With the advent of the genomics era powered by DNA sequencing technologies, life science is being transformed significantly and biological research and development have been accelerated. Environmental biology concerns the relationships among living organisms and their natural environment, which constitute the global biogeochemical cycle. As sustainability of the ecosystems depends on biodiversity, examining the structure and dynamics of the biotic constituents and fully grasping their genetic and metabolic capabilities are pivotal. The high-speed high-throughput next-generation sequencing can be applied to barcoding organisms either thriving or endangered and to decoding the whole genome information. Furthermore, diversity and the full gene complement of a microbial community can be elucidated and monitored through metagenomic approaches. With regard to human welfare, microbiomes of various human habitats such as gut, skin, mouth, stomach, and vagina, have been and are being scrutinized. To keep pace with the rapid increase of the sequencing capacity, various bioinformatic algorithms and software tools that even utilize supercomputers and cloud computing are being developed for processing and storage of massive data sets. Environmental genomics will be the major force in understanding the structure and function of ecosystems in nature as well as preserving, remediating, and bioprospecting them.
Particulate matter (PM) produced in pig houses may contain microbes which can spread by airborne transmission, and PM and microbes in PM adversely affect human and animal health. To investigate the microbiome in PM from pig houses, nine PM samples were collected in summer 2020 inside and outside of pig houses located in Jangseong-gun, Jeollanam-do Province, Korea, comprising three PM samples from within a nursery pig house (I-NPH), three samples from within a finishing pig house (I-FPH), and three samples from outside of the pig houses (O-PH). Microbiomes were analyzed using 16S rRNA gene amplicon sequencing. Firmicutes was the most dominant phylum and accounted for 64.8%-97.5% of total sequences in all the samples, followed by Proteobacteria (1.4%-21.8%) and Bacteroidetes (0.3%-13.7%). In total, 31 genera were represented by > 0.3% of all sequences, and only Lactobacillus, Turicibacter, and Aerococcus differed significantly among the three PM sample types. All three genera were more abundant in the I-FPH samples than in the O-PH samples. Alpha diversity indices did not differ significantly among the three PM types, and a principal coordinate analysis suggested that overall microbial communities were similar across PM types. The concentration of PM did not significantly differ among the three PM types, and no significant correlation of PM concentration with the abundance of any potential pathogen was observed. The present study demonstrates that microbial composition in PM inside and outside of pig houses is similar, indicating that most microbe-containing PM inside pig houses leaks to the outside from where it, along with microbe-containing PM on the outside, may re-enter the pig houses. Our results may provide useful insights regarding strategies to mitigate potential risk associated with pig farming PM and pathogens in PM.
Cockroaches inhabit various habitats, which will influence their microbiome. Although the microbiome can be influenced by the diet and environmental factors, it can also differ between species. Therefore, we conducted 16S rDNA-targeted high-throughput sequencing to evaluate the overall bacterial composition of the microbiomes of 3 cockroach species, Periplaneta americana, P. japonica, and P. fuliginosa, raised in laboratory for several generations under the same conditions. The experiments were conducted using male adult cockroaches. The number of operational taxonomic units (OTUs) was not significantly different among the 3 species. With regard to the Shannon and Pielou indexes, higher microbiome values were noted in P. americana than in P. japonica and P. fuliginosa. Microbiome composition was also evaluated, with endosymbionts accounting for over half of all OTUs in P. japonica and P. fuliginosa. Beta diversity analysis further showed that P. japonica and P. fuliginosa had similar microbiome composition, which differed from that of P. americana. However, we also identified that P. japonica and P. fuliginosa host distinct OTUs. Thus, although microbiome compositions may vary based on multiple conditions, it is possible to identify distinct microbiome compositions among different Periplaneta cockroach species, even when the individuals are reared under the same conditions.
Purpose: The purpose of this study was to investigate whether various saliva collection methods affect the observed salivary microbiome and whether microbiomes of stimulated and unstimulated saliva and plaque differ in richness and diversity. Methods: Seven sampling methods for unstimulated saliva, stimulated saliva, and plaque samples were applied to six orally and systemically healthy participants. Bacterial 16S ribosomal RNA genes of 10 major oral bacterial species, namely, Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia, Treponema denticola, Fusobacterium nucleatum, Prevotella intermedia, Prevotella nigrescens, Streptococcus mitis, Streptococcus sobrinus, and Lactobacillus casei, were analyzed by real-time polymerase chain reaction. We comprehensively examined the dependence of the amount of bacterial ribosomal DNA (rDNA), bacterial-community composition, and relative abundance of each species on sample collection methods. Results: There were significant differences in the bacterial rDNA copy number depending on the collection method in three species: F. nucleatum, P. nigrescens, and S. mitis. The species with the highest richness was S. mitis, with the range from 89.31% to 100.00%, followed by F. nucleatum, P. nigrescens, T. denticola, T. forsythia, and P. intermedia, and the sum of the proportions of the remaining five species was less than 1%. The species with the lowest observed richness was P. gingivalis (<0.1%). The Shannon diversity index was the highest in unstimulated saliva collected with a funnel (4.449). The Shannon diversity index was higher in plaque samples (3.623) than in unstimulated (3.171) and stimulated (3.129) saliva and in mouthwash saliva samples (2.061). Conclusions: The oral microbial profile of saliva samples can be affected by sample collection methods, and saliva differs from plaque in the microbiome. An easy and rapid technique for saliva collection is desirable; however, observed microbial-community composition may more accurately reflect the actual microbiome when unstimulated saliva is assayed.
Purpose: Exclusive breastfeeding promotes gut microbial compositions associated with lower rates of metabolic and autoimmune diseases. Its cessation is implicated in increased microbiome-metabolome discordance, suggesting a vulnerability to dietary changes. Formula supplementation is common within our low-income, ethnic-minority community. We studied exclusively breastfed (EBF) neonates' early microbiome-metabolome coupling in efforts to build foundational knowledge needed to target this inequality. Methods: Maternal surveys and stool samples from seven EBF neonates at first transitional stool (0-24 hours), discharge (30-48 hours), and at first appointment (days 3-5) were collected. Survey included demographics, feeding method, medications, medical history and tobacco and alcohol use. Stool samples were processed for 16S rRNA gene sequencing and lipid analysis by gas chromatography-mass spectrometry. Alpha and beta diversity analyses and Procrustes randomization for associations were carried out. Results: Firmicutes, Proteobacteria, Bacteroidetes and Actinobacteria were the most abundant taxa. Variation in microbiome composition was greater between individuals than within (p=0.001). Palmitic, oleic, stearic, and linoleic acids were the most abundant lipids. Variation in lipid composition was greater between individuals than within (p=0.040). Multivariate composition of the metabolome, but not microbiome, correlated with time (p=0.030). Total lipids, saturated lipids, and unsaturated lipids concentrations increased over time (p=0.012, p=0.008, p=0.023). Alpha diversity did not correlate with time (p=0.403). Microbiome composition was not associated with each samples' metabolome (p=0.450). Conclusion: Neonate gut microbiomes were unique to each neonate; respective metabolome profiles demonstrated generalizable temporal developments. The overall variability suggests potential interplay between influences including maternal breastmilk composition, amount consumed and living environment.
Hye Jin Jang;Eunkyung Lee;Young-Jae Cho;Sang Hoon Lee
Tuberculosis and Respiratory Diseases
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제86권4호
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pp.294-303
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2023
Background: The human lung serves as a niche for a unique and dynamic bacterial community related to the development and aggravation of multiple respiratory diseases. Therefore, identifying the microbiome status is crucial to maintaining the microecological balance and maximizing the therapeutic effect on lung diseases. Therefore, we investigated the histological type-based differences in the lung microbiomes of patients with lung cancer. Methods: We performed 16S rRNA sequencing to evaluate the respiratory tract microbiome present in bronchoalveolar lavage fluid. Patients with non-small cell lung cancer were stratified based on two main subtypes of lung cancer: adenocarcinoma and squamous cell carcinoma (SqCC). Results: Among the 84 patients analyzed, 64 (76.2%) had adenocarcinoma, and 20 (23.8%) had SqCC. The α- and β-diversities showed significant differences between the two groups (p=0.004 for Chao1, p=0.001 for Simpson index, and p=0.011 for PERMANOVA). Actinomyces graevenitzii was dominant in the SqCC group (linear discriminant analysis [LDA] score, 2.46); the populations of Haemophilus parainfluenza (LDA score, 4.08), Neisseria subflava (LDA score, 4.07), Porphyromonas endodontalis (LDA score, 3.88), and Fusobacterium nucleatum (LDA score, 3.72) were significantly higher in the adenocarcinoma group. Conclusion: Microbiome diversity is crucial for maintaining homeostasis in the lung environment, and dysbiosis may be related to the development and prognosis of lung cancer. The mortality rate was high, and the microbiome was not diverse in SqCC. Further large-scale studies are required to investigate the role of the microbiome in the development of different lung cancer types.
본 연구의 목적은 Ribosomal Database Project에서 공적으로 활용 가능한 16S rRNA 유전자 시퀀스들의 메타분석을 통해 반추위 고세균의 계통발생 다양성을 조사하는 것이다. 총 8,416개의 시퀀스가 Ribosomal Database Project(출시버전 11, 업데이트 5)로부터 회수되었고, taxonomy tree를 구축하는데 사용되었다. Species 수준의 OTUs가 97% sequence 유사성 기준으로 QIIME 프로그램을 사용하여 분석되었다. 총 8,416개의 시퀀스 중에서 8,412개의 시퀀스는 총 3개의 문으로 분류되었고, 나머지 4개의 시퀀스는 어떤 알려진 문으로 분류되지 못했다. Euryarchaeota는 가장 우점하는 문으로, 전체 고세균 시퀀스의 99.8%를 차지하였다. 이 중에서 차례로 Methanobrevibacter가 65.4%, Methanosphaera가 10.4%, Methanomassillicoccus가 10.4%, Methanomicrobium가 7.9%, Methanobacterium가 1.9%, Methanimicrococcus가 0.5%, Methanosarcina가 0.1%, Methanoculleus가 0.1%를 차지하였다. V2와 V3 영역으로 자른 7,544개의 시퀀스는 493개의 OTUs로 분류되었다. 총 493 OTUs 중에서 단지 17개만 우점하였고, 총 7,544 시퀀스 중 1% 이상을 차지하였다. 본 연구는 반추동물로 부터 메탄발생에 크게 기여하는 반추위 우점 메탄생성균 분석에 대한 향후 연구를 인도하는데 도움을 주고, 사료나 가축품종이 달라져도 이러한 메탄생성균을 억제하는 메탄저감제를 개발하는데 도움을 줄 것이다.
Kim, In Sung;Lee, Seung Ho;Kwon, Young Min;Adhikari, Bishnu;Kim, Jeong A;Yu, Da Yoon;Kim, Gwang Il;Lim, Jong Min;Kim, Sung Hak;Lee, Sang Suk;Moon, Yang Soo;Choi, In Soon;Cho, Kwang Keun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제29권11호
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pp.1693-1706
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2019
Atopic dermatitis (AD) is a chronic inflammatory skin disease of mainly infants and children. Currently, the development of safe and effective treatments for AD is urgently required. The present study was conducted to investigate the immunomodulatory effects of yeast-extracted β-1,3/1,6-glucan and/or Lactobacillus plantarum (L. plantarum) LM1004 against AD-like symptoms. To purpose, β-1,3/1,6-glucan and/or L. plantarum LM1004 were orally administered to AD-induced animal models of rat (histamine-induced vasodilation) and mouse (pruritus and contact dermatitis) exhibiting different symptoms of AD. We then investigated the treatment effects on AD-like symptoms, gene expression of immune-related factors, and gut microbiomes. Oral administration of β-1,3/1,6-glucan (0.01 g/kg initial body weight) and/or 2 × 1012 cells/g L. plantarum LM1004 (0.01 g/kg initial body weight) to AD-induced animal models showed significantly reduced vasodilation in the rat model, and pruritus, edema, and serum histamine in the mouse models (p < 0.05). Interestingly, β-1,3/1,6-glucan and/or L. plantarum LM1004 significantly decreased the mRNA levels of Th2 and Th17 cell transcription factors, while the transcription factors of Th1 and Treg cells, galactin-9, filaggrin increased, which are indicative of enhanced immunomodulation (p < 0.05). Moreover, in rats with no AD induction, the same treatments significantly increased the relative abundance of phylum Bacteroidetes and the genus Bacteroides. Furthermore, bacterial taxa associated with butyrate production such as, Lachnospiraceae and Ruminococcaceae at family, and Roseburia at genus level were increased in the treated groups. These findings suggest that the dietary supplementation of β-1,3/1,6-glucan and/or L. plantarum LM1004 has a great potential for treatment of AD as well as obesity in humans through mechanisms that might involve modulation of host immune systems and gut microbiota.
반추위 속에는 박테리아, 고세균, 프로토조아, 곰팡이 및 바이러스와 같은 다양한 미생물들이 편성의 혐기조건에서 공생하고 있다. 사료의 발효에 중요한 역할을 하고 있는 반추위 미생물은 위내 발효과정에서 에너지 손실에 영향을 주는 메탄의 발생을 제외하면 에너지와 단백질 대사에 필수적인 다양한 휘발성 지방산을 생산한다. 반추위내 미생물의 이용효율을 개선시키기 위해 사료배합비조절, 천연사료첨가제, 생균제첨가 등의 다양한 접근방법들이 사용되고 있다. 최근에 반추위 군집에 대한 메타유전체 또는 메타전사체와 같은 차세대 유전체 해독기술 또는 차세대 시퀀싱 기술의 적용으로 반추위 미생물의 다양성 및 기능에 대한 이해가 크게 증가하였다. 특히 메타단백질체와 메타대사체는 반추위 생태계의 복잡한 미생물네트워크에 대한 더 깊은 통찰력을 제공할 뿐만 아니라, 다양한 반추가축용 사료에 대한 반응을 제공함으로서 생산효율을 개선시키는데 기여하였다. 본 논문에서는 반추위내 사료의 발효와 이용을 향상시키기 위한 메타오믹스 기술, 즉, 메타유전체, 메타전사체, 메타단백질체 및 메타대사체의 최신 응용기술을 요약하고자 한다.
Increasing evidence suggests a potential role of microbial colonization in the inception of chronic airway diseases. However, it is not clear whether the lung and gut microbiome dysbiosis is coincidental or a result of mutual interaction. In this study, we investigated the airway microbiome in interleukin 13 (IL-13)-rich lung environment and related alterations of the gut microbiome. IL-13-overexpressing transgenic (TG) mice presented enhanced eosinophilic inflammatory responses and mucus production, together with airway hyperresponsiveness and subepithelial fibrosis. While bronchoalveolar lavage fluid and cecum samples obtained from 10-week-old IL-13 TG mice and their C57BL/6 wild-type (WT) littermates showed no significant differences in alpha diversity of lung and gut microbiome, they presented altered beta diversity in both lung and gut microbiota in the IL-13 TG mice compared to the WT mice. Lung-specific IL-13 overexpression also altered the composition of the gut as well as the lung microbiome. In particular, IL-13 TG mice showed an increased proportion of Proteobacteria and Cyanobacteria and a decreased amount of Bacteroidetes in the lungs, and depletion of Firmicutes and Proteobacteria in the gut. The patterns of polymicrobial interaction within the lung microbiota were different between WT and IL-13 TG mice. For instance, in IL-13 TG mice, lung Mesorhizobium significantly affected the alpha diversity of both lung and gut microbiomes. In summary, chronic asthma-like pathologic changes can alter the lung microbiota and affect the gut microbiome. These findings suggest that the lung-gut microbial axis might actually work in asthma.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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