이제는 전체 16S rRNA 서열을 봐야하지 하지 않을까? 하는 얘기

마이크로바이옴 분석을 할 때 매번 나오는 얘기로 16S rRNA에서 V3-V4  영역만으로 괜찮겠냐, full 16S rRNA봐야하는거 아니냐? whole sequencing해야하는거 아니냐 라는 내용의 논문이 있엇 한번 가져와봤씁니다.

2019년에 출판된 "Evaluation of 16S rRNA gene sequencing for species and strain-level microbiome analysis" 종/strain 수준의 16s RNA 서열 평가에 대한 내용 되겠습니다.

DOI: doi.org/10.1038/s41467-019-13036-1

16S rRNA는 박테리아 분석, microbiome 분석 시 주로 사용해오고 있고, 지금도 활발히 사용되고 있는 분석 방법 이지만, 지금까지는 V3-V4 영역만을 대상으로하는 방법이었고, 이제는 전체 16S rRNA를 확인하는 것에 대해서 얘기해봐야 하는 시점이 되었죠.

이전까지 16S의 V3-V4 영역으로 구분이 안되는 종들이 있었고, 지금까지 하던 분변 마이크로바이옴은 모르겠다만, 다른 환경의 마이크로바이옴을 할때는 V4-V5가 더 좋아보이는데 너님들의 생각은 어때? 라는 논문이 꾸준히 나오는거 봐선 이제 전장 16S rRNA 방법이 두각을 나타날때가 되긴했죠 :)

바드에 물어보니 다음과 같이 요약해 주었습니다.

• 16S rRNA 유전자 시퀀싱은 미생물군집 내의 다양한 종과 균주를 식별하고 그들의 풍부도를 정량화하는 데 사용할 수 있습니다.
• 또한 미생물군집의 구성 변화를 추적하는 데 사용할 수 있습니다.
• 그러나 16S rRNA 유전자 시퀀싱은 균주 수준에서 정확도가 떨어질 수 있으며, 유사한 종을 구분하기 어려울 수 있습니다.
• 16S rRNA 유전자 시퀀싱의 정확도는 향상되고 있으며, 미생물군집을 연구하는 연구자들에게 유용한 도구입니다.

다른 미생물군집 분석 방법으로는 샷건 메타지놈 분석과 whole-genome 시퀀싱이 있지만 이 방법들은 16S rRNA 분석 방법보다 돈도 많이 들고, 시간도 더 많이 소요되니 너님이 궁금해하는게 무엇인지에 따라 선택해야하지 않겠니?

정도로 잘 요약해 줬습니다.V3-V4 수준이 아닌 고품질의 full 16S rRNA 데이터를 확보할 수 있으니 이제 V3-V4, V4-V5와 같은 좁은 영역이 아닌 full 16S rRNA로 microbiome 분석을 진행하는것이 좋아보이고, 이제 충분히 품질이나 비용이 만족할 수준까지 왔으니 더 나은 결과를 위해서 나와 함께 해보지 않겠는가? 라는 내용 되겠습니다.

출처: @ye._.vely618

16S rRNA에서 V3/4와 V4/5는 대체 얼마나 다르지?

정확히 얘기하자면 북극해의 해양 생태계의 미생물 군집을 연구할 때는 16S rRNA의 어느 variable region을 사용하는게 좋을까? 되겠습니다.

Comparison of Two 16S rRNA Primers (V3–V4 and V4–V5) for Studies of Arctic Microbial Communities

doi: 10.3389/fmicb.2021.637526

예전부터 microbiome, metagenome연구할 때 항상 언급되는 내용이긴 합니다.
엄밀히 얘기하면

1. 박테리아 genome full sequence가 제일 좋아요
2. 안되면 full lenght 16S rRNA가 좋아요
3. 안되면 그냥 본인이 이거다 싶은거 쓰세요. 다른사람이 무엇을 쓰든지

여튼 이 논문은 빠른 온난화로인해 북극해의 해양 생태계가 어떻게 변화하는지 확인해보고자 1년여동안 모니터링한/샘플링한 데이터를 분석해봤는데, 지금까지 우리가 대중적으로 사용하고 있었던 16S rRNA의 V34가 진짜 golden standard인가? 우리 한번 생각해봐야하지 않겠나? 아니면 적어도 북극해의 미생물 분석 할 때는 (우리가 해봤을때는) 16S rRNA의 V34보다는 V45가 더 적합한것 같아요를 얘기하고 있는 논문되겠습니다.

여기서 얘기하고 있는 16S rRNA의 V34는 어디고 V45는 어디냐?

16S rRNA는 >여기< 참고하시면 잘 나와있습니다. 그리고 그중 V34와 V45는 어디냐?

V34는 341(F)에서 785(R)까지, V45는 515(F-Y)에서 926(R)까지라고 하네요

사실 범용적으로 사용하는 primer 위치들이 연구팀들마다 100% 동일하지는 않습니다. 살짝씩 다를 수 있으니 이 부분도 잘 확인하시면 좋을 것 같습니다.

그 이유는 이 논문에서도 언급되었듯이 지금까지 지금까지 연구가 잘 되어오지 않았던 곳(여기서는 북극해)에서는 어떤 variable region이 종들을 더 잘 구분하는지, 어떤 범용 primer set이 더 잘 작동하는지 정확히 모르기 때문에 그렇습니다. 반대로 사람의 대변, 구강과 같이 이미 수년동안 연구를 통해 실험 방법이 정립된 경우에는 그냥 기존 방법대로 하시면 되겠습니다.

그래서 이 논문의 결론은 북극해와 같이 아직 생태계가 연구되지 않은 환경에 대해서 미생물 군집 연구를 위해서는 V45 primer set을 사용하는 것이 좋다고 하였습니다.

근데 진짜 그럴까요?

논문에서도 나오지만 결론에서 북극해의 미생물 군집 연구를 위해서는 V45가 좋은데, 그 이유가 다른 미생물 군집 검출에 영향을 끼치지 않기 때문이고, archaea도 검출 가능하기 때문인데, V45와 함께 V34를 혼용해서 사용하면 더 좋지 않을까하는 생각이네요

그리고 사족으로 일부 샘플에서 현미경으로 셀 카운팅을 했는데 그 결과가 NSG와 차이가 있었고, 그 이유가 현미경 정량의 한계라고 얘기를 하였지만 꼭 그럴까하는 생각도, NGS의 한계일 수 도 있다는 생각은 >여기<를 보시면 알게 된다는..

그럼 다시 또 재미있는 이야기거리를 가져와 보도록 하겠습니다.

출처: @ye._.vely618