청동기 시대 치즈에서 드러난 인간-Lactobacillus 상호작용의 진화 역사 Abstract 발효 유제품 섭취의 오랜 역사에도 불구하고, 발효 미생물이 인류 역사 동안 어떻게 사용되고 진화했는지에 대해서는 거의 알려져 있지 않습니다. 이 연구에서는 Xiaohe 무덤에서 청동기 시대 케피르 치즈 (약 3,500년 전)의 고대 DNA를 복원함으로써 과거의 인간-미생물 상호작용을 탐구했습니다. 이전에는 케피르가 북부 코카서스에서 유럽과 다른 지역으로 전파된 것으로 추정되었으나, 우리는 케피르가 신장 (위구르 자치구)에서 동아시아 내륙으로 전파된 추가 경로를 발견했습니다. 진화 역사 동안 동아시아 균주는 환경 스트레스에 대한 방어적 역할을 하는 여러 유전자 클러스터를 획득했으며, 이는 Lactobacillus 균주가 다양한 환경 틈새와 인간 선택에 적응한 결과일 수 있습니다. 전체적으로, 우리의 결과는 과거 인간 활동이 ...

글로벌 해양 미생물 다양성과 생물탐사에서의 잠재력 Abstract 지난 20년 동안 해양 시스템에서 수집된 미생물 게놈의 수가 눈에 띄게 증가했습니다. 그러나 이러한 해양 유전체 다양성을 생명공학 및 생의학 응용 분야로 전환하는 것은 여전히 도전 과제였습니다.여기서 우리는 공개된 해양 메타게놈에서 43,191개의 세균과 고세균 게놈을 회수하여 138개의 서로 다른 문을 포함하는 광범위한 다양성을 포괄하며, 해양 세균 게놈 크기의 상한선을 재정의하고 CRISPR-Cas 시스템과 항생제 내성 유전자 사이의 복잡한 상호작용을 밝혔습니다. 이 해양 게놈에 대한 컴퓨터 기반 생물탐사 (bioprospecting)를 통해 새로운 CRISPR-Cas9 시스템, 10개의 항균 펩타이드, 그리고 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET : polyethylene terephthalate)를 분해하는 3개의 효소를 발견했습니다. 실험실 실험에서 이들의 효과와 효능이 확인되었습니다.이 연구는 글로벌 ...

대사체학 파이프라인이 혈류 감염에서 미생물 대사를 강조합니다 Abstract 항균제 내성 (antimicrobial resistance : AMR)의 증가는 임상 개입의 목표가 될 수 있는 세균성 병원성 기능을 식별해야 할 긴급한 필요성을 부각시킵니다. 심각한 감염은 숙주 대사를 크게 변화시키지만, 이전 연구들은 이러한 맥락에서 미생물 대사를 대부분 무시했습니다. 여기서 우리는 숙주와의 복잡한 환경에서 미생물 대사 특징을 발견하기 위한 반복적이고 비교적인 대사체학 파이프라인을 설명하고, 이를 환자들의 그람 음성 혈류 감염 (bloodstream infection : BSI)을 조사하는 데 적용합니다. 우리는 BSI 동안 세균에서 유래된 아세틸화된 polyamine의 수치가 증가한다는 것을 발견하고, 이들의 생성을 담당하는 효소 (SpeG)를 찾아냅니다. SpeG 활성을 차단하면 세균의 증식이 줄어들고 병원성이 감소합니다. 또한 SpeG 활성을 감소시키면 ...

20년간의 연구는 16,440명의 스웨덴 어린이들을 대상으로 신생아 시절의 요인 및 바이오마커가 신경발달 장애와 어떻게 연관되는지를 조사하여, 면역 조절 불균형과 대사와의 연결고리를 밝혀내고 이를 통해 조기 진단 및 개입의 기반을 마련하였습니다. Abstract 본 연구는 20년 이상 동안 출생 코호트를 추적하여 신경발달 장애(neurodevelopmental disorder, ND)진단과 관련된 요인을 밝혀냈습니다. 세밀한 신생 종단 설문조사는 감염과 항생제 사용, 스트레스, 태내 요인, 가족력 등을 포착하고 있습니다. 산모의 탯줄 혈청 대사체 및 지질체, 인간 백혈구 항원 (human leukocyte antigen, HLA) 유전자형, 유아 미생물총, 대변 대사체를 생체지표가 측정되었습니다. 본 연구에서 추적한 16,440명의 스웨덴 어린이 중 1,197명이 ND를 진단받았습니다. 지적 장애, 언어 장애, 주의력 결핍/과잉 행동 장애, 자폐증과 같은 ...

박테리아의 DNA 글리코실라아제인 Brig1이 변형된 바이러스 DNA 염기를 제거하여 박테리오파지 T4의 복제를 억제함으로써 바이러스에 대항하는 새로운 방어 기작을 발견하였습니다. Abstract 박테리아는 다양한 방어 시스템을 진화시키며 파지 포식에 적응해왔습니다. 비록 생물정보학 도구를 사용해 항파지 면역 유전자를 식별할 수 있지만, 새로운 시스템의 발견은 사용 가능한 원핵 생물의 시퀀스 데이터에 제한되어있습니다. 이 제약을 극복하기 위해, 우리는 토양 메타게놈 DNA 라이브러리를 포함하는 대장균을 lytic coliphage (용해성 대장균 분해 바이러스) T4로 감염시켜 보호 유전자를 가진 클론을 분리했습니다. 이러한 방법을 통해, 우리는 Brig1이라는 DNA 글리코실라아제 (glycosylase)를 발견했는데, 이는 박테리오파지 T4의 게놈에서 α-글루코실-하이드록시메틸시토신 염기를 제거하여 무염기 부위를 생성하고 바이러스 복제를 억제합니다. T-even* 파지에 대한 면역을 제공하는 Brig1의 ...

Metabolic trade-offs는 nitrogen-fixing symbiosis에서 cell size ratio를 제한합니다. Abstract Biological dinitrogen (N2) fixation은 prokaryotes이 독점적으로 수행하는 key metabolic process이며, 그중 일부는 eukaryotes과 공생합니다. marine haptophyte algae인 Braarudosphaera bigelowii Species는 N2-fixing endosymbiotic cyanobacteria UCYN-A를 보유하고 있으며, 이는 evolving organelle-like characteristics를 가지고 있을 수 있습니다. 우리는 UCYN-A와 숙주 사이의 크기 비율이 sublineages/species에 걸쳐 놀랍도록 보존되어 있으며, 이는 이 공생관계 및 다른 종의 organelles의 크기 관계와 일치한다는 것을 발견했습니다. Metabolic modeling은 이러한 크기 관계가 resource acquisition과 exchange 사이의 trade-offs에 따라 조정된 성장률을 극대화한다는 것을 보여주었습니다. 우리의 연구 결과는 unicellular eukaryotes에서 N2-fixing endosymbionts와 organelles의 크기 관계가 예측 가능한 metabolic underpinnings에 의해 제약을 받는다는 것과 ...

cryptic plasmid는 인간의 장에서 가장 많은 genetic elements 중 하나입니다. Abstract 플라스미드는 종종 fitness-enhancing features를 암호화하는 extrachromosomal genetic elements입니다. 그러나 많은 박테리아는 명확하게 유익한 기능을 부여하지 않는 " cryptic" 플라스미드를 가지고 있습니다. 우리는 산업화된 gut microbiomes에서 어디에나 존재하며 현재 인간 장내에서 가장 풍부한 extrachromosomal genetic element로 확립된 crAssphage보다 14배나 많은 cryptic plasmid 중 하나인 pBI143을 확인했습니다. pBI143의 돌연변이 대부분은 수천 개의 metagenomes에 걸쳐 특정 위치에 축적되어 강력한 purifying selection을 나타냅니다. pBI143은 대부분의 개인에서 monoclonal이며, 이는 종종 어머니로부터 처음 획득한 버전의 priority effect 때문일 수 있습니다. pBI143은 Bacteroidales 간에 이동할 수 있으며 in vivo bacterial host fitness에 영향을 미치지는 않지만 일시적으로 ...

High fat intake는 gut microbiota에서 antibiotic-mediated Clostridia depletion 후에도 sorbitol intolerance를 지속시킵니다. Abstract 일반적으로 actose, fructose 또는 sorbitol 섭취와 관련이 있는 탄수화물 과민증은 고소득 국가의 인구의 최대 30%에 영향을 미칩니다. Sorbitol intolerance는 흡수 장애로 인한 것이지만, 근본적인 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았습니다. 이 연구에서는 고지방 섭취와 함께 항생제에 노출된 이력이 있으면 microbial sorbitol catabolism을 방해하는 Clostridia의 수가 감소하여 생쥐에서 장기간 지속되는 sorbitol intolerance가 유발된다는 사실을 보여주었습니다. probiotic Escherichia coli를 접종하여 sorbitol catabolism을 회복시킨 결과, 마우스는 sorbitol intolerance로부터 보호되었지만 Clostridia의 abundance를 회복시키지는 못했습니다. butyrate producer인 Anaerostipes caccae를 접종하면 Clostridia가 정상으로 회복되어 probiotic가 제거된 후에도 마우스를 sorbitol-induced diarrhea로부터 보호할 수 있었습니다. Butyrate는 대장의 ...

Bile salt hydrolase는 아민으로 결합된 담즙산의 형성을 촉매합니다 Abstract 장내 세균은 호스트 매개 대사 과정에 영향을 줄 수 있는 아미노산 담즙산 아미드를 생산하는데1,2,3,4,5,6, 이를 생산하는 세균 유전자는 아직 알려지지 않았습니다. 여기서 우리는 담즙염 수소분해효소(BSH)가 담즙산 대사에서 이중 기능을 가지고 있음을 보고합니다. 구체적으로, BSH가 아민을 담즙산에 결합시켜 세균성 담즙산 아미드(BBAA)를 형성하는 아민 N-아실전이효소로서의 이전에 알려지지 않은 역할을 확인했습니다. 이 아민 N-아실전이효소 BSH 활성을 특성화하기 위해, 우리는 BSH의 약리학적 억제, 대장균에서 bsh 및 돌연변이체의 이종 발현, Bacteroides fragilis에서 bsh 결손 및 보완을 사용하여 BSH가 BBAA를 생성한다는 것을 입증했습니다. 더 나아가, 우리는 인간 영아 코호트에서 BBAA 생산이 bsh 발현 세균의 식민지화와 긍정적으로 상관 ...

인간 유전자가 장내 미생물 구조 변이를 조절하는 방법 Abstract 인간 유전자가 장내 미생물 다양성 및 특정 분류군의 풍부성에 미치는 영향은 이미 잘 알려져 있지만, 인간 유전자가 장내 미생물의 유전적 다양성을 어떻게 조절하는지에 대해서는 아직 잘 알려져 있지 않습니다. 이 연구에서는 네덜란드의 네 개 코호트에서 9,015명의 개인을 대상으로 인간 유전 변이와 장내 미생물 구조 변이 간의 연관성에 대한 메타분석을 수행하였습니다. 특히, *N-아세틸갈락토사민(GalNAc) 이용 유전자 군을 포함하는 *Faecalibacterium prausnitzii의 구조 변이 부분의 존재율은 GalNAc으로 끝나는 유형 A 올리고당 항원을 분비하는 개인에서 더 높은 것으로 나타났습니다. 이 특징은 인간 ABO와 FUT2 유전자형에 의해 공동으로 결정됩니다. 이 연관성은 탄자니아 코호트에서도 재현되었습니다. 실험실 실험에서는 GalNAc가 ...