While the first two dimensions of the β-diversity plot exhibited a cohesive mixture of the two datasets, the third dimension revealed the presence of a batch effect. Our comparative evaluation of ASV and OTU methods within this streamlined pipeline provides valuable insights into their performance when processing large-scale microbial 16S rRNA amplicon sequencing data. The strengths of HmmUFOtu and its potential for dataset merging are highlighted.
Culture-dependent methods, such as heterotrophic plate counting (HPC), are usually applied to evaluate the bacteriological quality of hemodialysis water. However, these methods cannot detect the uncultured or viable but non-culturable (VBNC) bacteria, both of which may be quantitatively predominant throughout the hemodialysis water treatment system. Therefore, propidium monoazide (PMA)-qPCR associated with HPC was used together to profile the distribution of the total viable bacteria in such a system. Moreover, high-throughput sequencing of 16S rRNA gene amplicons was utilized to analyze the microbial community structure and diversity. The HPC results indicated that the total bacterial counts conformed to the standards, yet the bacteria amounts were abruptly enhanced after carbon filter treatment. Nevertheless, the bacterial counts detected by PMA-qPCR, with the highest levels of $2.14{\times}10^7copies/100ml$ in softener water, were much higher than the corresponding HPC results, which demonstrated the occurrence of numerous uncultured or VBNC bacteria among the entire system before reverse osmosis (RO). In addition, the microbial community structure was very different and the diversity was enhanced after the carbon filter. Although the diversity was minimized after RO treatment, pathogens such as Escherichia could still be detected in the RO effluent. In general, both the amounts of bacteria and the complexity of microbial community in the hemodialysis water treatment system revealed by molecular approaches were much higher than by traditional method. These results suggested the higher health risk potential for hemodialysis patients from the up-to-standard water. The treatment process could also be optimized, based on the results of this study.
Ziganshina, Elvira E.;Belostotskiy, Dmitry E.;Shushlyaev, Roman V.;Miluykov, Vasili A.;Vankov, Petr Y.;Ziganshin, Ayrat M.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제24권11호
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pp.1464-1472
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2014
The microbial community structures of two continuous stirred tank reactors digesting turkey manure with pine wood shavings as well as chicken and swine manure were investigated. The reactor fed with chicken/swine wastes displayed the highest organic acids concentration (up to 15.2 g/l) and ammonia concentration (up to 3.7 g/l ammonium nitrogen) and generated a higher biogas yield (up to $366ml/g_{VS}$) compared with the reactor supplied with turkey wastes (1.5-1.8 g/l of organic acids and 1.6-1.7 g/l of ammonium levels; biogas yield was up to $195ml/g_{VS}$). The microbial community diversity was assessed using both sequencing and profiling terminal restriction fragment length polymorphisms of 16S rRNA genes. Additionally, methanogens were analyzed using methyl coenzyme M reductase alpha subunit (mcrA) genes. The bacterial community was dominated by members of unclassified Clostridiales with the prevalence of specific clostridial phylotypes in each reactor, indicating the effect of the substrate type on the community structure. Of the methanogenic archaea, methanogens of the genus Methanosarcina were found in high proportions in both reactors with specific methanosarcinas in each reactor, whereas the strict hydrogenotrophic methanogens of Methanoculleus sp. were found at significant levels only in the reactor fed with chicken/swine manure (based on the analyses of 16S rRNA gene). This suggests that among methanogenic archaea, Methanosarcina species which have different metabolic capabilities, including aceticlastic and hydrogenotrophic methanogenesis, were mainly involved in anaerobic digestion of turkey wastes.
Dhiraj Kumar Chaudhary;Sang-Eon Kim;Hye-Jin Park;Kyoung-Ho Kim
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제34권6호
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pp.1260-1269
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2024
The gastrointestinal (GI) tract of shrimp, which is comprised of the stomach, hepatopancreas, and intestine, houses microbial communities that play crucial roles in immune defense, nutrient absorption, and overall health. While the intestine's microbiome has been well-studied, there has been limited research investigating the stomach and hepatopancreas. The present study addresses this gap by profiling the bacterial community in these interconnected GI segments of Pacific whiteleg shrimp. To this end, shrimp samples were collected from a local aquaculture farm in South Korea, and 16S rRNA gene amplicon sequencing was performed. The results revealed significant variations in bacterial diversity and composition among GI segments. The stomach and hepatopancreas exhibited higher Proteobacteria abundance, while the intestine showed a more diverse microbiome, including Cyanobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Chloroflexi, and Verrucomicrobia. Genera such as Oceaniovalibus, Streptococcus, Actibacter, Ilumatobacter, and Litorilinea dominated the intestine, while Salinarimonas, Sphingomonas, and Oceaniovalibus prevailed in the stomach and hepatopancreas. It is particularly notable that Salinarimonas, which is associated with nitrate reduction and pollutant degradation, was prominent in the hepatopancreas. Overall, this study provides insights into the microbial ecology of the Pacific whiteleg shrimp's GI tract, thus enhancing our understanding of shrimp health with the aim of supporting sustainable aquaculture practices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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