KR20110066018A - Analysing methods of bacteria community using 16s rdna-dgge and real-time pcr - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for analyzing bacteria community using 16S rDNA-DGGE and real-time PCR is provided to minimize analysis error. CONSTITUTION: A method for analyzing bacteria community using 16S rDNA-DGGE and real-time PCR comprises: a step of performing PCR amplification using 0.25-0.375 mM of dNTP concentration; or a step of performing real-time PCR using bacteria DNA as a template and primers; a step of performing DGGE of PCR products to measure PCR band intensity; and a step of calculating ratio of bacteria species based on the number and intensity of the bands.

Description

16S rDNA-DGGE와 real-time PCR 증폭을 이용한 세균군집 분석법 {Analysing methods of bacteria community using 16S rDNA-DGGE and real-time PCR}Analytical methods of bacteria community using 16S rDNA-DGGE and real-time PCR} using 16S rDNA-DVE and PCR-amplification PCR

본 발명은 16S rDNA-DGGE와 real-time PCR 증폭을 이용한 세균군집 분석방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 세균들의 16S rDNA의 PCR 증폭과 변성구배 젤 전기영동(DGGE)을 이용한 세균군집 분석에 있어서, 상기 PCR 증폭에 있어서, dNTP 농도를 0.25 내지 0.375 mM로 하거나, 상기 PCR 증폭에 있어서, real-time PCR을 이용하여 PCR 반복수를 PCR 증폭의 변곡점으로 하거나, 또는 상기 DGGE에 있어서, DGGE 젤의 아크릴아미드/비스의 농도를 12% 내지 14%의 조건들 중 하나 이상을 적용하는 것을 특징으로 하는 세균군집 분석방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for analyzing bacterial populations using 16S rDNA-DGGE and real-time PCR amplification, and more specifically, in bacterial colonization analysis using PCR amplification and modified gradient gel electrophoresis (DGGE) of bacteria. In the PCR amplification, the concentration of dNTP is 0.25 to 0.375 mM, or in the PCR amplification, the number of PCR repetitions is the inflection point of the PCR amplification using real-time PCR, or the acrylic of the DGGE gel in the DGGE. And a concentration of amide / bis of at least one of 12% to 14% of the conditions.

세균군집의 구조는 종 수와 각 종이 그 군집 내에서 차지하는 비율로 표현된다. 이러한 두 가지 요소를 파악하기 위해 16S rDNA DGGE와 같은 분석법이 빈번히 사용된다. 그러나 많은 요인들이 이 두 가지 요소를 왜곡시킬 수 있음이 보고되어 있다. PCR 산물들의 비율이 1:1로 수렴되는 현상 (Suzuki and Giovannoni, 1996), PCR 과정에서 프라이머의 결합에너지 차이 (Polz and Cavanaugh, 1998), 또는 염기서열 불일치 (Hongoh et al., 2003)에 따른 특정 염기서열의 편향 증폭 현상, PCR 및 클로닝 과정에서 서로 유사한 염기서열들의 미세변화 현상 (Speksnijder et al., 2001), 서로 다른 염기서열들이 DGGE 젤 상에서 같은 위치로 이동하는 현상 (Vallaeys et al., 1997), DGGE 젤 상에서 헤테로듀플렉스(heteroduplex) 분자로 인한 밴드의 추가 발생 (Ferris and Ward, 1997), 한 종의 염기서열에서 두 개의 DGGE 밴드가 발생하는 현상 (Zhu et al., 1997) 등이 보고되어 있다. 이러한 여러 가지 요인들이 16S rDNA DGGE 분석에 미치는 영향을 정확히 평가하기 위해서는 다양한 세균의 16S rDNA를 특정 비율로 혼합한 것을 시료로 16S rDNA PCR을 수행하여 그 결과를 분석해야 하지만 이러한 분석을 수행한 예는 매우 적다. 선행 연구에서, 본 발명자들은 대표적인 토양세균의 16S rDNA를 동일한 카피 수로 혼합하고 16S rDNA DGGE를 수행했을 때, 프라이머와 16S rDNA 간의 염기서열 불일치에 의해 특정 16S rDNA가 DGGE 젤 상에서 나타나지 않았음을 보였으며 프라이머가 각 염기서열들과 1개의 염기서열 불일치를 갖도록 디자인함으로써 이 문제를 해결할 수 있었다(Ahn et al., 2006).The structure of a bacterial community is expressed by the number of species and the proportion of each species within that community. An assay such as 16S rDNA DGGE is frequently used to identify these two factors. However, it is reported that many factors can distort these two factors. The ratio of PCR products to 1: 1 convergence (Suzuki and Giovannoni, 1996), the binding energy difference of primers during PCR (Polz and Cavanaugh, 1998), or sequence mismatch (Hongoh et al., 2003) Bias amplification of specific sequences, micro-changes of similar sequences during PCR and cloning (Speksnijder et al., 2001), shifting of different sequences to the same position on the DGGE gel (Vallaeys et al., 1997), further generation of bands due to heteroduplex molecules on DGGE gels (Ferris and Ward, 1997), and the occurrence of two DGGE bands in one sequence (Zhu et al., 1997). Reported. In order to accurately evaluate the effects of these various factors on 16S rDNA DGGE analysis, 16S rDNA PCR should be performed on a sample containing a mixture of 16S rDNA of various bacteria, and the results analyzed. Very few In a previous study, we showed that when 16S rDNA of representative soil bacteria were mixed with the same copy number and 16S rDNA DGGE was performed, a specific 16S rDNA did not appear on the DGGE gel due to sequence mismatch between the primer and 16S rDNA. This problem could be solved by designing the primers to have one base sequence mismatch with each base sequence (Ahn et al., 2006).

본 발명에서는 기존의 DGGE 방법의 여러 가지 오류의 원인을 규명함으로써 DGGE 젤에 나타나는 DNA 밴드 퍼짐(DNA band smear)을 줄이고, 세균군집을 정성적, 정량적으로 정확하게 검출 분석할 수 있는 새로운 DGGE 기법을 개발하였다.In the present invention, by identifying the causes of various errors of the existing DGGE method, it is possible to reduce the DNA band smear appearing in the DGGE gel and develop a new DGGE technique that can detect and analyze the bacterial community qualitatively and quantitatively and accurately. It was.

따라서, 본 발명의 주된 목적은 PCR 프라이머의 최적화, dNTP 농도 최적화, 아크릴아미드/비스 농도 최적화 및 real-time PCR 반복수의 최적화를 통해 세균군집을 정성적, 정량적으로 정확하게 검출할 수 있는 16S rDNA-DGGE와 real-time PCR 증폭을 이용한 세균군집 분석방법을 제공하는 데 있다.Therefore, the main object of the present invention is 16S rDNA- which can detect the bacterial population qualitatively and quantitatively through optimization of PCR primer, optimization of dNTP concentration, optimization of acrylamide / bis concentration and optimization of real-time PCR repeats. It is to provide a bacterial community analysis method using DGGE and real-time PCR amplification.

본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 세균들의 16S rDNA의 PCR 증폭과 변성구배 젤 전기영동(DGGE)을 이용한 세균군집 분석에 있어서, 하기 조건들 중 하나 이상을 적용하는 것을 특징으로 하는 세균군집 분석방법을 제공한다:According to an aspect of the present invention, the present invention provides a bacterial community characterized by applying one or more of the following conditions in bacterial community analysis using PCR amplification and denaturation gradient gel electrophoresis (DGGE) of bacteria 16S rDNA. Provide an analysis method:

a) 상기 PCR 증폭에 있어서, dNTP 농도를 0.25 내지 0.375 mM로 하거나,a) in the PCR amplification, the dNTP concentration is 0.25 to 0.375 mM, or

b) 상기 PCR 증폭에 있어서, Rreal-time PCR을 이용하여 PCR 반복수를 PCR 증폭의 변곡점으로 하거나, 또는b) In the PCR amplification, the PCR repetition number is used as the inflection point of the PCR amplification using Rreal-time PCR, or

c) 상기 DGGE에 있어서, DGGE 젤의 아크릴아미드/비스의 농도를 12% 내지 14%로 한다.c) In the DGGE, the concentration of acrylamide / bis in the DGGE gel is 12% to 14%.

본 발명에서 사용된 상기 ‘변성구배 젤 전기영동(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis)’ 분석법의 원리는 전기영동 시 젤 내에 존재하는 변성제의 농도구배에 따른 핵산의 이중나선 구조와 변성 구조, 즉 염기서열이 가지는 Tm(melting temperature) 값의 차이에 의해 핵산의 이동속도가 달라지는 점을 이용한 것이다. 따라서 낮은 농도의 변성제를 가지는 젤 상단에서는 낮은 Tm 값을 가진 DNA가 검출되어지며, 높은 농도의 변성제를 가지는 젤 하단에서는 높은 Tm 값을 가진 DNA가 검출되게 된다. 이 때 서로 다른 염기서열을 가진 DNA가 각기 다른 위치에서 밴드를 형성하므로 염기서열의 n값이 증가할수록 밴드의 수는 늘어나게 되고 동일한 염기서열이 많아질수록 나타나는 밴드의 명도가 증가하게 된다. 그러므로 전체적인 DNA에 대한 수적 및 양적 변화를 하나의 젤(gel) 상에서 관찰할 수 있는 장점이 있다. The principle of the 'Denaturing Gradient Gel Electrophoresis' assay used in the present invention is that the double helix structure and denaturation structure of the nucleic acid according to the concentration gradient of the denaturant present in the gel during electrophoresis, that is, the base sequence By using the difference in the Tm (melting temperature) value of the movement speed of the nucleic acid is used. Therefore, DNA having a low Tm value is detected at the top of the gel having a low denaturant, and DNA having a high Tm value is detected at the bottom of the gel having a high denaturant. In this case, since DNAs having different nucleotide sequences form bands at different positions, the number of bands increases as the n-value of the nucleotide sequence increases, and the brightness of the band appears as the number of identical nucleotide sequences increases. Therefore, there is an advantage that the numerical and quantitative changes to the overall DNA can be observed on one gel.

종래 세균군집 분석에 사용되어 오던 16S rDNA DGGE 분석과정은 다양한 요인에 의해 여러 오류가 발생할 수 있고 이로 인해 세균 군집구조의 분석결과를 왜곡시킬 수 있었다. 본 발명은 이러한 종래 세균분석을 위한 16S rDNA DGGE 분석기법에서 오류의 원인을 찾고 이를 해결하는 방안을 연구하여, 분석결과의 오류를 최소화할 수 있는 방법을 개발하였다.The 16S rDNA DGGE analysis process, which has been used in the conventional bacterial community analysis, may cause various errors due to various factors, thereby distorting the analysis result of the bacterial community structure. The present invention has been developed a method for minimizing the error of the analysis result by studying the method of finding the cause of the error in the 16S rDNA DGGE analysis method for conventional bacteria analysis and solving it.

본 발명에서, 상기 a)조건은 16S rDNA의 PCR 증폭에서 dNTP의 농도를 최적화함으로서 세균군집 분석결과의 오류를 최소화시킬 수 있다. 본 발명의 실험결과 2에서는, 0.2 내지 0.4 mM의 dNTP 농도에서 개별적으로 PCR 증폭하고 그에 따른 밴드 밝기를 비교하여 상기 범위에서 dNTP 농도의 증가가 DNA 폴리머레이즈 오류를 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 본 발명에서는 상기 dNTP 농도 범위 중 0.25 내지 0.375 mM이 바람직한 dNTP 농도로 판단하였는데, 이는 상기 dNTP 농도 범위에서 0.375 mM 이상 증가시킬 경우 PCR 반응에 심각한 저해가 나타났기 때문이다. 가장 바람직하게는 0.325 mM이다 (도 3 참조).In the present invention, the condition a) may minimize errors in the bacterial population analysis result by optimizing the concentration of dNTP in PCR amplification of 16S rDNA. In Experiment 2 of the present invention, PCR amplification was performed separately at a dNTP concentration of 0.2 to 0.4 mM, and compared with the resulting band brightness, it was confirmed that the increase in the dNTP concentration in the above range can reduce the DNA polymerase error. In the present invention, 0.25 to 0.375 mM of the dNTP concentration range was determined to be the preferred dNTP concentration, because when the increase in the dNTP concentration range of 0.375 mM or more showed a severe inhibition on the PCR reaction. Most preferably 0.325 mM (see FIG. 3).

본 발명에서, 상기 b)조건은 PCR 증폭에 있어서 PCR 반복수를 결정하는 방법으로서 PCR 증폭의 변곡점을 이용하는 것인데, 본 발명의 실험결과 4에서 최적의 dNTP 농도 0.325 mM에서 PCR 증폭을 변곡점까지 수행했을 때, 4종 밴드의 상대적인 밝기는 0.95~1.05로서 가장 균일한 밴드 밝기를 나타났으므로 이 조건을 최적 조건으로 선택하였다 (도 6 참조).In the present invention, the condition b) is to use the inflection point of the PCR amplification as a method for determining the number of PCR repeats in PCR amplification. In Experiment 4 of the present invention, PCR amplification was performed to the inflection point at an optimal dNTP concentration of 0.325 mM. When the relative brightness of the four bands was 0.95 to 1.05, the most uniform band brightness was shown, and this condition was selected as the optimal condition (see FIG. 6).

본 발명에서, 상기 c)조건은 DGGE 젤의 이크릴아미드/비스의 농도를 최적화함으로서 세균군집 분석결과의 오류를 최소화시킬 수 있다. 본 발명의 실험결과 3에서는, DGGE 젤의 아크릴아미드/비스의 농도를 증가시킴으로써 부분적 멜팅이 일어나는 DNA의 길이를 감소시켜 밴드간 분리를 향상시키는 것을 확인하였다 (도 4 참조).In the present invention, the c) condition can minimize the error of the bacterial population analysis results by optimizing the concentration of the diacrylamide / bis of the DGGE gel. In Experiment 3 of the present invention, it was confirmed that by increasing the concentration of acrylamide / bis of the DGGE gel to reduce the length of the DNA in which partial melting occurs to improve the separation between bands (see Figure 4).

본 발명의 세균군집 분석방법에서, i) 세균들의 16S rDNA를 특이적으로 PCR 증폭할 수 있는 프라이머를 준비하는 단계; ii) 세균들의 DNA를 주형으로 하고 상기 프라이머를 이용하여 real-time PCR을 수행하는 단계; iii) 상기 PCR 산물을 DGGE에서 전기영동하여 밴드들의 강도(intensity)를 측정하는 단계; 및 iv) 상기 밴드들의 개수와 강도를 기초로 세균들의 종수와 각종이 그 군집 내에서 차지하는 비율을 계산하는 단계를 포함하는 세균군집 분석방법인 것을 특징으로 한다.In the bacterial colony analysis method of the present invention, i) preparing a primer capable of specifically PCR amplifying 16S rDNA of bacteria; ii) using DNA of bacteria as a template and performing real-time PCR using the primers; iii) electrophoresis of the PCR product in DGGE to measure the intensity of the bands; And iv) characterized in that the bacterial population analysis method comprising the step of calculating the number of species and the number of bacteria occupy in the community based on the number and intensity of the bands.

본 발명의 세균군집 분석방법에서, 상기 PCR 증폭에서 세균들의 서로 다른 16S rDNA의 표적부위 서열에 상보적인 두 쌍의 프라이머를 이용하여 두 개의 PCR 증폭을 각각 수행한 후 증폭산물들을 동일한 부피로 혼합하여 DGGE 시료를 만드는 것이 바람직하다. 본 발명의 실험결과 5에서는, 상기 본 발명의 최적화 조건에서는 하나의 프라이머를 이용하여 하나의 PCR 증폭을 수행할 경우 세균들의 서로 다른 16S rDNA의 표적부위 서열을 효과적으로 증폭하지 못하였다. 따라서 한 시료에 16S rDNA의 표적부위 서열에 상보적인 두 쌍의 프라이머를 이용하여 두개의 PCR 증폭을 수행함으로서 표적부위 서열을 효과적으로 증폭할 수 있었다.In the bacterial colony analysis method of the present invention, two PCR amplifications are performed using two pairs of primers complementary to target region sequences of different 16S rDNA of bacteria in the PCR amplification, and then amplification products are mixed in the same volume. It is desirable to make a DGGE sample. In Experimental Result 5 of the present invention, in the optimization condition of the present invention, when one PCR amplification was performed using one primer, the target site sequences of different 16S rDNAs of bacteria could not be effectively amplified. Therefore, by performing two PCR amplifications using two pairs of primers complementary to the target region sequence of 16S rDNA in one sample, the target region sequence could be effectively amplified.

본 발명의 세균군집 분석방법에서, 상기 세균들은 OP11, Verrucomicrobia, Bacteroidetes, Gammaproteobacteria, Actinobacteria 및 Genebank accession no. AY930457의 16S rDNA를 갖는 세균 등의 대표 토양세균을 포함한 다양한 환경시료의 세균군집을 대상으로 한다. 상술한 바와 같이, 16S rDNA-DGGE와 real-time PCR을 통해 환경시료에 포함된 다양한 세균군집을 분석할 수 있으며, 특히 본 발명의 실시예에서는 상기 대표 토양세균들을 이용하여 16S rDNA-DGGE 분석기법의 최적화 방법을 개발하고 분석결과의 오류를 최소화하였다.In the bacterial colony analysis method of the present invention, the bacteria are OP11, Verrucomicrobia, Bacteroidetes, Gammaproteobacteria, Actinobacteria and Genebank accession no. This study is aimed at bacterial community of various environmental samples including representative soil bacteria such as bacteria having AY930457 16S rDNA. As described above, 16S rDNA-DGGE and real-time PCR can be used to analyze various bacterial populations included in environmental samples. In particular, in the embodiment of the present invention, 16S rDNA-DGGE analysis method using the representative soil bacteria. We developed an optimization method and minimized the error of the analysis result.

본 발명에서, 상기 세균들의 16S rDNA를 특이적으로 PCR 증폭할 수 있는 프라이머는 서열번호 3의 F352AT 프라이머 및 서열번호 4의 F352TA 프라이머인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 F352AT 및 F352TA 프라이머는 E. coli 16S rDNA 염기서열을 기준으로 353-514 영역을 증폭할 수 있으며, 리버스 프라이머로 서열번호 5의 515r 프라이머를 사용한다. 상기 프라이머는 E. coli 16S rDNA 염기서열 340과 349에서 염기가 A와 T(AT 타입), 또는 T와 A(TA 타입)인 경우로, 표 3에서와 같이 토양세균은 대부분 이러한 두 타입이 90% 이상을 차지하므로 토양세균의 16S rDNA에 특이적인 프라이머로서 사용할 수 있다. 또한 16S rRNA 유전자는 계통분류학상 염기서열의 차이점이 적은(conserved) 영역으로서 이 유전자를 대상으로 하는 본 발 명의 세균군집 분석방법은 많은 수의 미생물을 대상으로 군집분석을 수행할 수 있다.In the present invention, primers capable of specifically PCR amplifying the 16S rDNA of the bacteria are characterized in that the F352AT primer of SEQ ID NO: 3 and F352TA primer of SEQ ID NO: 4. The F352AT and F352TA primers of the present invention can amplify a 353-514 region based on the E. coli 16S rDNA nucleotide sequence, and use the 515r primer of SEQ ID NO: 5 as a reverse primer. The primer is a case in which the bases are A and T (AT type) or T and A (TA type) in E. coli 16S rDNA sequences 340 and 349. As shown in Table 3, most soil bacteria are 90 Since it accounts for more than%, it can be used as a primer specific for 16S rDNA of soil bacteria. In addition, the 16S rRNA gene is a conserved region of the phylogenetic sequence, and the bacterial community analysis method of the present invention targeting the gene can perform a cluster analysis on a large number of microorganisms.

본 발명에서, 16S rDNA의 real-time PCR 증폭 시, 세균들의 16S rDNA를 특이적으로 PCR 증폭할 수 있는 프라이머로서 상기 서열번호 3의 F352AT 프라이머 및 서열번호 4의 F352TA 프라이머를 사용하였을 때 가장 정확하게 세균군집을 검출할 수 있었다 (표 3과 도 8참조).In the present invention, when the real-time PCR amplification of 16S rDNA, the bacterium was most accurately used when the F352AT primer of SEQ ID NO: 3 and the F352TA primer of SEQ ID NO: 4 were used as primers capable of PCR amplifying 16S rDNA of bacteria. Clusters could be detected (see Table 3 and FIG. 8).

본 발명의 실험결과 5에서는, 상기 세균들의 TA 타입 및 AT 타입 16S rDNA 모두를 동일한 효율로 증폭하기 위하여 상기 프라이머들을 각각 이용하여 두 개의 PCR 증폭을 각각 수행한 후 증폭산물들을 동일한 부피로 혼합하여 DGGE 시료를 만들었다. 이러한 두 개의 프라이머 및 PCR 반응을 사용하는 방법이 시료의 미생물 군집 구조를 잘 반영할 수 있음을 증명하였다 (도 8 참조). 도 8은 DGGE 젤에서 상기 토양세균의 16S rDNA를 나타내는 6개 밴드의 상대적인 밝기를 보여준다. 각 밴드의 상대적인 밝기는 대체로 시료내의 16S rDNA 간의 농도 순서대로 나타나, 본 발명에서 제시한 방법이 시료의 본래 미생물 군집 구조를 잘 반영할 수 있음을 나타내었다.In the experimental result 5 of the present invention, in order to amplify both the TA type and AT type 16S rDNA of the bacteria with the same efficiency, each of the two PCR amplification using the primers, respectively, and then mixed the amplification products in the same volume DGGE Samples were made. It was demonstrated that the method using these two primers and the PCR reaction can well reflect the microbial community structure of the sample (see FIG. 8). FIG. 8 shows the relative brightness of six bands representing 16S rDNA of the soil bacteria in DGGE gels. The relative brightness of each band is generally shown in the order of concentration between 16S rDNA in the sample, indicating that the method proposed in the present invention can well reflect the original microbial community structure of the sample.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These embodiments are only for illustrating the present invention, and thus the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.

실시예 1. DNA 정량Example 1 DNA Quantitation

DNA의 상대적인 양은 에티디움 브로마이드(EtBr)로 염색된 아가로즈 또는 아크릴아미드/비스 젤에서 나타나는 밴드 밝기로부터 추정하였다. 밴드 밝기의 측정은 Bionumerics softaware version 4.00(Applied Maths)을 이용하였다. 경우에 따라서 밴드 밝기는 평균 밴드 밝기에 대한 상대적인 밝기로 나타내었다. 상대적인 밝기가 0.9~1.1의 범위에 있을 경우, 각 밴드들은 모두 같은 양의 DNA를 갖는 것으로 간주하였다. 이는 동일한 시료를 아가로즈 젤에서 전기영동 했을 때 나타난 결과를 근거로 한 것이다.Relative amounts of DNA were estimated from the band brightness seen in agarose or acrylamide / bisbis stained with ethidium bromide (EtBr). The band brightness was measured using Bionumerics softaware version 4.00 (Applied Maths). In some cases, the band brightness is expressed as the brightness relative to the average band brightness. When relative brightness was in the range of 0.9 to 1.1, each band was considered to have the same amount of DNA. This is based on the results obtained when the same sample was electrophoresed on agarose gel.

실시예 2. 16S rDNA 염기서열Example 2. 16S rDNA sequence

본 발명에서 사용된 16S rDNA 염기서열을 하기 표 1에 나타내었다. PCR에 사용된 16S rDNA는 다음의 방법으로 조제하였다. 세균 또는 환경시료에서 얻은 DNA를 프라이머 27mf(5'-AGAGTTTGATCMTGGCTCAG-3': 서열번호 1)와 1492r(5'-GGYTACCTTGTTACGACTT-3': 서열번호 2)을 이용하여 PCR 증폭한 후 추출키트(QIAquick gel extraction kit, QIAGEN)를 이용하여 정제하였다. 정제된 DNA를 벡터(pGEM-T Easy vector, Promega)를 이용하여 클로닝한 후 추출키트(Accuprep plasmid mini extraction kit, Bioneer)를 이용하여 플라스미드 DNA를 추출하였다. 추출한 플라스미드 DNA는 제한효소를 이용하여 선형으로 만들었다. S1, S2, S3, S4, S5는 ScaI(Takara)으로 처리했으며 S6은 SphI(Takara)으로 처리하였다. 선형으 로 변환된 DNA는 다시 추출키트(QIAquick gel extraction kit, QIAGEN)을 이용하여 정제하였으며 각각의 DNA는 위에서 제시한 방법을 이용하여 모두 동일한 양이 되도록 조절하였다. 분광법을 이용해 DNA 농도를 미리 측정해 둔 표준용액과 비교한 결과 각 DNA의 농도는 38.5±3.2 μg/ml였다.16S rDNA nucleotide sequence used in the present invention is shown in Table 1 below. 16S rDNA used for PCR was prepared by the following method. DNA obtained from bacteria or environmental samples was PCR amplified using primers 27mf (5'-AGAGTTTGATCMTGGCTCAG-3 ': SEQ ID NO: 1) and 1492r (5'-GGYTACCTTGTTACGACTT-3': SEQ ID NO: 2), followed by extraction kit (QIAquick gel). Purification using an extraction kit (QIAGEN). The purified DNA was cloned using a vector (pGEM-T Easy vector, Promega) and plasmid DNA was extracted using an Accuprep plasmid mini extraction kit (Bioner). The extracted plasmid DNA was linearized with restriction enzymes. S1, S2, S3, S4, S5 were treated with ScaI (Takara) and S6 was treated with SphI (Takara). The linearly converted DNA was again purified using the QIAquick gel extraction kit (QIAGEN) and each DNA was adjusted to the same amount using the method presented above. The concentration of each DNA was 38.5 ± 3.2 μg / ml as a result of spectroscopy comparing the DNA concentration with the standard solution.

[표 1]. 16S rDNA 염기서열TABLE 1 16S rDNA sequence

Figure 112009076458317-PAT00001
Figure 112009076458317-PAT00001

실시예 3. PCR 프라이머Example 3. PCR Primers

본 발명에 사용한 프라이머는 E. coli 16S rDNA의 염기서열을 기준으로 353-514 영역을 증폭한다. 포워드 프라이머와 이에 상응하는 16S rDNA 내의 염기서열을 하기 표 2에 나타내었다. 515r(5'-ACCGCGGCTGCTGGCAC-3': 염기서열 5) (Crump et al., 2004)을 리버스 프라이머로 사용하였다.The primer used in the present invention amplifies the 353-514 region based on the nucleotide sequence of E. coli 16S rDNA. The base sequence in the forward primer and the corresponding 16S rDNA is shown in Table 2 below. 515r (5'-ACCGCGGCTGCTGGCAC-3 ': nucleotide 5) (Crump et al., 2004) was used as a reverse primer.

[표 2]. 포워드 프라이머 및 이에 상응하는 16S rDNA 염기서열TABLE 2 Forward Primer and Corresponding 16S rDNA Sequence

Figure 112009076458317-PAT00002
Figure 112009076458317-PAT00002

실험에 사용된 16S rDNA들은 E. coli 16S rDNA 염기서열 번호 340과 349에서 염기서열이 A와 T인 경우(AT 타입)와 T와 A인 경우(TA 타입)로 분류된다. S1과 S2는 AT 타입이며 S3~S6은 TA 타입에 해당된다.The 16S rDNAs used in the experiments are classified into E. coli 16S rDNA SEQ ID NOs: 340 and 349, where the base sequences are A and T (AT type) and T and A (TA type). S1 and S2 are AT types, and S3 to S6 are TA types.

실시예 4. PCR 조건Example 4. PCR Conditions

특별히 명시하지 않는 한 PCR은 다음 조건에서 수행되었다. 총 PCR 혼합액의 부피는 50 μl였으며 여기에는 1.5 mM MgCl2를 포함하는 1×PCR 버퍼(Takara), 16S rDNA 시료 1 μl, 0.5 μM의 포워드 및 리버스 프라이머, 4종의 dNTP 각 0.2 mM(Takara), 2.5 U의 Taq DNA 폴리머레이즈(Takara)가 포함되었다. PCR 프로그램은 먼저 94℃에서 5분 후, 94℃에서 30초, 51℃에서 30초, 72℃에서 30초를 1 반복으로 하여 30 반복하였으며 마지막으로 72℃에서 30분 배양하였다. 마지막 단계에서 30분간 72℃로 유지한 이유는, 이후 DGGE 분석에서 이중 밴드가 생기는 것을 방지하기 위해서였다 (Janse et al., 2004).Unless otherwise specified, PCR was performed under the following conditions. The volume of the total PCR mixture was 50 μl, including 1 × PCR buffer (Takara) containing 1.5 mM MgCl 2 , 1 μl of 16S rDNA sample, 0.5 μM forward and reverse primer, 0.2 mM each of four dNTPs (Takara) , 2.5 U Taq DNA polymerase (Takara) was included. The PCR program was first repeated 5 minutes at 94 ° C., 30 seconds at 94 ° C., 30 seconds at 51 ° C., 30 seconds at 72 ° C., and repeated 30 times. The reason why it was kept at 72 ° C. for 30 minutes in the last step was to prevent the formation of double bands in DGGE analysis afterwards (Janse et al., 2004).

Real-time PCR에서는 상기 PCR 혼합액 조성 외에 1 mg/ml의 BSA(bovine serum albumin, Q-BIO Gene)과 0.5×SYBR Green I(Cambrex)이 첨가되었으며 Roche LightCycler 480 instrument(Roche)를 이용하여 수행하였다.In real-time PCR, 1 mg / ml BSA (bovine serum albumin, Q-BIO Gene) and 0.5 × SYBR Green I (Cambrex) were added in addition to the PCR mixture, and were performed using a Roche LightCycler 480 instrument (Roche). .

교정(proofreading) 기능이 있는 폴리머레이즈의 사용이 DGGE 분석에 미치는 영향을 조사하기 위하여 PhusionTM high-fidelity PCR kit(Finnzymes)가 사용되었으며, 제조사에 의해 측정된 이 폴리머레이즈의 에러율은 4.4×10-7 이었다. PCR 반응은 폴리머레이즈 외에는 위에서와 같은 PCR 혼합액 조성으로 총 부피 20 μl로 수행하였으며 PCR 프로그램은 제조사가 제시한 방법을 따랐다.The Phusion TM high-fidelity PCR kit (Finnzymes) was used to investigate the effect of using a polymerase with proofreading on DGGE analysis, and the error rate of the polymerase measured by the manufacturer was 4.4 × 10- . 7 was. The PCR reaction was carried out with a total volume of 20 μl with the PCR mixed solution composition as above except for polymerase, and the PCR program followed the method suggested by the manufacturer.

실시예 5. DGGE 분석Example 5 DGGE Analysis

DGGE 분석은 DCode mutation detection system(Bio-Rad)을 이용하였다. DGGE 젤의 아크릴아미드/비스 농도, 변성제(denaturant) 농도, 전기영동 시간은 도 4에 나타내었다. 그 결과 각각의 DGGE밴드 강도를 도 5에 나타내었다. 100%의 변성 제(denaturant)는 7 M의 요소(urea)와 40% (v/v)의 포름아마이드에 해당한다. 젤은 약 2시간 동안 굳혔으며 60V, 60℃로 0.5×TAE 버퍼에서 전기영동하였다. 전기영동 후 젤은 에티디움 브로마이드(0.75 μg/ml)로 염색하였으며 UV(302 nm)를 이용하여 관찰하였다.DGGE analysis was performed using the DCode mutation detection system (Bio-Rad). Acrylamide / bis concentration, denaturant concentration and electrophoresis time of the DGGE gel are shown in FIG. 4. As a result, each DGGE band strength is shown in FIG. 5. 100% denaturant corresponds to 7 M urea and 40% (v / v) formamide. The gel was cured for about 2 hours and electrophoresed in 0.5 × TAE buffer at 60V, 60 ° C. After electrophoresis, the gel was stained with ethidium bromide (0.75 μg / ml) and observed using UV (302 nm).

실험결과 1. DGGE 젤 상에서 밴드 밝기 차이의 감소Experimental Results 1.Reduction of Band Brightness Difference on DGGE Gel

실시예 1과 2에서 얻은 몇 종류의 16S rDNA 염기서열을 동일한 양으로 혼합한 후 이를 PCR 증폭하고 이 PCR 산물을 DGGE 분석했을 때, DGGE 젤의 하단부(변성제 농도가 높은 영역)에 나타나는 밴드의 밝기가 DGGE 젤의 상단부(변성제 농도가 낮은 영역)에 나타나는 밴드의 밝기보다 낮게 나타났다. 이는 실제 시료의 분석에서 정량적인 세균군집 분석을 어렵게 할 것이므로 이를 개선하기 위한 연구를 수행하였다. When several 16S rDNA sequences obtained in Examples 1 and 2 were mixed in the same amount, PCR amplification was performed, and the PCR product was subjected to DGGE analysis, and the brightness of the bands appearing in the lower part of the DGGE gel (high denaturant region). Was lower than the brightness of the band appearing at the top of the DGGE gel (low denaturant area). This will make it difficult to analyze quantitative bacterial populations in the analysis of the actual sample, so studies were conducted to improve it.

먼저 이러한 밴드 밝기의 차이가 16S rDNA 염기서열 간의 불균일한 PCR 증폭으로 인한 것인지 알아보기 위하여, 표 1에 나타난 6개의 16S rDNA 염기서열을 F352TA-515r (서열번호 3과 5) 또는 F352AT-515r (서열번호 4와 5)을 이용해 개별적으로 PCR 증폭한 후 아가로즈 젤 상에서 상대적인 밴드 밝기가 0.9~1.1이 되도록 조절하였다. 이 6개의 시료를 동일한 양으로 혼합한 후 DGGE 젤에 전기영동한 결과, 대체로 젤 하단부에서 상단부에 비해 밴드 밝기가 약하게 나타나는 것을 확인하였다 (도 1). 이는 밴드 밝기의 차이가 16S rDNA 염기서열 간의 불균일한 PCR 증폭에 의한 것이 아님을 나타낸다.First, to determine whether this difference in band brightness is due to non-uniform PCR amplification between 16S rDNA sequences, the six 16S rDNA sequences shown in Table 1 can be identified by F352TA-515r (SEQ ID NOs: 3 and 5) or F352AT-515r (SEQ ID NO: 6). PCR amplification using Nos. 4 and 5) was performed separately, and then adjusted so that the relative band brightness was 0.9-1.1 on the agarose gel. As a result of mixing the six samples in the same amount and electrophoresing the DGGE gel, it was confirmed that the band brightness was weaker than the upper part of the gel in general (FIG. 1). This indicates that the difference in band brightness is not due to heterogeneous PCR amplification between 16S rDNA sequences.

다음으로, 본 발명자들은 PCR 과정에서 발생하는 DNA 폴리머레이즈 오류와 PCR 산물의 멜팅 프로파일(melting profile)의 차이가 이러한 밴드 밝기의 차이를 유발한 것으로 가정하였다. PCR 증폭과정에서 Taq DNA 폴리머레이즈는 염기서열에 오류를 가진 PCR 산물들을 생성할 수 있고, 이러한 PCR 산물들은 DGGE 젤 상에서 정확한 염기서열을 가진 PCR 산물(주형과 정확히 같은 염기서열을 갖는 PCR 산물)들과 분리될 수 있음이 이전 연구에서 밝혀졌다 (Keohavong and Thilly, 1989). DNA 폴리머레이즈 오류를 가진 PCR 산물들은 정확한 염기서열을 가진 PCR 산물들과 DGGE 상에서 분리되어 DGGE 젤 상에서 분산될 것이고 이는 정확한 PCR 산물의 밴드 밝기를 약화시킬 것이다. 그렇다면 DGGE 젤의 하단부에 나타난 밴드들은 상단부에 나타난 밴드들보다 PCR 과정에서 더 많은 DNA 폴리머레이즈 오류가 발생했고, 이에 따라 하단부의 밴드 밝기가 더 약해졌다는 가정을 할 수 있다. 일반적으로 DGGE 젤의 하단부에 나타나는 PCR 산물들은 상단부에 나타나는 PCR 산물들에 비해 더 높은 GC (구아닌+사이토신) 함량을 갖고 있다 (표 1과 도 1 참조). 이는 GC 함량이 높을수록 DNA를 멜팅(melting)시키기 위해 더 높은 변성제 농도가 요구되기 때문이다. GC 함량이 높은 DNA는 더 많은 2차 구조를 갖게 되고 이러한 2차 구조는 PCR 증폭과정에서 DNA 폴리머레이즈 오류를 증가시키는 경향이 있다고 알려져 있다 (Loewen and Switala, 1995). PCR 증폭과정에서 16S rDNA 염기서열의 2차 구조를 감소시키기 위해 어닐링(annealing) 온도의 변화(55~65℃) 및 DNA 2차 구조를 감소시키는 것으로 알려진 베타인(betain)이나 DMSO (Shen and Hohn, 1992; Henke et al., 1997; Rees et al., 1993)의 첨가를 시도해 보았으나 밴드 밝기의 차를 감소하는 데는 효과가 없었다.Next, the inventors assumed that the difference between the DNA polymerase error occurring in the PCR process and the melting profile of the PCR product caused the difference in the band brightness. During PCR amplification, Taq DNA polymerase can produce PCR products with erroneous sequences, and these PCR products are PCR products (PCR products with exactly the same sequence as the template) with the correct sequence on the DGGE gel. It has been found in previous studies that it can be isolated from (Keohavong and Thilly, 1989). PCR products with DNA polymerase errors will be separated on the DGGE with PCR products with the correct sequence and dispersed on the DGGE gel, which will weaken the band brightness of the correct PCR product. The bands at the bottom of the DGGE gel then assume more DNA polymerase errors during PCR than the bands at the top, thus making the bottom band brighter. In general, PCR products appearing at the bottom of the DGGE gel have a higher GC (guanine + cytosine) content than PCR products appearing at the top (see Table 1 and FIG. 1). This is because the higher the GC content, the higher denaturant concentration is required to melt the DNA. It is known that DNAs with high GC content have more secondary structures, which tend to increase DNA polymerase errors during PCR amplification (Loewen and Switala, 1995). In order to reduce the secondary structure of the 16S rDNA sequence during PCR amplification, betaine or DMSO (Shen and Hohn) are known to decrease the annealing temperature (55-65 ° C) and reduce the DNA secondary structure. , 1992; Henke et al., 1997; Rees et al., 1993), but it was not effective in reducing the difference in band brightness.

상기 두 방법들이 성공하지 못함에 따라, 본 발명자들은 서로 다른 16S rDNA 간에 DNA 폴리머레이즈 오류가 발생하는 정도는 비슷하지만 DNA 멜팅 프로파일(melting profile)의 차이에 의해 정확한 염기서열을 가진 PCR 산물과 오류를 가진 PCR 산물이 분리되는 정도가 달라진다는 가정을 하였다. 도 1에 사용된 PCR 산물의 멜팅 프로파일을 도 2에 나타내었다. GC 클램프에 의해 발생되는 멜팅 영역(melting domain)을 제외하고 모든 PCR 산물들은 높은 멜팅 영역(higher melting domain, R1)과 낮은 멜팅 영역(lower melting domain, R2)으로 구성되어 있다. DGGE 젤 상에서 DNA의 이동속도는 DNA 멜팅에 의해 감소되고 DGGE 젤에서 멜팅이 일어나는 위치는 멜팅 영역의 염기서열에 의해 결정된다. DNA 멜팅은 낮은 멜팅 영역에서 먼저 일어난다. 이전 연구에서, DNA 멜팅 영역 간의 온도 차이가 1 ℃ 이하일 때만, 높은 멜팅 영역에 위치한 염기서열 변화를 DGGE 분석에 의해 검출할 수 있음이 밝혀졌다 (Wu et al., 1998). 이는 두 영역간의 온도차이가 적을 때만 낮은 멜팅 영역뿐만 아니라 높은 멜팅 영역에서도 멜팅이 일어나고, 이에 따라 이 영역의 염기서열이 DGGE 상에서 멜팅이 일어나는 위치에 영향을 주기 때문이다. 두 멜팅 영역 간의 온도차이가 크다면 낮은 멜팅 영역에서 멜팅이 일어났을 때 DNA는 더 이상 이동하지 못하게 되고 높은 멜팅 영역의 멜팅은 일어나지 않게 된다. 결국, 높은 멜팅 영역의 염기서열 변화는 DNA의 이동속도에 영향을 미치지 못하게 되어 이 영역의 염기서열 변화는 검출되지 못할 것이다.As these two methods do not succeed, the inventors have found that PCR polymerase errors between different 16S rDNAs are similar, but due to differences in DNA melting profiles, PCR products and errors with correct sequences can be identified. It is assumed that the degree of separation of the PCR products is different. Melting profiles of the PCR products used in FIG. 1 are shown in FIG. 2. Except for the melting domain (melting domain) generated by the GC clamp, all PCR products are composed of a higher melting domain (R1) and a lower melting domain (R2). The rate of DNA migration on the DGGE gel is reduced by DNA melting and the location of the melting on the DGGE gel is determined by the sequence of the melting region. DNA melting occurs first in the low melting region. In previous studies, it was found that only when the temperature difference between DNA melting regions is below 1 ° C., sequence changes located in high melting regions can be detected by DGGE analysis (Wu et al., 1998). This is because the melting occurs not only in the low melting region but also in the high melting region only when the temperature difference between the two regions is small, and thus the base sequence of this region affects the position where the melting occurs on the DGGE. If the temperature difference between the two melting regions is large, when melting occurs in the low melting region, the DNA no longer moves and the melting of the high melting region does not occur. As a result, the change in the nucleotide sequence of the high melting region does not affect the speed of DNA movement and thus the change in the nucleotide sequence of this region will not be detected.

PCR 과정에서 발생하는 DNA 폴리머레이즈 오류는 PCR 산물의 전 영역에서 랜덤하게 발생할 것으로 예상된다. 그렇다면 두 멜팅 영역 간의 온도차이가 적은 PCR 산물일수록 오류를 가진 PCR 산물들이 정확한 염기서열을 갖는 PCR 산물들과 분리되는 비율이 증가할 것이고, 이는 정확한 염기서열을 갖는 PCR 산물의 밝기를 더 낮추게 할 것으로 예상할 수 있다. 이러한 가정은 6개 PCR 산물들의 상대적인 밴드 밝기와 멜팅 영역간의 온도차이 사이의 밀접한 상관관계에 의해 뒷받침된다 (도 1의 B). 이를 선형회귀모델 적용 시 유의한 상관관계가 있음이 나타났다 (P = 0.00461).DNA polymerase errors that occur during PCR are expected to occur randomly over the entire region of the PCR product. Then, PCR products with a smaller temperature difference between the two melting regions will increase the rate at which the erroneous PCR products are separated from the PCR products with the correct sequences, which will lower the brightness of the PCR products with the correct sequences. You can expect it. This assumption is supported by the close correlation between the relative band brightness of the six PCR products and the temperature difference between the melting regions (FIG. 1B). There was a significant correlation between the linear regression models (P = 0.00461).

증폭 과정에서 발생되는 폴리머레이즈 오류를 감소시키기 위하여 교정(proofreading) 기능이 있는 PhusionTM DNA 폴리머레이즈를 이용하여 같은 실험조건으로 분석을 수행하였으나 밴드 밝기의 차이를 감소시키지 못하였다.In order to reduce the polymerase error generated during the amplification process, the analysis was performed under the same experimental conditions using PhusionTM DNA polymerase with proofreading function, but the difference in band brightness was not reduced.

실험결과 2. dNTP 농도가 DGGE 분석에 미치는 영향Experimental Results 2. Effect of dNTP Concentration on DGGE Analysis

교정 기능이 있는 DNA 폴리머레이즈가 밴드 밝기의 차이를 감소시키지 못했기 때문에, DNA 폴리머레이즈 오류를 감소시킬 수 있는 다른 요인들을 검토하였다. Eckert와 Kunkel은 PCR 반응액에서 MgCl2와 dNTP가 같은 몰농도로 존재할 때 폴리머레이즈 오류가 감소함을 발견하였다 (Eckert and Kunkel, 1990). 일반적인 PCR 조건에서는 1.5 mM의 MgCl2에서 각 dNTP 당 0.2~0.25 mM (총 0.8~1 mM dNTP)의 농도가 사용되며, 높은 농도의 dNTP는 유효 Mg2+ 농도를 감소시킴으로써 PCR 반응을 저해하 는 것으로 알려져 있다 (Sambrook and Russell, 2001). Since DNA polymerase with correction did not reduce the difference in band brightness, other factors that could reduce DNA polymerase error were examined. Eckert and Kunkel found that polymerase errors were reduced when MgCl 2 and dNTP were present in the same molar concentration in PCR reactions (Eckert and Kunkel, 1990). Under typical PCR conditions, concentrations of 0.2 to 0.25 mM (total 0.8-1 mM dNTP) per dNTP in 1.5 mM MgCl 2 are used. High concentrations of dNTP inhibit the PCR reaction by decreasing the effective Mg 2+ concentration. Known (Sambrook and Russell, 2001).

dNTP 농도가 밴드 밝기의 차이에 미치는 영향을 조사하기 위하여, S3과 S6을 여러 가지 dNTP 농도에서 개별적으로 PCR 증폭하였다. 특정 dNTP 농도에서 얻어진 두 종의 PCR 산물을 상대적인 밴드 밝기가 0.9~1.1이 되도록 조절한 후 동량으로 혼합하였다. 도 3은 dNTP 농도 변화에 따른 S6와 S3의 밴드 밝기의 비율 변화를 보여준다. 각 dNTP 농도가 0.2에서 0.4 mM로 증가함에 따라 S6와 S3의 밴드 밝기의 비율은 점점 1에 가까워졌으나 0.7을 넘지 못했다. 이는 dNTP 농도의 증가가 DNA 폴리머레이즈 오류를 감소시켰음을 나타낸다. 각 dNTP 농도를 0.375 mM 이상 증가시킬 경우 PCR 반응에 심각한 저해가 나타났기 때문에 더 높은 농도의 dNTP를 사용할 수 없었다.To investigate the effect of dNTP concentration on the difference in band brightness, S3 and S6 were PCR amplified separately at various dNTP concentrations. Two PCR products obtained at specific dNTP concentrations were adjusted to have a relative band brightness of 0.9-1.1 and then mixed in equal amounts. Figure 3 shows the change in the ratio of the band brightness of S6 and S3 with the change of dNTP concentration. As the concentration of each dNTP increased from 0.2 to 0.4 mM, the ratio of the band brightness of S6 and S3 became closer to 1 but did not exceed 0.7. This indicates that increasing dNTP concentration reduced DNA polymerase error. Higher concentrations of dNTP could not be used because increasing the concentration of each dNTP above 0.375 mM showed severe inhibition in the PCR reaction.

실험결과 3. 아크릴아미드/비스 농도가 DGGE 분석에 미치는 영향Experimental results 3. Effect of acrylamide / bis concentration on DGGE analysis

PCR 산물 간의 밴드 밝기의 차이가 멜팅 프로파일의 차이에서 온다는 상기 가설이 옳다면, 모든 PCR 산물에서 높은 멜팅 영역(R1)의 멜팅이 일어나지 않고 오직 낮은 멜팅 영역(R2)에서만 멜팅이 일어나게 함으로써 밴드 밝기의 차이를 감소시킬 수 있을 것이다. DGGE 분석에서 DNA의 이동속도가 감소하는 원인은 DNA의 부분적 멜팅에 의해 DNA의 부피가 증가하게 되고 그에 따라 아크릴아미드/비스 젤에 대한 접촉이 증가하기 때문이라고 생각된다. 그렇다면 DGGE 젤의 아크릴아미드/비스의 농도를 증가시킴으로써 부분적 멜팅이 일어나는 DNA의 길이를 감소시킬 수 있을 것으로 예상하였다.If the hypothesis that the difference in band brightness between PCR products comes from the difference in the melting profile is correct, then the melting of the high brightness area (R1) does not occur in all PCR products and only the low melting area (R2) causes melting to occur. You can reduce the difference. It is thought that the cause of the decrease in the DNA transfer rate in the DGGE analysis is due to the increase in the volume of the DNA due to partial melting of the DNA, thereby increasing the contact with the acrylamide / bis-gel. It was then expected that by increasing the concentration of acrylamide / bis in the DGGE gel, it was possible to reduce the length of the DNA where partial melting occurred.

이 가설을 확인하기 위하여, S1, S2, S3, S4, S5, S6을 각각 PCR 증폭한 후 상대적인 밴드 밝기를 0.9~1.1로 조정하였다. 이들 시료를 부피비로 1:1:1:1:1:1, 32:16:8:4:2:1, 및 1:2:4:8:16:32의 비율로 혼합한 후, 8%, 10%, 12%, 14% 아크릴아미드/비스 젤에서 각 밴드가 충분히 분리될 때까지 전기영동을 수행하였다 (도 4). 8~12% 아크릴아미드/비스 젤에서 1:1:1:1:1:1 시료를 전기영동한 경우 S5와 S6의 밴드 밝기가 다른 밴드 밝기의 절반 이하로 낮았다. 그러나 14% 아크릴아미드/비스 젤에서 전기영동한 경우 S2~S5의 상대적인 밴드 밝기는 0.8~1.0 사이로 나타났다 (도 5a). 32:16:8:4:2:1의 시료의 경우, 밴드 밝기가 대체로 본래의 순서대로 나타났다 (도 5b). 또한 1:2:4:8:16:32의 경우, 8~12% 아크릴아미드/비스 젤에서 S5의 밴드 밝기가 본래의 비율에 비해 감소하여 농도가 S5의 1/2인 S4의 밴드 밝기보다도 작거나 같았지만, 14% 아크릴아미드/비스 젤에서는 본래의 농도 순서를 회복하였다 (도 5c). In order to confirm this hypothesis, PCR amplification of S1, S2, S3, S4, S5, and S6, respectively, and the relative band brightness was adjusted to 0.9 to 1.1. These samples were mixed at a volume ratio of 1: 1: 1: 1: 1: 1, 32: 16: 8: 4: 2: 1, and 1: 2: 4: 8: 16: 32, followed by 8% Electrophoresis was performed until each band was sufficiently separated in, 10%, 12%, 14% acrylamide / bis gel (FIG. 4). Electrophoresis of 1: 1: 1: 1: 1: 1: 1 samples on 8-12% acrylamide / bisgel showed that the band brightness of S5 and S6 was lower than half of the other band brightnesses. However, when electrophoresis on 14% acrylamide / bis gel, the relative band brightness of S2 ~ S5 was between 0.8 ~ 1.0 (FIG. 5A). For the sample of 32: 16: 8: 4: 2: 1, the band brightnesses were generally in their original order (FIG. 5B). In addition, in the case of 1: 2: 4: 8: 16: 32, the band brightness of S5 in the 8-12% acrylamide / bis-gel decreases compared to the original ratio, so that the concentration of the band brightness of S4 having a concentration of 1/2 of S5 is reduced. Although small or equal, the original concentration order was restored in 14% acrylamide / bis gel (FIG. 5C).

정리하면, S5와 S6의 상대적으로 낮은 밴드 밝기는 14% 아크릴아미드/비스 젤에서만 회복될 수 있었다. 또한 아크릴아미드/비스의 농도 증가는 밴드 간 분리를 향상시키는 것으로 나타났다 (도 4).In summary, the relatively low band brightness of S5 and S6 could only be recovered in 14% acrylamide / bisgel. In addition, increasing concentrations of acrylamide / bis have been shown to improve interband separation (FIG. 4).

실험결과 4. 6종의 16S rDNA 혼합액을 시료로 사용했을 때 dNTP 농도와 PCR 반복수가 DGGE 분석에 미치는 영향Experimental Results 4. Effect of dNTP Concentration and PCR Repeat Count on DGGE Analysis Using Six 16S rDNA Mixtures as Samples

S3, S4, S5, S6의 1:1:1:1 혼합액을 시료로 하고 14% 아크릴아미드/비스를 DGGE 젤로 사용했을 때, dNTP 농도가 DGGE 분석에 미치는 영향을 평가하였다. 이 때 real-time PCR 시스템을 이용해 PCR 반복수가 DGGE 분석에 미치는 영향도 함께 평가하였다. 즉, PCR 반응을 PCR 증폭의 변곡점에 해당하는 반복수 또는 PCR 산물의 양이 더 이상 증가하지 않는 반복수에서 종료하였다. 도 6은 0.3 ~ 0.375 mM 각 dNTP 농도에서 PCR 증폭곡선을 나타낸다. PCR 산물의 양은 각 dNTP 농도가 0.35 mM 이상일 때 조금 감소하였다. 같은 조건으로 PCR을 다시 수행하여 21 반복 또는 35 반복에서 종료시킨 PCR 산물을 얻었다.When a 1: 1: 1: 1 mixture of S3, S4, S5, and S6 was used as the sample and 14% acrylamide / bis was used as the DGGE gel, the effect of dNTP concentration on the DGGE analysis was evaluated. At this time, the effect of PCR repeat count on DGGE analysis was also evaluated using real-time PCR system. That is, the PCR reaction was terminated at the number of repetitions corresponding to the inflection point of the PCR amplification or at the number of repetitions where the amount of PCR product no longer increased. Figure 6 shows the PCR amplification curve at 0.3 ~ 0.375 mM each dNTP concentration. The amount of PCR product slightly decreased when each dNTP concentration was above 0.35 mM. PCR was performed again under the same conditions to obtain a PCR product terminated in 21 or 35 replicates.

도 7은 상기 실험에서 얻은 PCR 산물을 DGGE 분석했을 때, S3, S4, S5, S6의 상대적인 밴드 밝기를 나타낸다. dNTP 농도가 증가함에 따라 S5와 S6의 상대적인 밴드 밝기는 증가하였으며 PCR 반복수의 증가는 S4의 상대적인 밝기를 감소시켰다. dNTP 농도 0.325 mM에서 PCR 증폭을 변곡점까지 수행했을 때, 4종 밴드의 상대적인 밝기는 0.95~1.05로서 가장 균일한 밴드 밝기를 나타내었다. 따라서 이 조건을 최적 조건으로 선택하였다.Figure 7 shows the relative band brightness of S3, S4, S5, S6 when the DGGE analysis of the PCR product obtained in the above experiment. As dNTP concentration increased, the relative band brightness of S5 and S6 increased, and the increase of PCR repeats decreased the relative brightness of S4. When PCR amplification was performed to an inflection point at a dNTP concentration of 0.325 mM, the relative brightness of the four bands was 0.95 to 1.05, showing the most uniform band brightness. Therefore, this condition was selected as the optimum condition.

실험결과 5. AT 타입과 TA 타입의 염기서열을 동일한 효율로 증폭하기 위해 한 시료 당 두 개의 PCR 증폭Experimental Results 5. Two PCR Amplifications per Sample to Amplify AT and TA Sequences with the Same Efficiency

본 발명자들은 이전 연구에서 AT 타입과 TA 타입의 16S rDNA 염기서열을 동일한 효율로 증폭하기 위해서는 각 타입의 염기서열과 1개의 염기서열 불일치를 갖는 프라이머 F352T (표 1)를 사용해야 함을 보였다 (Ahn et al., 2006). 그러나 프라이머 F352T는 본 발명에서 최적화된 조건에서는 두 타입의 염기서열을 같은 효율로 증폭하지 못하였다. 따라서 한 시료에 대하여 한 번은 프라이머 F352AT (서열번 호 3)를, 다른 한 번은 프라이머 F352TA (서열번호 4)를 이용하여 PCR을 수행하고, 두 PCR 산물을 동일한 부피로 혼합하는 방법을 선택하였다. 두 프라이머를 한 반응에 동시에 사용할 경우, 한 종류의 16S rDNA로부터 두 개의 DGGE 밴드가 발생하였기 때문에 이 방법은 사용할 수 없었다. 두 개의 PCR 반응을 사용하는 방법이 시료의 미생물 군집 구조를 잘 반영할 수 있는지 검토하기 위해, AT 타입 및 TA 타입의 16S rDNA 염기서열들이 다양한 비율로 혼합된 시료를 모형 시료로 사용하였다. S1, S2, S3, S4, S5 S6을 1:1:1:1:1:1(M1), 32:16:8:4:2:1(M2), 및 1:2:4:8:16:32(M3)로 혼합하였으며, 각 시료는 F352AT 또는 F352TA를 포워드 프라이머로 사용하여 PCR 증폭을 수행하였다. 각 dNTP 농도는 0.325 mM로 고정하였으며 PCR 증폭은 변곡점에서 종료하였다. 두 개의 PCR 증폭에서 얻어진 변곡점 중 더 이른 반복수를 최종 반복수로 선택하였다. 예를 들면, M2를 시료로 PCR을 수행할 경우, F352AT를 이용한 PCR 증폭에서 변곡점은 24 반복이었고, F352TA를 이용한 PCR 증폭에서의 변곡점은 26반복이었다. 이 경우 두 개의 PCR 증폭은 24 반복까지 다시 수행되었다. PCR 증폭 후 두 PCR 산물을 같은 부피로 혼합하였으며 표준 에탄올 침전법 (Sambrook and Russell, 2001)을 이용하여 약 9배로 농축하였다.In the previous study, the inventors showed that in order to amplify AT and TA 16S rDNA sequences with the same efficiency, primer F352T (Table 1) having one type sequence mismatch with each type sequence should be used (Ahn et al. al., 2006). However, primer F352T did not amplify the two types of sequences with the same efficiency under the optimized conditions in the present invention. Therefore, one sample was subjected to PCR using primer F352AT (SEQ ID NO: 3) and the other using primer F352TA (SEQ ID NO: 4), and a method of mixing two PCR products in the same volume was selected. When two primers were used simultaneously in one reaction, this method could not be used because two DGGE bands were generated from one type of 16S rDNA. In order to examine whether the method using the two PCR reactions can reflect the microbial community structure of the sample, a sample in which ATS and TA type 16S rDNA sequences were mixed at various ratios was used as a model sample. S1, S2, S3, S4, S5 S6 1: 1: 1: 1: 1: 1: 1 (M1), 32: 16: 8: 4: 2: 1 (M2), and 1: 2: 4: 8: Mixed at 16:32 (M3), each sample was subjected to PCR amplification using F352AT or F352TA as a forward primer. Each dNTP concentration was fixed at 0.325 mM and PCR amplification was terminated at the inflection point. The earliest repeats of the inflection points obtained from the two PCR amplifications were chosen as the final repeats. For example, when PCR was performed using M2 as a sample, the inflection point was 24 repetitions in PCR amplification using F352AT, and the inflection point in PCR amplification using F352TA was 26 repetitions. In this case two PCR amplifications were performed again up to 24 replicates. After PCR amplification, both PCR products were mixed to the same volume and concentrated about 9-fold using standard ethanol precipitation (Sambrook and Russell, 2001).

도 8은 DGGE 젤에서 6개 밴드의 상대적인 밝기를 보여준다. 각 밴드의 상대적인 밝기는 대체로 시료내의 16S rDNA 간의 농도 순서대로 나타나, 본 발명에서 제시한 방법이 시료의 본래 미생물 군집 구조를 잘 반영할 수 있음을 나타내었다.8 shows the relative brightness of six bands in the DGGE gel. The relative brightness of each band is generally shown in the order of concentration between 16S rDNA in the sample, indicating that the method proposed in the present invention can well reflect the original microbial community structure of the sample.

결론conclusion

이전 연구 결과(Ahn et al., 2006)와 본 발명의 결과로부터 16S rDNA PCR DGGE 분석에서 발생하는 오류는 프라이머-16S rDNA 간의 염기서열 불일지, DNA 폴리머레이즈 오류, PCR 산물의 melting profile의 차이, 과도한 PCR 반복수에서 기인함을 알 수 있었다. 이러한 오류들은 기존의 실험 조건들과는 다른 프라이머, dNTP 농도, 아크릴아미드/비스의 농도, PCR 반복수(변곡점)를 사용함으로써 감소시킬 수 있었다.From previous studies (Ahn et al., 2006) and the results of the present invention, the errors occurring in the 16S rDNA PCR DGGE assays were determined by sequence mismatch between primer-16S rDNA, DNA polymerase error, differences in melting profile of PCR products, It can be seen that due to excessive PCR repeats. These errors could be reduced by using primers, dNTP concentrations, acrylamide / bis concentrations, and PCR repeats (inflection points) different from the existing experimental conditions.

실제 환경에서 얻어진 시료가 사용될 경우 변곡점을 결정하기 위한 PCR 반응은 포워드 프라이머 F352TA를 사용하는 반응만으로 충분할 것으로 판단된다. 그 이유는 현재까지 조사된 모든 토양 클론 라이브러리에 포함된 16S rDNA 염기서열들은 TA 타입의 염기서열을 압도적으로 많이 포함하고 있기 때문이다. 따라서 변곡점에 이르는 반복수는 F352TA를 이용한 PCR 반응이 F352AT를 이용한 반복수보다 빠를 것이다. 하기 표 3은 몇 가지 토양 클론 라이브러리에서 TA 타입과 AT 타입 염기서열의 분포를 보여준다. TA 타입과 AT 타입의 염기서열은 각 클론 라이브러리의 90.6~98.9%를 차지하여 대부분의 염기서열들이 이 타입에 속하고 있음을 나타내고 있다. AT 타입의 염기서열은 각 클론 라이브러리에서 0.0~13.0%만을 차지하고 있지만 이 타입의 염기서열은 Chloroflexi(38.0%), Planctomycetes(60.9%), Verrucomicrobia(88.7%), OP11(70.1%)과 같은 몇몇 중요한 토양 문(phylum)에서는 상당한 비중을 차지하고 있음을 Ribosoaml Database Project의 Probe match 프로그램을 통해서 알 수 있었다 (Cole et al., 2005).If a sample obtained in a real environment is used, the PCR reaction for determining the inflection point is considered to be sufficient only by using the forward primer F352TA. The reason is that the 16S rDNA sequences included in all the soil clone libraries examined so far contain overwhelmingly many TA type sequences. Therefore, the number of repetitions to the inflection point will be faster PCR reaction using F352TA than the number of repetitions using F352AT. Table 3 below shows the distribution of TA type and AT type sequences in several soil clone libraries. The nucleotide sequence of TA type and AT type occupies 90.6 ~ 98.9% of each clone library, indicating that most nucleotide sequences belong to this type. The nucleotide sequence of the AT type occupies only 0.0 to 13.0% in each clone library, but this type of nucleotide sequence has some important qualities such as Chloroflexi (38.0%), Planctomycetes (60.9%), Verrucomicrobia (88.7%), and OP11 (70.1%). A significant proportion of the soil phylum was found in the Probe match program of the Ribosoaml Database Project (Cole et al., 2005).

[표 3]. 토양 클론 라이브러리에서 TA 타입 및 AT 타입 16S rDNA의 분포TABLE 3 Distribution of TA Type and AT Type 16S rDNA in Soil Clone Library

Figure 112009076458317-PAT00003
Figure 112009076458317-PAT00003

본 발명에서 도출된 미생물 군집구조의 16S rDNA DGGE 분석방법은 다음 과정으로 진행된다.16S rDNA DGGE analysis method of the microbial community structure derived from the present invention proceeds to the following process.

(1) real-time PCR 증폭(1) real-time PCR amplification

① 변곡점 결정 PCR① Inflection point determination PCR

총 50 μl50 μl total

PCR 버퍼 1×(1.5 mM MgCl2 포함)PCR buffer 1 × with 1.5 mM MgCl 2

시료 1 μl1 μl sample

F352TA 0.5 μMF352TA 0.5 μM

515r 0.5 μM515r 0.5 μM

각 dNTP 0.325 mM (총 1.3 mM)0.325 mM each dNTP (1.3 mM total)

Bovine serum albumin 1 mg/mlBovine serum albumin 1 mg / ml

SYBR Green I 0.5×SYBR Green I 0.5 ×

Taq DNA polymerase 2.5 UTaq DNA polymerase 2.5 U

real-time PCR 시스템 이용Real-time PCR system

step 1. 94℃ 5분step 1.94 ℃ 5 minutes

step 2. 94℃ 30초step 2. 94 ℃ 30sec

step 3. 51℃ 30초step 3. 51 ℃ 30 seconds

step 4. 72℃ 30초step 4.72 ℃ 30 seconds

step 5. step 2 ~ step 4, 35 반복repeat step 5.step 2 ~ step 4, 35

변곡점 결정.Inflection point determination.

② F352TA PCR② F352TA PCR

총 50 μl50 μl total

PCR 버퍼 1×(1.5 mM MgCl2 포함)PCR buffer 1 × with 1.5 mM MgCl 2

시료 1 μl1 μl sample

F352TA 0.5 μMF352TA 0.5 μM

515r 0.5 μM515r 0.5 μM

각 dNTP 0.325 mM (총 1.3 mM)0.325 mM each dNTP (1.3 mM total)

Bovine serum albumin 1 mg/mlBovine serum albumin 1 mg / ml

SYBR Green I 0.5×SYBR Green I 0.5 ×

Taq DNA polymerase 2.5 UTaq DNA polymerase 2.5 U

real-time PCR 시스템 이용Real-time PCR system

step 1. 94℃ 5분step 1.94 ℃ 5 minutes

step 2. 94℃ 30초step 2. 94 ℃ 30sec

step 3. 51℃ 30초step 3. 51 ℃ 30 seconds

step 4. 72℃ 30초step 4.72 ℃ 30 seconds

step 5. 위에서 결정된 변곡점 반복수까지 step 2~step 4, 반복step 5. Step 2 ~ step 4, repeat until the inflection point number determined above

step 6. 72℃ 30분step 6. 72 ℃ 30min

③ F352AT PCR③ F352AT PCR

총 50 μl50 μl total

PCR 버퍼 1×(1.5 mM MgCl2 포함)PCR buffer 1 × with 1.5 mM MgCl 2

시료 1 μl1 μl sample

F352AT 0.5 μMF352AT 0.5 μM

515r 0.5 μM515r 0.5 μM

각 dNTP 0.325 mM (총 1.3 mM)0.325 mM each dNTP (1.3 mM total)

Bovine serum albumin 1 mg/mlBovine serum albumin 1 mg / ml

SYBR Green I 0.5×SYBR Green I 0.5 ×

Taq DNA polymerase 2.5 UTaq DNA polymerase 2.5 U

real-time PCR 시스템 이용Real-time PCR system

step 1. 94℃ 5분step 1.94 ℃ 5 minutes

step 2. 94℃ 30초step 2. 94 ℃ 30sec

step 3. 51℃ 30초step 3. 51 ℃ 30 seconds

step 4. 72℃ 30초step 4.72 ℃ 30 seconds

step 5. 위에서 결정된 변곡점 반복수까지 step 2 ~ step 4, 반복step 5. Step 2 ~ step 4, repeat until the inflection point number determined above

step 6. 72℃ 30분step 6. 72 ℃ 30min

④ PCR 산물 혼합 및 농축④ PCR product mixing and concentration

②, ③에서 얻어진 PCR 산물에서 45 μL씩 취하여 혼합하고 표준 에탄올 침전법 (Sambrook and Russell, 2001) 또는 시판되는 DNA 농축 키트를 이용하여 12 μL로 농축.Take 45 μL of each PCR product from ② and ③, mix, and concentrate to 12 μL using standard ethanol precipitation (Sambrook and Russell, 2001) or a commercial DNA enrichment kit.

(2) DGGE 분석(2) DGGE analysis

14% 아크릴아미드/비스(37.5:1)14% acrylamide / bis (37.5: 1)

43-63% 변성제43-63% denaturant

약 2시간 동안 젤을 굳힘.Harden gel for about 2 hours.

0.5×TAE 버퍼에서 60V, 60℃로 28시간 동안 전기영동.Electrophoresis for 28 h at 60 V, 60 ° C. in 0.5 × TAE buffer.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 16S rDNA-DGGE 및 PCR 분석에서 발생하는 오류는 프라이머-16S rDNA 간의 염기서열 불일지, DNA 폴리머레이즈 오류, PCR 산물의 melting profile의 차이, 과도한 PCR 반복수에서 기인함을 알 수 있었다. 이러한 오류들은 기존의 실험 조건들과는 다른 프라이머, dNTP 농도, 아크릴아미드/비스의 농도, PCR 반복수를 사용함으로써 감소시킬 수 있었다. 따라서 본 발명이 16S rDNA-DGGE와 real-time PCR의 조합을 통해 세균군집을 정확하게 분석할 수 있는 새로운 DGGE 기법을 제공함으로서 더욱 정확한 세균군집 분석이 가능하게 될 것이다.As described above, according to the present invention, an error occurring in 16S rDNA-DGGE and PCR analysis may be caused by sequence mismatch between primer-16S rDNA, DNA polymerase error, difference in melting profile of PCR product, and excessive PCR repeat count. It can be seen that. These errors could be reduced by using primers, dNTP concentrations, acrylamide / bis concentrations, and PCR repeats different from the existing experimental conditions. Therefore, the present invention will enable a more accurate bacterial community analysis by providing a new DGGE technique that can accurately analyze the bacterial community through the combination of 16S rDNA-DGGE and real-time PCR.

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도 1은 S1 ~ S6의 6개의 PCR 산물의 DEEG 분석결과이다. A: 6개의 PCR 산물의 DGGE 분석결과. 6개의 PCR 산물은 동일한 DNA 농도를 갖도록 적절히 희석하고 동량으로 혼합한 후, 8% 아크릴아미드/비스(37.5:1), 45-65%의 변성제에서 18시간 전기영동하였다. B: A에 나타난 6개 밴드의 상대적 밝기와 멜팅 영역 간 온도차이. 이 온도차이는 도 2로부터 계산되었다.1 is a result of DEEG analysis of the six PCR products of S1 ~ S6. A: DGGE assay of 6 PCR products. Six PCR products were diluted appropriately to have the same DNA concentration and mixed in equal amounts, followed by electrophoresis for 18 hours in 8% acrylamide / bis (37.5: 1), 45-65% denaturant. B: Temperature difference between the relative brightness of the six bands shown in A and the melting area. This temperature difference was calculated from FIG. 2.

도 2는 MELT94 program(Lerman and Silverstein, 1987)을 이용하여 계산된 6개의 PCR산물의 멜팅 프로파일(melting profile)이다.2 is a melting profile of six PCR products calculated using the MELT94 program (Lerman and Silverstein, 1987).

도 3은 dNTP 농도 변화에 따른 S6와 S3의 밴드 밝기 비율의 변화를 나타낸다. DGGE 분석은 8% 아크릴아미드/비스(37.5:1), 45-65% 변성제에서 18시간 동안 수행되었다.3 shows the change of the band brightness ratio of S6 and S3 according to the change of dNTP concentration. DGGE analysis was performed for 18 hours in 8% acrylamide / bis (37.5: 1), 45-65% denaturant.

도 4는 8~14% 아크릴아미스/비스 농도에서 DGGE 분석 결과를 나타낸다. 각 레인의 시료는 6개의 PCR 산물을 혼합하여 조제하였으며, 6개의 PCR 산물은 S1, S2, S3, S4, S5, S6을 각각 PCR 증폭 후(각 dNTP 농도 0.375 mM 사용) 상대적인 밴드 밝기를 0.9~1.1로 조절하고, 부피비로 1:1:1:1:1:1(레인 1), 32:16:8:4:2:1(레인 2), 1:2:4:8:16:32(레인 3)가 되도록 혼합하였다. a 아크릴아미스/비스(37.5:1)의 농도. b 최대 denaturant의 농도. c 최소 denaturant의 농도. d 전기영동 시간.4 shows the results of DGGE analysis at 8-14% acrylamide / bis concentration. Samples of each lane were prepared by mixing six PCR products, and the six PCR products were PCR amplified for each of S1, S2, S3, S4, S5, and S6 (using each dNTP concentration of 0.375 mM), and the relative band brightness was 0.9 ~. 1.1, and by volume ratio 1: 1: 1: 1: 1: 1 (lane 1), 32: 16: 8: 4: 2: 1 (lane 2), 1: 2: 4: 8: 16: 32 It mixed so that it might become (lane 3). a concentration of acrylamis / bis (37.5: 1). b Maximum denaturant concentration. c Minimum denaturant concentration. d Electrophoresis time.

도 5a 내지 5c는 각각 도 4로부터 계산한 상대적인 밴드 밝기를 나타낸다. 점선은 각 혼합물의 본래 비율을 나타낸다. 각 혼합물은 1:1:1:1:1:1 (A), 32:16:8:4:2:1 (B), 1:2:4:8:16:32 (C)의 비율로 혼합되었다.5a to 5c show the relative band brightness calculated from FIG. 4, respectively. The dashed line represents the original ratio of each mixture. Each mixture has a ratio of 1: 1: 1: 1: 1: 1 (A), 32: 16: 8: 4: 2: 1 (B), 1: 2: 4: 8: 16: 32 (C) Mixed.

도 6은 0.3~0.375 mM 각 dNTP 농도에서 PCR 증폭 곡선을 나타낸다. PCR은 S1, S2, S3, S4의 1:1:1:1 혼합액을 시료로 F352TA-515r을 프라이머로 사용하여 수행되었다. 점선은 각 증폭곡선의 변곡점(21 반복)을 나타낸다.Figure 6 shows the PCR amplification curves at each dNTP concentration of 0.3 ~ 0.375 mM. PCR was performed using a 1: 1: 1: 1 mixture of S1, S2, S3, and S4 as a sample and F352TA-515r as a primer. The dotted line represents the inflection point (21 repetitions) of each amplification curve.

도 7a와 7b는 S1, S2, S3, S4의 1:1:1:1 혼합물을 시료로 하고 F352TA-515r을 프라이머로 하여 0.3, 0.325, 0.35, 0.375 mM 각 dNTP 농도에서 두 가지 반복수(35 반복-A, 21 반복-B)로 PCR한 후 DGGE 분석하여 얻어진 각 밴드의 상대적인 밝기를 나타낸다. DGGE 분석은 14% 아크릴아미드/비스(37.5:1), 43-63% 변성제에서 28 시간 동안 수행하였다.7A and 7B show two repeats at a concentration of 0.3, 0.325, 0.35, 0.375 mM dNTP using a 1: 1: 1: 1 mixture of S1, S2, S3, and S4 as samples and F352TA-515r as a primer. Relative brightness of each band obtained by PCR with Repetition-A, Repetition-B) and DGGE analysis is shown. DGGE analysis was performed for 28 hours in 14% acrylamide / bis (37.5: 1), 43-63% denaturant.

도 8은 S1, S2, S3, S4, S5, S6를 1:1:1:1:1:1 (M1), 32:16:8:4:2:1(M2) 1:2:4:8:16:32 (M3)로 혼합한 시료에 대하여 2개의 PCR을 수행하고 혼합한 후 DGGE 분석을 수행한 결과를 나타낸다 (A). DGGE 분석은 14% 아크릴아미드/비스(37.5:1), 43~63% denaturant에서 28시간 동안 수행하였다. B는 6개 밴드의 상대적인 밴드 밝기를 나타낸다.8 shows S1, S2, S3, S4, S5, S6 1: 1: 1: 1: 1: 1 (M1), 32: 16: 8: 4: 2: 1 (M2) 1: 2: 4: 2A PCR is performed on a sample mixed with 8:16:32 (M3), followed by DGGE analysis (A). DGGE analysis was performed for 28 hours in 14% acrylamide / bis (37.5: 1), 43-63% denaturant. B represents the relative band brightness of six bands.

<110> SNU R&DB FOUNDATION <120> Analysing methods of bacteria community using 16S rDNA-DGGE and real-time PCR <160> 5 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for genomic DNA <400> 1 agagtttgat cmtggctcag 20 <210> 2 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for genomic DNA <400> 2 ggytaccttg ttacgactt 19 <210> 3 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer of AT type for PCR <400> 3 acacctacgg gtggc 15 <210> 4 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer of TA type for PCR <400> 4 actcctacgg gaggc 15 <210> 5 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for PCR <400> 5 accgcggctg ctggcac 17 <110> SNU R & DB FOUNDATION <120> Analysing methods of bacteria community using 16S rDNA-DGGE and          real-time PCR <160> 5 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for genomic DNA <400> 1 agagtttgat cmtggctcag 20 <210> 2 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for genomic DNA <400> 2 ggytaccttg ttacgactt 19 <210> 3 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer of AT type for PCR <400> 3 acacctacgg gtggc 15 <210> 4 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer of TA type for PCR <400> 4 actcctacgg gaggc 15 <210> 5 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for PCR <400> 5 accgcggctg ctggcac 17  

Claims (5)

세균들의 16S rDNA의 PCR 증폭과 변성구배 젤 전기영동(DGGE)을 이용한 세균군집 분석방법에 있어서, 하기 조건들 중 하나 이상을 적용하는 것을 특징으로 하는 세균군집 분석방법:In the bacterial colonization method using PCR amplification and denaturation gradient gel electrophoresis (DGGE) of 16S rDNA of bacteria, the bacterial colony analysis method characterized by applying one or more of the following conditions: a) 상기 PCR 증폭에 있어서, dNTP 농도를 0.25 내지 0.375 mM로 하거나,a) in the PCR amplification, the dNTP concentration is 0.25 to 0.375 mM, or b) 상기 PCR 증폭에 있어서, real-time PCR을 이용하여 PCR 반복수를 PCR 증폭의 변곡점으로 하거나, 또는b) In the PCR amplification, the PCR repetition number is used as the inflection point of the PCR amplification using real-time PCR, or c) 상기 DGGE에 있어서, DGGE 젤의 아크릴아미드/비스의 농도를 12% 내지 14%로 하는 것을 특징으로 하는 방법.c) The DGGE, wherein the concentration of acrylamide / bis in the DGGE gel is from 12% to 14%. 제 1항에 있어서, i) 세균들의 16S rDNA를 특이적으로 PCR 증폭할 수 있는 프라이머를 준비하는 단계; ii) 세균들의 DNA를 주형으로 하고 상기 프라이머를 이용하여 real-time PCR을 수행하는 단계; iii) 상기 PCR 산물을 DGGE에서 전기영동하여 밴드들의 강도(intensity)를 측정하는 단계; 및 iv) 상기 밴드들의 개수와 강도를 기초로 세균들의 종수와 각종이 그 군집 내에서 차지하는 비율을 계산하는 단계를 포함하는 세균군집 분석방법.The method of claim 1, further comprising: i) preparing a primer capable of specifically PCR amplifying 16S rDNA of bacteria; ii) using DNA of bacteria as a template and performing real-time PCR using the primers; iii) electrophoresis of the PCR product in DGGE to measure the intensity of the bands; And iv) calculating a species number of bacteria and a ratio of various kinds in the population based on the number and intensity of the bands. 제 1항에 있어서, 상기 PCR 증폭에서 세균들의 서로 다른 16S rDNA의 표적부위 서열에 상보적인 두개 이상의 프라이머를 이용하여 두개 이상의 PCR 증폭을 각각 수행한 후 증폭산물들을 동일한 부피로 혼합하여 시료를 만드는 것을 특징으로 하는 세균군집 분석방법.The method of claim 1, wherein in the PCR amplification, at least two PCR amplifications are performed by using two or more primers complementary to target region sequences of different 16S rDNAs of bacteria, and then, amplification products are mixed to make samples. Bacterial community analysis method characterized in that. 제 1항에 있어서, 상기 세균들은 OP11, Verrucomicrobia, Bacteroidetes, Gammaproteobacteria, Actinobacteria 및 Genebank accession no. AY930457의 16S rDNA를 갖는 세균 등의 대표 토양세균을 포함한 다양한 환경시료의 세균군집 분석방법.The method of claim 1, wherein the bacteria are OP11, Verrucomicrobia, Bacteroidetes, Gammaproteobacteria, Actinobacteria and Genebank accession no. A method for analyzing bacterial communities of various environmental samples including representative soil bacteria such as bacteria having AY930457 16S rDNA. 제 1항에 있어서, 상기 세균들의 16S rDNA를 특이적으로 PCR 증폭할 수 있는 프라이머는 서열번호 3의 F352AT 프라이머 및 서열번호 4의 F352TA 프라이머인 것을 특징으로 하는 세균군집 분석방법.The method of claim 1, wherein the primers capable of specifically PCR amplifying the 16S rDNA of the bacteria are bacterial population analysis method characterized in that the F352AT primer of SEQ ID NO: 3 and F352TA primer of SEQ ID NO: 4.
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