WO2017052178A1 - Biomarker composition, diagnostic kit, and method for providing information - Google Patents

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    • C12Q2600/158Expression markers

Definitions

  • the present invention includes a biomarker composition comprising the base sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient, a diagnostic kit comprising such a composition, and a base sequence comprising SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 It relates to an information providing method.
  • Atopic dermatitis is a growing disease worldwide and is a chronic inflammatory skin disease.
  • Atopic dermatitis is a chronic, recurrent inflammatory skin disease that usually begins in infancy or childhood, accompanied by itching, dry skin, or eczema.
  • Symptoms of atopic dermatitis change with age, but the lesion is accompanied by itching. In early childhood, symptoms appear on the cheeks, forehead, and head, and on the torso, arms, and legs, and in the late infancy, centering on the folded areas of the earlobe, arms, and legs.
  • Tests to find allergens that cause atopic dermatitis include skin terminal test, serum specific immunoglobulin E test, food oral provocation test, and bacterial culture test.
  • It is an object of the present invention to provide a biomarker composition comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient.
  • Faecalibacterium It is to provide a biomarker composition for detecting a subspecies (F06) of prausnitzii .
  • biomarker composition for diagnosing atopic dermatitis.
  • an object of the present invention is to provide a biomarker composition
  • a biomarker composition comprising a nucleotide sequence having at least 97% sequence identity with SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient.
  • Another object of the present invention is to provide a diagnostic kit comprising a biomarker composition comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient.
  • a diagnostic kit comprising a biomarker composition for detecting subspecies (F06) of F. prausnitzii , and more particularly, a diagnostic kit comprising a biomarker composition for diagnosing atopic dermatitis.
  • an object of the present invention is to provide a diagnostic kit comprising a biomarker composition comprising a nucleotide sequence having SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 and at least 97% sequence identity as an active ingredient.
  • Still another object of the present invention is to provide an isolated nucleic acid sample; And it provides a method of providing information, comprising the step of recognizing the nucleotide sequence comprising SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2.
  • the step of recognizing the nucleotide sequence comprising SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 provides a method of providing information, comprising the step of detecting a subspecies (F06) of F. prausnitzii .
  • An information providing method is provided for diagnosing atopic dermatitis.
  • nucleotide sequence comprising SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 is an object of providing an information providing method, which is a nucleotide sequence having 97% or more of sequence identity with SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2.
  • biomarker generally refers to an index that can detect changes in the body using proteins, DNA, RNA, metabolites, and the like.
  • gene refers to a gene aggregate containing all the genetic information of the human body itself
  • microbiome also called the second genome
  • intestinal microbiome refers to the overall genetic information of microorganisms present in the body, particularly in the intestine.
  • various microorganisms in the human body have been reported to affect the living body, regulation, digestive ability and various diseases, and affect all the functions of the human body, such as genetic modification according to environmental changes, increasing interest in the intestinal microbiome have.
  • diagnosis includes the prediction or diagnosis of a condition or outcome of an individual, the prediction of a condition or outcome, progression, or response to a particular treatment.
  • the practice of the present invention employs conventional techniques of immunology, biochemistry, molecular biology, microbiology, cell biology, genome, and recombinant DNA, unless otherwise indicated.
  • an “individual,“ patient ”, or“ subject ” includes not only humans but also other mammals.
  • AD refers to Atopic Dermatitis
  • SCFA refers to short chain fatty acid
  • OFTU operational taxonomic units
  • GalNAc means N-acetylgalactosamine
  • K means a database of genes and genomes of Kyoto University (KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) Orthology).
  • biomarker composition comprising the base sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient.
  • Biomarker composition comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient, the presence or absence of various diseases including the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 from a sample of various individuals with or suspected a disease Can be investigated.
  • SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 are as follows (see FIGS. 4A-D).
  • the nucleotide sequence of the F06 V1 region is not limited to SEQ ID NO: 1, and may have G or A at base position 9, C or T at base position 13, and A or G at base position 24, respectively. (Position 9 (G, A), position 13 (C, T), position 24 (A, G)).
  • the base sequence of the F06 V2 region is not limited to SEQ ID NO: 2, G or A at base position 3, C or G at base position 5, G or C at base position 16, respectively , A or G at base position 20, T or C at base position 32, G or A at base position 33 (position 3 (G, A), position 5 (C, G), position 16 ( G, C), position 20 (A, G), position 32 (T, C), position 33 (G, A)).
  • the biomarker composition is a biomarker composition for detecting a subspecies (F06) of F. prausnitzii .
  • F. If the disease is associated with a subspecies of prausnitzii (F06), the biomarker composition may be used regardless of the type of disease.
  • the biomarker composition is a biomarker composition for diagnosing atopic dermatitis.
  • the biomarker composition is a biomarker composition comprising a nucleotide sequence having at least 97% sequence identity with SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient.
  • the base positions 9, 13, 24 of SEQ ID NO: 1 and the base positions 3, 5, 16, 20, 32, 33 of SEQ ID NO: 2 may each be variously replaced.
  • SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 may each be replaced with at least 97% sequence identity of the total sequence.
  • the biomarker composition includes a biomarker composition comprising an nucleotide sequence having at least 97% sequence identity within the range of homogeneous diversity of the normal bacterial 16S rRNA gene with SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient.
  • a diagnostic kit comprising a biomarker composition comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient.
  • a diagnostic kit for diagnosing a composition comprising a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, preferably a diagnostic kit for diagnosing atopic dermatitis.
  • the diagnostic kit can be used irrespective of the type of disease, as long as it is associated with a subspecies of F. prausnitzii (F06). And although it was confirmed that it is suitable for the diagnosis of atopic dermatitis disease, if it can be used for the diagnosis of the disease which shows the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, it is not limited to atopy.
  • a diagnostic kit comprising a biomarker composition comprising a base sequence having SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 and more than 97% sequence identity respectively.
  • nucleic acid sample providing an isolated nucleic acid sample; And recognizing a nucleotide sequence comprising SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2.
  • the base sequence including SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 is recognized to provide useful information for early diagnosis and prognosis of various diseases, preferably useful information for diagnosing atopic dermatitis. Can provide.
  • the step of recognizing the nucleotide sequence comprising SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 provides a method of providing information, comprising the step of detecting the subspecies (F06) of F. prausnitzii .
  • the base sequence comprising SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 is an information providing method, which is a base sequence having 97% or more of sequence identity with SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2.
  • the base positions 9, 13, 24 of SEQ ID NO: 1 and the base positions 3, 5, 16, 20, 32, 33 of SEQ ID NO: 2 may each be variously replaced.
  • SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 may each be replaced with at least 97% sequence identity of the total sequence.
  • the biomarker composition includes a biomarker composition comprising an nucleotide sequence having at least 97% sequence identity within the range of homogeneous diversity of the normal bacterial 16S rRNA gene with SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient.
  • Biomarker composition comprising a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 of the present invention as an active ingredient, diagnostic kit comprising such a composition, can be effectively used for the diagnosis and treatment of atopic dermatitis, which shows a high incidence in the world Seems to be.
  • the presence or absence of a subspecies (F06) of F. prausnitzii having a specific nucleotide sequence can be usefully determined, and in particular, it is possible to easily and accurately diagnose the onset of atopic dermatitis before the onset of atopic dermatitis. It can be very useful for both individuals before and after dermatitis.
  • FIG. 1A shows the alpha diversity profile of the intestinal microbiome
  • FIG. 1B shows the beta diversity profile of the intestinal microbiome
  • FIG. 1C shows the enterotype analysis
  • FIG. 1D shows Ruminococcus, Parabacteroides, faecalibacterium, Escherichia / shigella It is a figure which shows the relative abundance ratio (%).
  • FIG. 2A shows a histogram of the results of the RFE-SVM analysis
  • FIG. 2B shows a list of bacterial clads containing top select OTUs.
  • FIG. 3A illustrates F. prausnitzii for selecting an Operational Taxonomic Unit (OTU) to distinguish atopic patients from non-patients.
  • OTU Operational Taxonomic Unit
  • FIG. 4A shows the V1-V2 region in the 16S rRNA gene of the F. prausnitzii strain
  • FIG. 4B shows the consensus sequence of F06 V1
  • FIG. 4C shows the entire F06 454 analysis
  • FIG. 4D shows the relative abundance of the V1 sequence .
  • Figure 5a shows a heat map that changes significantly in the AD microbiome
  • Figure 5b shows a sequence of the genes A2-165, M21 / 2, L2-6, S3L / 3, KLE1255, five strains of F. prausnitzii Indicates.
  • Figure 6a is a graph showing the analysis of SCFAs of the experimental group and the control group
  • Figure 6b is F. prausnitzii
  • the activity of the butyryl CoA: acetate CoA-transferase gene promoter from strains is compared.
  • Figure 7 shows a proposed model of AD associated with dysfunction of F. prausnitzii .
  • FIG. 8A is a venn diagram showing common and specific genes among strains, and FIG. 8B shows the result of illumination analysis for each gene group.
  • the inventors of the present invention presumed that certain bacteria in the intestine may be associated with atopy disease, and studied the relationship between intestinal bacteria and atopy for a long time.
  • 90 atopic patients experimental group
  • 42 atopic patients control group
  • Reference gene data from the Human Microbiome Project and the KEGG Orthology database were used for the metagenome analysis.
  • Atopic patients were pre-evaluated with severity through the SCORAD system, and the control group consisted of people who had never had atopic dermatitis. Both experimental and control groups were not exposed to antibiotics within 6 months prior to providing stool samples.
  • the experimental group was provided by outpatients from Korea University Anam Hospital and was approved by Ethics Commitee. About 5 g of stool samples were obtained from the experimental and control groups and stored at -80 ° C until DNA was isolated. Short-chain fatty acids (SCFAs) of stool samples were compared using a gas chromatographic mass spectrometer.
  • SCFAs Short-chain fatty acids
  • the sample was ground on liquefied nitrogen with a mortar and pestle (mortar and pestle), and 400 mg of the ground sample was transferred to four microcentrifuge tubes.
  • Each tube contains 500 ⁇ l solution containing 0.1 mm diameter zirconia / silica beads (BioSpec, Bartlesville, OK, USA), 500 ⁇ l extraction buffer (200 mM Tris [pH 8.0], 200 mM NaCl, 20 mM). EDTA), 210 ⁇ l of 20% SDS, and a phenol: chloroform: isoamyl alcohol mixture (25: 24: 1, pH 7.9).
  • DNA was isolated from the supernatant with phenol / chloroform / isoamyl alcohol (25: 24: 1. Ph7.9) and precipitated with isopropanol. DNA pellets were dried and then dissolved in TE buffer (10 mM Tris [pH 8.0], 1 mM EDTA) to adjust the concentration to 100 ng / ⁇ l.
  • PCR reactions targeting the V1-V2 region of the 16S rRNA gene consisted of 100 ng of template DNA, 5 ⁇ l of HotStar PCR buffer (Qiagen, Germantown, MD, USA), and 1 U of HotStarTaq DNA. Polymerase (Qiagen) and transcription and reverse primers were performed on each DNA sample containing 25 ⁇ l reaction mixture, each containing 0.4 ⁇ mol / l. Forward primer,
  • DNA amplification was done for 15 minutes at 95 ° C, continue for 30 seconds at 95 ° C, then for one minute at 34 cycle, 72 ° C for at 52 ° C 30 seconds, at the end extension 72 ° C For 5 minutes.
  • PCR products were obtained using a QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen).
  • An amplification product (amplicon) are the Pico green assay was quantified using the (PicoGreen Assay), it was diluted in TE buffer with 1 X 10 9 molecules / ⁇ l.
  • a sequencing library was created using the same amount of product for 454FLX Titanium pyrosequencing.
  • 16S rRNA gene V1-V2 region sequence reads tagged with barcodes were analyzed using the QIIME pipeline. Sequences without the 5 'or 3' end or with one or more unclear sequencing were excluded.
  • Enterotype analysis uses a gene-level distance matrix created by the Jensen-Shannon divergence algorithm, and uses a partitioning around medoids clustering algorithm. I did it.
  • the Calinski-Harabasz index was calculated to know the optimal number of Enterotype clusters (see FIGS. 1A-D).
  • the 454 sequencing reads were analyzed by OTU using CD-HIT or by taxon-independent OTU (ESTUIT).
  • the OTU abundance matrix made of this OTU was used to find the most characteristic OTU between atopic patients and non-patients using a recursive feature elimination support vector machine (RFE-SVM).
  • RFE-SVM recursive feature elimination support vector machine
  • OTUs not present in at least 30% of samples were excluded from the data to reduce noise levels.
  • leave-one-out cross-validation was used to measure the prediction accuracy that distinguishes AD-microbiota.
  • Sequence analysis was performed using the CLC Genomic Workbench. Low-quality reads were excluded by the following criteria: quality score All sequences less than 0.05 or sequences with two or more unclear sequences, sequences shorter than 15 bp were also excluded.
  • the functional analysis of Metagenome was performed using HUMAnN v0.99. All Bacteroides and Faecalibacterium genomes (bfg, bhl, bsa, bxy, bdo, bdh, bacc, fpr, and fpl) were included in the KEGG Orthology (KO) database v54 for analysis. Illumina reads were translated BLAST search to KO database using USEARCH v8.0. The results were summarized by HUMAnN, and the averaged orthologous gene family abundances of the experimental and control groups were compared.
  • HMP Human Microbiome Project
  • Illumina HiSeq2000 Full Meta Genome Read was performed using five CL F genome workbenches. mapped to genome. In all, 10.14% of the Illumina leads were mapped to the F. prausnitzii genome.
  • the sample was ground with a liquid nitrogen into a mortar and pestle and about 0.1 g was transferred to a 2 ml microfuge tube.
  • An internal standard (60 ⁇ l of 0.25 mmol / l 4-methylvaleric acid) was added to a tube containing the ground sample and used for measuring SCFAs.
  • the samples were acid treated with 20 ⁇ l of 33% hydrogen chloride (HCl), then diethyl ether was added and vortexed for 10 minutes. The diethyl ether layer was centrifuged and then transferred to a new tube. After repeating the same procedure once more, the diethyl ether phases were mixed from the two extracts.
  • Frozen samples (0.1 g) were dissolved in 1 ml of 0.1 M triethanolamine buffer (pH 9.15) and centrifuged at 14,000 for 10 minutes at 4 ° C. The supernatant was precipitated with 6.1N trichloroacetic acid (10% final concentration) and centrifuged at 4500g at 4 ° C for 10 minutes. The precipitated supernatant was used to measure the lactic acid level.
  • Butyryl CoA acetate CoA-transferase gene in five F. prausnitzii strains (FP2_20620 for strain L2-6, FAEPRAA2165_01575 for strain A2-165, HMPREF9436_00973 for strain KLE1255, FPR_29560 for strain SL3 / 3 and FAEPRAM212_02812 for strain M21 / 2)
  • F. prausnitzii strains FP2_20620 for strain L2-6, FAEPRAA2165_01575 for strain A2-165, HMPREF9436_00973 for strain KLE1255, FPR_29560 for strain SL3 / 3 and FAEPRAM212_02812 for strain M21 / 2
  • lacZY fusions were made to the promoters of each gene using the promoter probe vector pLKC481, and the plasmid construct was Escherichia. coli DN5 Moved to. E.
  • FIG. 1A shows the alpha diversity profile of the intestinal microbiome
  • FIG. 1B shows the beta diversity profile of the intestinal microbiome
  • FIG. 1C shows the enterotype analysis
  • FIG. 1D shows Ruminococcus, Parabacteroides, faecalibacterium, Escherichia / shigella It is a figure which shows the relative abundance ratio (%).
  • Enteric microbiome DNA was isolated from the samples from 90 experimental groups and 43 controls, and the nucleotide sequence was analyzed by 454 technology by amplifying the V1-V2 portion of the 16S rRNA gene. The sequence read was found to have an average sequencing depth of 6,604 after removing the low quality sequence. No significant differences were found in microbial alpha diversity (? -Diversity) in atopy patients and non-patient microbiomes (see graph in FIG. 1A). There was no significant difference between the patient and the non-patient even in microbial beta diversity (composition) ( ⁇ -diversity) (see graph in FIG. 1B). Microbiomes can be assigned to specific enterotypes based on mainstream bacterial groups.
  • the 132 microbiomes are either enterotypes of Bacteroides or Although classified as Prevotella type, atopic dermatitis was not biased to either side (see graph of FIG. 1C).
  • the overall change of microbiome in atopic dermatitis was not significant.
  • a specific bacterial group showed a significant difference between the experimental and control groups in the age-divided group (see graph of FIG. 1B). It has been reported that the increase of bacteria belonging to enterobacteriaceae and the decrease of Lactobacillus and Bifidobacterium bacteria in patients with atopic dermatitis have not been observed in this experiment.
  • Bacteria that have been reported to be related to atopy in previous studies may include those that have had opportunistic growth in an unhealthy intestinal environment rather than directly related to atopy. Some of the bacteria associated with atopy may be directly pathogenic, or simply a damaged intestinal environment may be beneficial to growth. Pathogenic bacteria that play an important role in atopy can be in the form of a species or a group of specific bacteria and can be increased in all atopic environments. On the other hand, bacteria that simply utilize the disease environment can include a variety of species. They may appear to be increased in an atopic environment overall, but may not be present in individual samples.
  • Figure 2a is a histogram showing the results of the RFE-SVM analysis
  • Figure 2b shows a list of bacterial clads containing top-selected OTUs
  • Figure 3a is an operational classification unit that can distinguish between atopic patients and non-patients taxonomic unit, OTU) for F. prausnitzii for screening
  • OTU atopic patients and non-patients taxonomic unit
  • FIG. 3B shows the OUT abundance
  • FIG. 3C shows the abundance of F06.
  • RFE-SVM analysis was performed to select top discriminatory OUT (OTU) to distinguish atopic patients from non-patients.
  • the analysis used an OTU (usually 0.03 distance level corresponding to species) written in ESPRIT, which is based on a taxonomy-independent hierarchical classification.
  • a randomly selected half of the data was used as a training set for RFE-SVM analysis to screen for characteristic OTUs.
  • the other half of the data was used to test the atopy discrimination ability of this OTU.
  • These OTUs showed a high accuracy of 88.14% in discrimination compared to 79.92% of randomly selected OTUs (see FIG. 2A).
  • Faecalibacterium exists in two physiologically different phylogenies, but is now all grouped into one species, F. prausnitzii .
  • F. prausnitzii is prominent in atopy microbiomes. This is one of the most important species in the RFE-SVM model, and one of the most prevalent species in human intestinal microbiomes. It can be assumed that it will play an important role in human physiology, and it will play an important role in atopic dermatitis. The experiment proceeded by guessing. Furthermore, F. prausnitzii was relatively easy to study because of the configuration of a single paper machine, large red (clade). Research has been conducted with the possibility that atopic dermatitis may be related to a specific subspecies rather than the entire species. The ESPRIT OTU, referred to as F. prausnitzii , appeared in all seven clades in the phylogenetic tree.
  • each clad is more likely to divide when the entire 16S rRNA gene sequence is applied.
  • F06 was found to be significantly increased in the atopic dermatitis microbiome (see FIGS. 3A-C).
  • the increase in F06 in atopic dermatitis microbiomes was common at all ages, but was particularly noticeable in the one year old group or less (see FIGS. 3A-C). Since atopic dermatitis begins much before age 1, the results show that the subspecies of F. prausnitzii is involved in the development of the disease.
  • Figure 4a shows the V1-V2 region in the 16S rRNA gene of the F. prausnitzii strain
  • Figure 4b shows the common sequence of F06 V1
  • Figure 4c Shows the complete F06 454 analysis
  • FIG. 4D Relative abundance of V1 sequence.
  • HMP Human microbiome project
  • the L2-6 strain has a very unique V1-V2 region, particularly the V1 region, compared with the other four strains, and is well matched with the F06 clad (see FIGS. 4A-D).
  • the V1-V2 region is only part of the 16S rRNA gene, a near perfect match (see FIGS. 4A-D) with each other indicates that L2-6 and F06 bacteria are in close proximity.
  • the 15,825 predicted protein sequences of 5 strains of prausnitzii were compared to each other using BLASTP to remove overlapping genes, revealing a total of 7,253 genes in the F. prausnitzii pangeome (see FIGS. 8A-B). There were 855 unique genes in the L2-6 strain and similar numbers in other strains.
  • To compare intestinal microbiomes and F. prausnitzii pangenome eight of the samples (four samples from each of the experimental and control groups) were screened and whole genome shotgun sequencing using the Illumina HiSeq 2000 platform. shotgun sequencing) was performed and an average sequence of 552 Mb was obtained per sample. These eight samples were selected based on similarly high proportions of F. prausnitzii content (19-36%).
  • F. prausnitzii Metabolic changes in atopic dermatitis micro biome, the Illuminati analyzes (Illumina reads) an F. prausnitzii This was confirmed by mapping to the pangenome and KO databases. F. prausnitzii The pangenome approach was effective due to the high content of F. prausnitzii in the metagenome (19-36%). F. Although the prausnitzii pangenome is made up of only five strains, it is important to include two biologically important strains, A2-165, which is known to shrink from Crohon disease, and L2-6, which has been shown to be associated with atopy in this study. To interpret the mapping results, F.
  • prausnitzii pangenome was analyzed by KO database, and KOs with different numbers of matching reads (P ⁇ 0.05) were found in the atopy and control groups.
  • P ⁇ 0.05 the number of matching reads
  • 415 KO was significantly different between the atopy experimental group and the control group, of which 122 KO was increased in the experimental group and 293 KO was increased in the control group (see FIGS. 5A-B).
  • KO increase in micro biome of atopic dermatitis
  • the oxidative stress oxidative stress; peroxiredoxin, DMSO reductase, and sufBC operon, etc.
  • the transition metal transporter transition metal transporters to respond to; Fe , Ni, Zn, and Mn
  • GalNAc transition metal transporters to respond to; Fe , Ni, Zn, and Mn
  • the reduced genes in the atopy microbiome were biosynthetic genes of various amino acids, nucleotides, peptidoglycans, cofactors (see FIGS. 5A-B).
  • the damaged intestinal environment may be accompanied by general nutrients, such as amino acids, cofactors, and coenzymes from the host, as well as increased special nutrients such as the mucin component GalNAc.
  • general nutrients such as amino acids, cofactors, and coenzymes from the host
  • special nutrients such as the mucin component GalNAc.
  • An increase in general nutrients results in a decrease in biosynthetic genes in the microbiome, and an increase in special nutrients such as GalNAc will result in a selective increase in auxotrophic specialists or pathobionts that can utilize these substances. It may be.
  • This intestinal environment can in turn promote intestinal epidermal damage, form cycles, and accelerate dysbiosis of the intestinal microbiome.
  • F. prausnitzii Among the five strains, only L2-6 has a gene cluster utilizing GalNAc (see FIGS. 5A-B).
  • L-fucose is released from mucin glycoproteins, along with GalNAc Bacteroides It is used as an important nutrient for intestinal bacteria such as thetaiotaomicron .
  • Glutathione S-transferase family glucose-6-phosphate 1-dehydrogenase, glutamate decarboxylase, glyoxylate
  • Glutathione S-transferase family glucose-6-phosphate 1-dehydrogenase, glutamate decarboxylase, glyoxylate
  • glycoxy and dicarboxylate metabolism have been discovered.
  • Glutathione is a tripeptide of cysteine and glutamate, and bacteria are able to withstand the oxidative stress induced by free radicals and nitrogen metabolites generated by inflammatory cascades. to maintain homeostasis. Glutathione-S-transferase conjugates endogenous compounds such as reduced glutathione and peroxidized lipids to the detoxification process.
  • E. In coli the glucose-6-phosphate 1-dehydrogenase level was increased under oxidative stress, resulting in antioxidant activity of glutathione and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate. It has been reported that this led to an increase in antioxidant molecules.
  • Glutamate decarboxylase contains E.
  • GalNAc-specific IIA component genes (agaF, K02744) of the PTS system have, as a result. It has been found that genes exist in many different forms. Increasing mucin utilization genes in various species indicates that the intestinal environment of atopic dermatitis thrives in a variety of auxotrophs and pathobions in addition to L2-6 type bacteria, which is associated with the progression and chronicization of atopic diseases. This can be seen.
  • Figure 6a is a graph showing the analysis of SCFAs of the experimental group and the control group
  • Figure 6b is F. prausnitzii
  • the activity of the butyryl CoA: acetate CoA-transferase gene promoter from strains is compared.
  • Figure 7 shows a proposed model of AD associated with dysfunction of F. prausnitzii .
  • F. prausnitzii a dominant species among human intestinal microorganisms, has been known to play a role in gut health through the production of SCFAs. Butylates, in particular, have anti-inflammatory properties and are used as direct energy to intestinal surface cells. F. reduction of SCFAs prausnitzii levels and productivity are associated with Crohn's disease (Crohn disease). F. It has been found that the balance between prausnitzii subspecies, especially between L2-6 and A2-165 type bacteria, affects SCFAs productivity. Atopic dermatitis metagenome showed an increase in genes that utilize components of mucins such as GalNAc and L-fucose and various nutrients that can flow out of damaged intestinal epidermal cells (see FIGS.

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Abstract

The present invention relates to: a biomarker composition containing a nucleotide, having a base sequence of SEQ ID NO: 1 or 2, as an active ingredient; a diagnostic kit comprising the composition; and a method for providing information for atopic dermatitis diagnosis, comprising a step of detecting F. prausnitzii subspecies (F06). By using the present invention, whether F. prausnitzii subspecies (F06) having a specific base sequence is present can be usefully determined and, particularly, whether there is the potential for a disease outbreak can be easily and accurately diagnosed even before atopic dermatitis occurs, and thus the present invention can be very useful for both individuals before and after atopic dermatitis occurs.

Description

바이오 마커 조성물, 진단용 키트, 및 정보제공방법Biomarker Compositions, Diagnostic Kits, and Informational Methods
본 발명은 서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열을 유효성분으로 포함하는 바이오마커 조성물, 이러한 조성물을 포함하는 진단용 키트, 및 서열번호 1 또는 서열번호 2를 포함하는 염기서열을 인식하는 단계를 포함하는 정보 제공 방법에 관한 것이다.The present invention includes a biomarker composition comprising the base sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient, a diagnostic kit comprising such a composition, and a base sequence comprising SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 It relates to an information providing method.
아토피 피부염(Atopic dermatitis; AD)은 전세계적으로 증가하고 있는 질병의 하나로, 만성적인 염증성 피부 질환이다. 아토피 피부염은 주로 유아기 혹은 소아기에 시작되는 만성적이고 재발성의 염증성 피부 질환으로, 가려움증과 피부건조증, 혹은 습진을 동반한다. Atopic dermatitis (AD) is a growing disease worldwide and is a chronic inflammatory skin disease. Atopic dermatitis is a chronic, recurrent inflammatory skin disease that usually begins in infancy or childhood, accompanied by itching, dry skin, or eczema.
아토피 피부염의 증상은 나이가 들면서 변화하지만, 병변부는 가려움증을 동반한다. 유아기 초기에는 뺨이나 이마, 머리에 증상이 나타나고, 몸통이나 팔, 다리에 나타나기도 하고, 유아기 후반에는 귓볼, 팔, 다리의 접히는 부위를 중심으로 나타나기도 한다. Symptoms of atopic dermatitis change with age, but the lesion is accompanied by itching. In early childhood, symptoms appear on the cheeks, forehead, and head, and on the torso, arms, and legs, and in the late infancy, centering on the folded areas of the earlobe, arms, and legs.
미국 내 통계에 의하면, 25%에 이르는 소아와 2~3%에 이르는 성인이 아토피 피부염으로 인해 고통을 받고 있다. 그러나, 아토피 피부염의 발병 원인은 아직까지 확실하게 알려져 있지 않은 상태이다. 발명 원인을 정확하게 설명할 수는 없지만, 최근 산업화가 이루어진 국가들을 중심으로 증가해 오고 있는 것으로 비추어 보면, 환경적인 요인과 유전적인 요인 등이 주된 원인으로 여겨지고 있다. According to US statistics, 25% of children and 2-3% of adults suffer from atopic dermatitis. However, the cause of the development of atopic dermatitis is still unknown. Although the cause of the invention cannot be explained precisely, in view of the recent increase in industrialized countries, environmental factors and genetic factors are considered to be the main causes.
아토피 피부염을 진단하기 위한 특정 검사가 존재하지는 않지만, 아토피 피부염을 악화시키는 원인을 찾기 위한 검사를 시행하고 있다. 아토피 피부염의 원인이 되는 알레르겐을 찾기 위한 검사로는 피부단자검사, 혈청 내 특이 면역글로블린 E 검사가 있으며, 음식물 경구유발검사, 세균 배양검사 등이 있다.There is no specific test for diagnosing atopic dermatitis, but tests are being done to look for a cause that makes atopic dermatitis worse. Tests to find allergens that cause atopic dermatitis include skin terminal test, serum specific immunoglobulin E test, food oral provocation test, and bacterial culture test.
아토피 피부염의 직접적인 원인과 발병과정은 아직 불분명하지만, 환자들의 피부 손상은 주로, TH 2 타입의 면역반응이 일반적인 항원에 과민하게 반응하여 염증을 일으키는 사이토카인이 과량으로 생산되는 기작에 의한 것이라고 여겨진다. 이때 피부에 있는 미생물 커뮤니티가 단순화되고, Staphylococcus aureus 균이 증가하는 등의 특징적인 문제가 생기는 것이 관찰되었다. 반면에 장내의 특정 세균들이 아토피 질환과 관련이 있을 것이라는 결과도 보고되어 왔다. Although the direct cause and pathogenesis of atopic dermatitis is still unclear, it is believed that skin damage in patients is mainly due to the overproduction of cytokines that cause inflammation by the TH 2 type immune response to hypersensitivity to common antigens. At this time, it was observed that the microbial community in the skin was simplified and characteristic problems such as increased Staphylococcus aureus bacteria were observed. On the other hand, it has been reported that certain bacteria in the intestine may be associated with atopic disease.
하지만, 이러한 연구 결과들이 나오고 있음에도 불구하고 아토피의 근간이 되는 염증 조절 실패를 초래하는 미생물학적 원인은 아직 밝혀지지 않았다. 따라서, 아토피의 발병 원인이 되는 생물학적 원인을 밝혀내서 아토피의 발명 여부를 검진하는 것은 본 기술 분야에서 매우 중요한 기술적 과제이다.However, despite these findings, the microbiological causes of failure to control inflammation that underlie atopy are still unknown. Therefore, it is a very important technical task in the art to find out whether or not the invention of atopy by identifying a biological cause that causes the development of atopy.
본 발명의 목적은, 서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열을 유효성분으로 포함하는 바이오마커 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a biomarker composition comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient.
구체적으로는, Faecalibacterium prausnitzii의 아종(F06)을 검출하는 바이오마커 조성물을 제공하는 것이다.Specifically, Faecalibacterium It is to provide a biomarker composition for detecting a subspecies (F06) of prausnitzii .
보다 상세하게, 아토피 피부염 진단용 바이오마커 조성물을 제공하는 것이다.More specifically, to provide a biomarker composition for diagnosing atopic dermatitis.
또한, 서열번호 1 또는 서열번호 2와 97% 이상의 서열 동일성을 갖는 염기서열을 유효성분으로 포함하는 바이오마커 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a biomarker composition comprising a nucleotide sequence having at least 97% sequence identity with SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient.
본 발명의 다른 목적은, 서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열을 유효성분으로 포함하는 바이오마커 조성물을 포함하는 진단용 키트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a diagnostic kit comprising a biomarker composition comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient.
구체적으로는, F. prausnitzii의 아종(F06)을 검출하는 바이오마커 조성물을 포함하는 진단용 키트, 보다 상세하게, 아토피 피부염 진단용 바이오마커 조성물을 포함하는 진단용 키트를 제공하는 것이다.Specifically, it is to provide a diagnostic kit comprising a biomarker composition for detecting subspecies (F06) of F. prausnitzii , and more particularly, a diagnostic kit comprising a biomarker composition for diagnosing atopic dermatitis.
또한, 서열번호 1 또는 서열번호 2와 97% 이상의 서열 동일성을 갖는 염기서열을 유효성분으로 포함하는 바이오마커 조성물을 포함하는 진단용 키트를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a diagnostic kit comprising a biomarker composition comprising a nucleotide sequence having SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 and at least 97% sequence identity as an active ingredient.
본 발명의 또 다른 목적은, 분리된 핵산 시료를 제공하는 단계; 및 서열번호 1 또는 서열번호 2를 포함하는 염기서열을 인식하는 단계를 포함하는, 정보 제공 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide an isolated nucleic acid sample; And it provides a method of providing information, comprising the step of recognizing the nucleotide sequence comprising SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2.
구체적으로는, 서열번호 1 또는 서열번호 2를 포함하는 염기서열을 인식하는 단계는, F. prausnitzii의 아종(F06)을 검출하는 단계를 포함하는, 정보 제공 방법을 제공한다.Specifically, the step of recognizing the nucleotide sequence comprising SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 provides a method of providing information, comprising the step of detecting a subspecies (F06) of F. prausnitzii .
보다 상세하게는, 서열번호 1 또는 서열번호 2를 포함하는 염기서열을 인식하는 단계는, 아토피 피부염 진단하기 위한 것인, 정보 제공 방법을 제공한다.More specifically, the step of recognizing the nucleotide sequence comprising SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, An information providing method is provided for diagnosing atopic dermatitis.
또한, 서열번호 1 또는 서열번호 2를 포함하는 염기서열은, 서열번호 1 또는 서열번호 2와 97% 이상의 서열 동일성을 갖는 염기서열인, 정보 제공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an nucleotide sequence comprising SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 is an object of providing an information providing method, which is a nucleotide sequence having 97% or more of sequence identity with SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태를 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Various modifications may be made to the embodiments described below. The examples described below are not intended to limit the embodiments, but should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes for them.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of examples. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, or combination thereof described on the specification, and one or more other features or It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and are not construed in excessively formal meanings unless expressly defined in the present application.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components regardless of reference numerals will be given the same reference numerals and redundant description thereof will be omitted. In the following description of the embodiment, when it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.
이하에서는 본 명세서에서 사용되는 용어를 설명한다.Hereinafter, terms used in the present specification will be described.
본 명세서에서 사용하는 "바이오마커"란, 일반적으로 단백질이나 DNA, RNA, 대사물질 등을 이용하여 체내의 변화를 알아낼 수 있는 지표를 의미한다. As used herein, the term "biomarker" generally refers to an index that can detect changes in the body using proteins, DNA, RNA, metabolites, and the like.
본 명세서에서 사용하는 "게놈"은 인체 자체의 모든 유전정보를 포함하는 유전자 집합체를 의미하고, "마이크로바이옴"이란, 세컨드 게놈이라고도 부르며 체내에 공존하는 미생물의 총체적인 유전 정보를 의미한다. 특히, "장내 마이크로바이옴"이란, 체내, 특히 장 내에 존재하는 미생물의 총체적인 유전 정보를 말한다. 최근, 인체 내의 각종 미생물이 생체 대나 조절 및 소화능력이나 각종 질병에 영향을 미치고, 환경 변화에 따른 유전자 변형 등 인체의 모든 기능에 영향을 미치는 것으로 보고되고 있어, 장내 마이크로바이옴에 대한 관심이 증가되고 있다. As used herein, "genome" refers to a gene aggregate containing all the genetic information of the human body itself, and "microbiome", also called the second genome, refers to the overall genetic information of microorganisms coexist in the body. In particular, "intestinal microbiome" refers to the overall genetic information of microorganisms present in the body, particularly in the intestine. Recently, various microorganisms in the human body have been reported to affect the living body, regulation, digestive ability and various diseases, and affect all the functions of the human body, such as genetic modification according to environmental changes, increasing interest in the intestinal microbiome have.
본 명세서에서 사용되는 "진단"은 개체의 상태 또는 결과의 예측 또는 진단, 상태 또는 결과, 진행, 또는 특정치료에 대한 반응의 예측을 포함한다. 본 발명의 실시는 달리 지시하지 않는 한, 관련 기술분야의 기술 내에 있는 면역학, 생화학, 분자 생물학, 미생물학, 세포 생물학, 게놈 및 재조합 DNA의 통상적인 기술을 채용한다. 본 발명에서 사용되는 "개체, "환자", 또는 "대상체"는 인간뿐만 아니라 다른 포유 동물도 포함한다.As used herein, “diagnosis” includes the prediction or diagnosis of a condition or outcome of an individual, the prediction of a condition or outcome, progression, or response to a particular treatment. The practice of the present invention employs conventional techniques of immunology, biochemistry, molecular biology, microbiology, cell biology, genome, and recombinant DNA, unless otherwise indicated. As used herein, an “individual,“ patient ”, or“ subject ”includes not only humans but also other mammals.
본 명세서 및 도면에 기재된 "AD"란 아토피 피부염(Atopic Dermatitis)을 의미하고, "SCFA"란 단쇄 지방산(short chain fatty acid)를 의미하고, "OTU"란 조작분류단위(Operational taxonomic units)를 의미하고, "GalNAc"란 N-아세틸갈락토오스아민(N-acetylgalactosamine)을 의미하고, "KO"란 교토 대학의 유전자와 게놈의 데이터 베이스(KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) Orthology)를 의미한다.As used herein, "AD" refers to Atopic Dermatitis, "SCFA" refers to short chain fatty acid, and "OTU" refers to operational taxonomic units. In addition, "GalNAc" means N-acetylgalactosamine, and "KO" means a database of genes and genomes of Kyoto University (KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) Orthology).
상기 목적을 달성하기 위한 일 양태에 따르면, 서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열을 유효성분으로 포함하는 바이오마커 조성물을 제공한다.According to an aspect for achieving the above object, it provides a biomarker composition comprising the base sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient.
서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열을 유효성분으로 포함하는 바이오마커 조성물은, 질환을 갖고 있거나 의심되는 다양한 개체의 시료로부터 서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열을 포함하는 다양한 질병의 존재 여부를 조사할 수 있다. Biomarker composition comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient, the presence or absence of various diseases including the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 from a sample of various individuals with or suspected a disease Can be investigated.
서열번호 1 및 서열번호 2의 염기서열은 다음과 같다(도 4a-d 참조).The base sequences of SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 are as follows (see FIGS. 4A-D).
서열번호 1 - AGAGATGAGGAGCTTGCTCTTCAAATCSEQ ID NO: 1-AGAGATGA G GAG C TTGCTCTTCA A ATC
서열번호 2 - ACGGCTCGGCATCGAGCAGAGGGAAAAGGAGTGATSEQ ID NO: 2-AC G G C TCGGCAT CGA G CAG A GGGAAAAGGAG TG AT
도 4b를 참고하면, F06 V1 영역의 염기서열은 서열번호 1에 한정되지 않고, 각각 염기 위치 9에서 G 또는 A를, 염기 위치 13에서 C 또는 T를, 염기 위치 24에서 A 또는 G를 가질 수 있다(position 9(G, A), position 13(C, T), position 24(A, G)). 한편, 도 4b를 참고하면, F06 V2 영역의 염기서열은 서열번호 2에 한정되지 않고, 각각 염기 위치 3에서 G 또는 A를, 염기 위치 5에서 C 또는 G를, 염기 위치 16에서 G 또는 C를, 염기 위치 20에서 A 또는 G를, 염기 위치 32에서 T 또는 C를, 염기 위치 33에서 G 또는 A를 가질 수 있다(position 3(G, A), position 5(C, G), position 16(G, C), position 20(A, G), position 32(T, C), position 33(G, A)). Referring to FIG. 4B, the nucleotide sequence of the F06 V1 region is not limited to SEQ ID NO: 1, and may have G or A at base position 9, C or T at base position 13, and A or G at base position 24, respectively. (Position 9 (G, A), position 13 (C, T), position 24 (A, G)). On the other hand, referring to Figure 4b, the base sequence of the F06 V2 region is not limited to SEQ ID NO: 2, G or A at base position 3, C or G at base position 5, G or C at base position 16, respectively , A or G at base position 20, T or C at base position 32, G or A at base position 33 (position 3 (G, A), position 5 (C, G), position 16 ( G, C), position 20 (A, G), position 32 (T, C), position 33 (G, A)).
본 발명의 일 예로, 바이오마커 조성물은, F. prausnitzii의 아종(F06)을 검출하는 바이오마커 조성물이다.In one embodiment of the present invention, the biomarker composition is a biomarker composition for detecting a subspecies (F06) of F. prausnitzii .
서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열은, 마이크로바이옴에서 F. prausnitzii의 아종(F06)을 검출하는 바이오마커 조성물이다. F . prausnitzii의 아종(F06)과 관련된 질병이라면, 질병의 종류와 무관하게 상기 바이오마커 조성물을 이용할 수 있다. The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, A biomarker composition for detecting subspecies (F06) of F. prausnitzii in microbiomes . F. If the disease is associated with a subspecies of prausnitzii (F06), the biomarker composition may be used regardless of the type of disease.
본 발명의 또 다른 일 예로, 바이오마커 조성물은 아토피 피부염 진단용 바이오마커 조성물이다.In another embodiment of the present invention, the biomarker composition is a biomarker composition for diagnosing atopic dermatitis.
서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열을 나타내는 V1-V2 시퀀스에 기반했을 때, 아토피 피부염 마이크로바이옴에서 크게 증가된 것을 확인할 수 있었다(도 3a-c 참조). 특히, 아토피 피부염 마이크로바이옴에서 F06의 증가는 모든 연령에 공통적으로 나타났지만, 1살 이하 그룹에서 특히 두드러지는 것을 보면, F. prausnitzii 아종(F06)이 아토피 피부염 질환의 발병에 관여하고 있음을 보여준다. 이와 같이 아토피 피부염 질환의 진단에 적절한 것으로 확인되었으나, 서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열을 나타내는 질병의 진단에 이용될 수 있는 것이라면, 아토피에 한정되지 않는다. Based on the V1-V2 sequence representing the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, it was confirmed that the increase in the atopic dermatitis microbiome (see Figure 3a-c). In particular, the increase in F06 in atopic dermatitis microbiomes was common to all ages, but especially prominent in the one-year-old group indicates that F. prausnitzii subspecies (F06) is involved in the development of atopic dermatitis disease. . Although it has been found to be suitable for the diagnosis of atopic dermatitis disease as described above, if it can be used for the diagnosis of a disease showing the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 is not limited to atopy.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 바이오마커 조성물은 서열번호 1 또는 서열번호 2와 97% 이상의 서열 동일성을 갖는 염기서열을 유효성분으로 포함하는 바이오마커 조성물이다. According to another aspect of the present invention, the biomarker composition is a biomarker composition comprising a nucleotide sequence having at least 97% sequence identity with SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient.
실제로 한국인에서, 서열번호 1의 염기 위치 9, 13, 24 및 서열번호 2의 염기 위치 3, 5, 16, 20, 32, 33의 염기에서 다양성이 발견되었다. 따라서, 서열번호 1의 염기 위치 9, 13, 24 및 서열번호 2의 염기 위치 3, 5, 16, 20, 32, 33의 염기는 각각 다양하게 대체될 수 있다. 바람직하게는, 서열번호 1 또는 서열번호 2는 각각 전체 서열의 97% 이상의 서열 동일성을 갖고 대체될 수 있다. 구체적으로, 서열번호 1의 염기 위치 9의 G는 A로, 염기 위치 13의 C는 T로, 염기 위치 24의 A는 G로 대체될 수 있고, 서열번호 2의 염기 위치 3의 G는 A로, 염기 위치 5의 C는 G로, 염기 위치 16의 G는 C로, 염기 위치 20의 A는G로, 염기 위치 32의 T는 C로, 염기 위치 33의 G는 A로 각각 대체될 수 있다. 즉, 바이오마커 조성물은 서열번호 1 또는 서열번호 2와 통상적인 세균 16S rRNA 유전자의 동질적 다양성 범위 내인 97% 이상의 서열 동일성을 갖는 염기서열을 유효성분으로 포함하는 바이오마커 조성물을 포함한다.Indeed, in Koreans, diversity was found in bases 9, 13, 24 of SEQ ID NO: 1 and in bases 3, 5, 16, 20, 32, 33 of SEQ ID NO: 2. Thus, the base positions 9, 13, 24 of SEQ ID NO: 1 and the base positions 3, 5, 16, 20, 32, 33 of SEQ ID NO: 2 may each be variously replaced. Preferably, SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 may each be replaced with at least 97% sequence identity of the total sequence. Specifically, G in base position 9 of SEQ ID NO: 1 may be replaced by A, C in base position 13 by T, A in base position 24 by G, and G in base position 3 of SEQ ID NO: 2 by A , C at base position 5 may be replaced with G, G at base position 16 with C, A at base position 20 with G, T at base position 32 with C, and G at base position 33 with A, respectively. . That is, the biomarker composition includes a biomarker composition comprising an nucleotide sequence having at least 97% sequence identity within the range of homogeneous diversity of the normal bacterial 16S rRNA gene with SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열을 유효성분으로 포함하는 바이오마커 조성물을 포함하는 진단용 키트를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a diagnostic kit comprising a biomarker composition comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient.
개체로부터 분리된 핵산 시료를 제공하는 경우, 서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열을 포함하는 조성물을 진단하는 진단용 키트, 바람직하게는 아토피 피부염 진단을 위한 진단용 키트를 제공한다. 한편, 진단용 키트는 F. prausnitzii의 아종(F06)과 관련된 질병이라면, 질병의 종류와 무관하게 이용할 수 있다. 그리고, 아토피 피부염 질환의 진단에 적절한 것으로 확인되었으나, 서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열을 나타내는 질병의 진단에 이용될 수 있는 것이라면, 아토피에 한정되지 않는다. When providing a nucleic acid sample isolated from an individual, a diagnostic kit for diagnosing a composition comprising a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, preferably a diagnostic kit for diagnosing atopic dermatitis. On the other hand, the diagnostic kit can be used irrespective of the type of disease, as long as it is associated with a subspecies of F. prausnitzii (F06). And although it was confirmed that it is suitable for the diagnosis of atopic dermatitis disease, if it can be used for the diagnosis of the disease which shows the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, it is not limited to atopy.
한편, 서열번호 1 또는 서열번호 2와 각각 97% 이상의 서열 동일성을 갖는 염기서열을 유효성분으로 포함하는 바이오마커 조성물을 포함하는 진단용 키트를 제공한다.On the other hand, it provides a diagnostic kit comprising a biomarker composition comprising a base sequence having SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 and more than 97% sequence identity respectively.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 분리된 핵산 시료를 제공하는 단계; 및 서열번호 1 또는 서열번호 2를 포함하는 염기서열을 인식하는 단계를 포함하는, 정보 제공 방법을 제공한다.According to another aspect of the invention, providing an isolated nucleic acid sample; And recognizing a nucleotide sequence comprising SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2.
개체로부터 분리된 핵산 시료를 제공한 후, 서열번호 1 또는 서열번호 2를 포함하는 염기서열을 인식하여 다양한 질병의 조기 진단 및 예후 진단에 필요한 유용한 정보, 바람직하게는 아토피 피부염 진단에 필요한 유용한 정보를 제공할 수 있다.After providing a nucleic acid sample isolated from an individual, the base sequence including SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 is recognized to provide useful information for early diagnosis and prognosis of various diseases, preferably useful information for diagnosing atopic dermatitis. Can provide.
본 발명의 일 예에 따르면, 서열번호 1 또는 서열번호 2를 포함하는 염기서열을 인식하는 단계는, F. prausnitzii의 아종(F06)을 검출하는 단계를 포함하는, 정보 제공 방법을 제공한다.According to one embodiment of the invention, the step of recognizing the nucleotide sequence comprising SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, provides a method of providing information, comprising the step of detecting the subspecies (F06) of F. prausnitzii .
개체로부터 분리된 핵산 시료를 제공한 후, 서열번호 1 또는 서열번호 2를 포함하는 염기서열을 인식하여 F. prausnitzii의 아종(F06)을 검출하는 정보 제공 방법, 특히 이 세균이 관련된 아토피 피부염을 진단하기 위한 정보 제공 방법을 제공할 수 있다.A method of providing information for detecting a subspecies (F06) of F. prausnitzii by recognizing a nucleotide sequence comprising SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 after providing a nucleic acid sample isolated from an individual, in particular, diagnosing atopic dermatitis associated with this bacterium It can provide an information providing method for.
본 발명의 일 예에 따르면, 서열번호 1 또는 서열번호 2를 포함하는 염기서열은, 서열번호 1 또는 서열번호 2와 97% 이상의 서열 동일성을 갖는 염기서열인, 정보 제공 방법이다.According to one embodiment of the present invention, the base sequence comprising SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 is an information providing method, which is a base sequence having 97% or more of sequence identity with SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2.
실제로 한국인에서, 서열번호 1의 염기 위치 9, 13, 24 및 서열번호 2의 염기 위치 3, 5, 16, 20, 32, 33의 염기에서 다양성이 발견되었다. 따라서, 서열번호 1의 염기 위치 9, 13, 24 및 서열번호 2의 염기 위치 3, 5, 16, 20, 32, 33의 염기는 각각 다양하게 대체될 수 있다. 바람직하게는, 서열번호 1 또는 서열번호 2는 각각 전체 서열의 97% 이상의 서열 동일성을 갖고 대체될 수 있다. 구체적으로, 서열번호 1의 염기 위치 9의 G는 A로, 염기 위치 13의 C는 T로, 염기 위치 24의 A는 G로 대체될 수 있고, 서열번호 2의 염기 위치 3의 G는 A로, 염기 위치 5의 C는 G로, 염기 위치 16의 G는 C로, 염기 위치 20의 A는G로, 염기 위치 32의 T는 C로, 염기 위치 33의 G는 A로 각각 대체될 수 있다. 즉, 바이오마커 조성물은 서열번호 1 또는 서열번호 2와 통상적인 세균 16S rRNA 유전자의 동질적 다양성 범위 내인 97% 이상의 서열 동일성을 갖는 염기서열을 유효성분으로 포함하는 바이오마커 조성물을 포함한다.Indeed, in Koreans, diversity was found in bases 9, 13, 24 of SEQ ID NO: 1 and in bases 3, 5, 16, 20, 32, 33 of SEQ ID NO: 2. Thus, the base positions 9, 13, 24 of SEQ ID NO: 1 and the base positions 3, 5, 16, 20, 32, 33 of SEQ ID NO: 2 may each be variously replaced. Preferably, SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 may each be replaced with at least 97% sequence identity of the total sequence. Specifically, G in base position 9 of SEQ ID NO: 1 may be replaced by A, C in base position 13 by T, A in base position 24 by G, and G in base position 3 of SEQ ID NO: 2 by A , C at base position 5 may be replaced with G, G at base position 16 with C, A at base position 20 with G, T at base position 32 with C, and G at base position 33 with A, respectively. . That is, the biomarker composition includes a biomarker composition comprising an nucleotide sequence having at least 97% sequence identity within the range of homogeneous diversity of the normal bacterial 16S rRNA gene with SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient.
본 발명의 서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열을 유효성분으로 포함하는 바이오마커 조성물, 이러한 조성물을 포함하는 진단용 키트는, 전세계적으로 높은 발병률을 보이고 있는 아토피 피부염의 진단 및 치료에 효과적으로 이용될 것으로 보인다. Biomarker composition comprising a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 of the present invention as an active ingredient, diagnostic kit comprising such a composition, can be effectively used for the diagnosis and treatment of atopic dermatitis, which shows a high incidence in the world Seems to be.
본 발명을 이용하면, 특정 염기서열을 갖는 F. prausnitzii의 아종(F06)의 유무를 유용하게 판별할 수 있고, 특히, 아토피 피부염이 발병하기 이전에 손쉽고 정확하게 발병 가능성 여부를 진단할 수 있어, 아토피 피부염이 발생하기 전과 후의 개체 모두에 매우 유용하게 이용될 수 있다.By using the present invention, the presence or absence of a subspecies (F06) of F. prausnitzii having a specific nucleotide sequence can be usefully determined, and in particular, it is possible to easily and accurately diagnose the onset of atopic dermatitis before the onset of atopic dermatitis. It can be very useful for both individuals before and after dermatitis.
도 1a는 장내 마이크로바이옴의 알파 다양성 프로파일을 나타내고, 도 1b는 장내 마이크로바이옴의 베타 다양성 프로파일을 나타내고, 도 1c는 엔테로 타입 분석을 나타내고, 도 1d는 Ruminococcus, Parabacteroides, faecalibacterium, Escherichia/shigella의 상대 존재비(%)를 나타내는 도면이다.FIG. 1A shows the alpha diversity profile of the intestinal microbiome, FIG. 1B shows the beta diversity profile of the intestinal microbiome, FIG. 1C shows the enterotype analysis, and FIG. 1D shows Ruminococcus, Parabacteroides, faecalibacterium, Escherichia / shigella It is a figure which shows the relative abundance ratio (%).
도 2a는 RFE-SVM 분석을 수행한 결과를 히스토그램으로 나타낸 것이고, 도2b는 탑 선별 OTUs를 함유하는 박테리아 클래드의 리스트를 나타낸 것이다.FIG. 2A shows a histogram of the results of the RFE-SVM analysis, and FIG. 2B shows a list of bacterial clads containing top select OTUs.
도 3a는 아토피 환자와 비환자를 구분할 수 있는 조작분류단위(Operational taxonomic unit, OTU)를 선별하기 위한 F. prausnitzii OTUs의 계통도를 나타내고, 도 3b는 OUT 존재량을 나타내고, 도 3c는 F06의 존재량을 나타낸다.FIG. 3A illustrates F. prausnitzii for selecting an Operational Taxonomic Unit (OTU) to distinguish atopic patients from non-patients. The schematic diagram of OTUs is shown, FIG. 3B shows the OUT abundance, and FIG. 3C shows the abundance of F06.
도 4a는 F. prausnitzii 스트레인의 16S rRNA 유전자 내 V1-V2 영역을 나타내고, 도 4b는 F06 V1의 공통서열을 나타내고, 도 4c는 전체 F06 454 분석을 나타내고, 도 4d는 V1 시퀀스의 상대적인 존재비를 나타낸다.FIG. 4A shows the V1-V2 region in the 16S rRNA gene of the F. prausnitzii strain, FIG. 4B shows the consensus sequence of F06 V1, FIG. 4C shows the entire F06 454 analysis, and FIG. 4D shows the relative abundance of the V1 sequence .
도 5a는 AD 마이크로바이옴에서 현저히 변화되는 히트 맵을 나타내고, 도 5b는, F. prausnitzii의 5개의 strain인 A2-165, M21/2, L2-6, S3L/3, KLE1255의 유전자의 시퀀스를 나타낸다.Figure 5a shows a heat map that changes significantly in the AD microbiome, Figure 5b shows a sequence of the genes A2-165, M21 / 2, L2-6, S3L / 3, KLE1255, five strains of F. prausnitzii Indicates.
도 6a는 실험군 및 대조군의 SCFAs의 분석을 나타내는 그래프이고, 도 6b는 F. prausnitzii 스트레인으로부터 부티릴 CoA:아세테이트 CoA-transferase 유전자 프로모터의 활성을 비교한 것이다.Figure 6a is a graph showing the analysis of SCFAs of the experimental group and the control group, Figure 6b is F. prausnitzii The activity of the butyryl CoA: acetate CoA-transferase gene promoter from strains is compared.
도 7은 F. prausnitzii의 기능장애와 관련된 AD의 제안 모델을 나타낸다.Figure 7 shows a proposed model of AD associated with dysfunction of F. prausnitzii .
도 8a는 스트레인 중에서 공통 및 특정 유전자를 나타내는 벤다이어그램이고, 도 8b는 각각의 유전자군에 대한 일루미나 분석 결과를 나타낸다.FIG. 8A is a venn diagram showing common and specific genes among strains, and FIG. 8B shows the result of illumination analysis for each gene group.
이하, 본 발명을 실시예를 기초하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited to the following examples.
본 발명의 발명자는 장내의 특정 세균들이 아토피 질환과 관련이 있을 것이라고 추정하고, 오랜 기간 동안 장내 세균과 아토피의 관련성을 연구하였다. 이러한 관련성을 증명하기 위하여, 아토피 환자 90명(실험군)과 아토피 증상이 없는 42명(대조군)이 연구에 참여하였고, 총 132명의 장내 미생물 군집의 16S rRNA 유전자와 메타게놈을 분석했다. Human Microbiome Project의 참고유전자 데이터와 KEGG Orthology 데이터베이스가 메타게놈 분석에 이용되었다. 아토피 환자들은 SCORAD 시스템을 통해 중증도가 미리 평가되었고, 대조군은 아토피 피부염을 앓은 적이 없는 사람들로 구성되었다. 실험군과 대조군은 모두 대변 샘플을 제공하기 6개월 전 이내에 항생제에 노출되지 않았다. 본 실험의 실험군은 고려대학교 안암병원 외래환자들로부터 제공되었으며, Ethics Commitee에서 본 연구를 승인하였다. 실험군과 대조군으로부터 약 5g의 대변 샘플을 얻었고, DNA를 분리하기 전까지 -80℃에서 보관하였다. 대변 샘플들의 단쇄 지방산(SCFAs; Short-chain fatty acids)은 가스 크로마토그래피 질량 분석계 (gas chromatographic mass spectrometer)를 사용하여 비교 분석 하였다.The inventors of the present invention presumed that certain bacteria in the intestine may be associated with atopy disease, and studied the relationship between intestinal bacteria and atopy for a long time. To demonstrate this association, 90 atopic patients (experimental group) and 42 atopic patients (control group) participated in the study and analyzed 16S rRNA genes and metagenomes of 132 intestinal microbial communities. Reference gene data from the Human Microbiome Project and the KEGG Orthology database were used for the metagenome analysis. Atopic patients were pre-evaluated with severity through the SCORAD system, and the control group consisted of people who had never had atopic dermatitis. Both experimental and control groups were not exposed to antibiotics within 6 months prior to providing stool samples. The experimental group was provided by outpatients from Korea University Anam Hospital and was approved by Ethics Commitee. About 5 g of stool samples were obtained from the experimental and control groups and stored at -80 ° C until DNA was isolated. Short-chain fatty acids (SCFAs) of stool samples were compared using a gas chromatographic mass spectrometer.
실시예Example 1 : DNA 분리 1: DNA separation
샘플은 막자와 막자사발(mortar와 pestle)로 액화질소상에서 분쇄하였고, 400mg의 분쇄된 샘플을 네 개의 마이크로 원심분류 튜브(microcentrifuge tube)에 나누어 옮겨 담았다. 각각의 튜브에는, 0.1mm 직경의 지르코니아/실리카 비드(BioSpec 제품, Bartlesville, OK, USA))가 들어 있는 500㎕ 용액, 추출 버퍼 500㎕(200 mM Tris [pH 8.0], 200 mM NaCl, 20 mM EDTA), 20% SDS의 210㎕, 및 페놀: 클로로포름: 이소아밀알코올 혼합물(25:24:1, pH 7.9)이 들어 있다. The sample was ground on liquefied nitrogen with a mortar and pestle (mortar and pestle), and 400 mg of the ground sample was transferred to four microcentrifuge tubes. Each tube contains 500 μl solution containing 0.1 mm diameter zirconia / silica beads (BioSpec, Bartlesville, OK, USA), 500 μl extraction buffer (200 mM Tris [pH 8.0], 200 mM NaCl, 20 mM). EDTA), 210 μl of 20% SDS, and a phenol: chloroform: isoamyl alcohol mixture (25: 24: 1, pH 7.9).
샘플을 상온에서 2.5분간 비드 비터(Bead beater)로 분쇄하였고, 세균 껍질이 파괴되면서 세균 성분이 흘러 나왔다. DNA는 상층액(supernatant)으로부터 페놀(phenol)/클로로포름(chlroroform)/이소아밀 알코올(isoamyl alcohol)(25:24:1. ph7.9)을 이용해 분리해 내었고 이소프로파놀과 침전되었다. DNA 펠렛(pellet)을 건조시킨 후, TE 버퍼(10mM Tris[pH 8.0], 1mM EDTA)에 용해시켜 농도를 100 ng/μl로 맞추었다.The sample was ground in a bead beater at room temperature for 2.5 minutes, and bacterial components flowed out as the bacterial skin broke. DNA was isolated from the supernatant with phenol / chloroform / isoamyl alcohol (25: 24: 1. Ph7.9) and precipitated with isopropanol. DNA pellets were dried and then dissolved in TE buffer (10 mM Tris [pH 8.0], 1 mM EDTA) to adjust the concentration to 100 ng / μl.
실시예 2 : 16S rRNA 유전자의 V1-V2 지역 염기서열 분석Example 2 V1-V2 region sequencing of 16S rRNA gene
16S rRNA 유전자의 V1-V2 지역을 타겟으로 하는 PCR 반응은, 템플릿 DNA (template DNA) 100 ng, 5 μl의 HotStar PCR buffer(퀴아젠 사(Qiagen), Germantown, MD, USA), 1U의 HotStarTaq DNA polymerase(퀴아젠 사), 그리고 전사와 역전사 프라이머(reverse primer)를 각각 0.4 μ mol/l의 포함하는, 25 μl 반응혼합물(reaction mixture)을 포함하는 각각의 DNA 샘플에서 수행되었다. 정방향 프라이머(forward primer), PCR reactions targeting the V1-V2 region of the 16S rRNA gene consisted of 100 ng of template DNA, 5 μl of HotStar PCR buffer (Qiagen, Germantown, MD, USA), and 1 U of HotStarTaq DNA. Polymerase (Qiagen) and transcription and reverse primers were performed on each DNA sample containing 25 μl reaction mixture, each containing 0.4 μmol / l. Forward primer,
5’-CGTATCGCCTCCCTCGCGCCATCAGNNNNNNNNTC AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’, 는 454 티타늄 어댑터 A(454 Titanium adapter A)(밑줄 그은 뉴클레오티드), 유니크 8-base barcode(8Ns로 표시), linker(디뉴클레오티드 TC), 유니버설 박테리아 프라이머 8F(universal bacterial primer 8F)로 구성되어 있다. 역방향 프라이머 (Reverse primer), 5’- CTATGCGCCTTGCCAGCCCGCTCAG NNNNNNNN CA TGCTGCCTCCCGTAGGAGT-3’는, 454 티타늄 어댑터 B(Titanium adapter B)(밑줄), 유니크 8-base barcode(Ns), linker(CA), 넓은 범위의 박테리아 프라이머 338R(이탤릭체)로 구성되어 있다. 5'- CGTATCGCCTCCCTCGCGCCATCAG NNNNNNNN TC AGAGTTTGATCCTGGCTCAG -3 ', 454 Titanium adapter A (underlined nucleotide), unique 8-base barcode (denoted 8Ns), linker (dinucleotide TC ), universal bacterial primer 8F (universal bacterial primer 8F). Reverse primer, 5'- CTATGCGCCTTGCCAGCCCGCTCAG NNNNNNNN CA TGCTGCCTCCCGTAGGAGT- 3 ', 454 Titanium adapter B (underscore), unique 8-base barcode (Ns), linker ( CA ), wide range of bacteria It consists of the primer 338R (italic).
DNA 증폭은, 95°C에서 15분 동안 이루어졌고, 계속해서 95°C에서 30초 동안, 그리고, 52°C에서 30초 동안 34 cycle, 72°C에서 1분 동안, 마지막 연장 72°C에서 5분 동안 이루어졌다. PCR 생산물은, QIAquick PCR Purification Kit(퀴아젠 사)를 사용하여 얻었다. 증폭산물(amplicon)들은 피코그린 어세이(PicoGreen Assay)를 이용하여 정량하였고, TE 버퍼에서 1 X 109 molecules/μl로 희석되었다. 454FLX 티타늄 피로시퀀싱(454FLX Titanium pyrosequencing)을 위해 같은 양의 산물을 사용하여 시퀀싱 라이브러리(sequencing library)가 만들어 졌다.DNA amplification, was done for 15 minutes at 95 ° C, continue for 30 seconds at 95 ° C, then for one minute at 34 cycle, 72 ° C for at 52 ° C 30 seconds, at the end extension 72 ° C For 5 minutes. PCR products were obtained using a QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen). An amplification product (amplicon) are the Pico green assay was quantified using the (PicoGreen Assay), it was diluted in TE buffer with 1 X 10 9 molecules / μl. A sequencing library was created using the same amount of product for 454FLX Titanium pyrosequencing.
실시예 3 : 454 sequencing reads 분석Example 3: 454 sequencing reads analysis
바코드 태그가 붙어 있는 16S rRNA 유전자 V1-V2 영역 시퀀스 리드(V1-V2 region sequence reads)는 QIIME 파이프라인을 사용하여 분석하였다. 5’ 이나 3’ 끝쪽의 시퀀스가 없거나 1개 이상의 불분명한 염기서열이 있는 시퀀스는 제외시켰다. 16S rRNA gene V1-V2 region sequence reads tagged with barcodes were analyzed using the QIIME pipeline. Sequences without the 5 'or 3' end or with one or more unclear sequencing were excluded.
그 후 모든 프라이머 시퀀스를 제거하였고, 250 bp가 안 되는 트림 시퀀스(trimmed sequence)도 제외시켰다. 나머지 시퀀스들은 조작분류단위(OTUs)로 CD-HIT를 이용해서 97% 시퀀스 동일성(sequence similarity)을 기준으로 분류되었고 RDP 분류기(RDP classifier)를 이용해서 0.5% 컨피던스 스코어(confidence score)를 기준으로 계통분류 되었다. 키메라 시퀀스(Chimera sequence)들은 QIIME 파이프라인의 키메라 슬레이어(ChimeraSlayer)와 블래스트 단편(BlastFragment)을 이용해서 제거하였다. 샤논 인덱스(Shannon index)는 장내 미생물(microbiota)의
Figure PCTKR2016010511-appb-I000001
-다양성(
Figure PCTKR2016010511-appb-I000002
-diversity)을 알기 위하여 계산되었고, β-다양성(β-diversity) 분석을 위한 비가중 UniFrac(unweighted UniFrac) 이나 브레이-커티스 거리 메트릭스(Bray-Curtis distance metrics)는 QIMME 스크립(QIMME scripts)을 이용해 만들어졌다.
All primer sequences were then removed and trimmed sequences less than 250 bp were also excluded. The remaining sequences were classified based on 97% sequence similarity using CD-HIT as OTUs and based on 0.5% confidence score using RDP classifier. Was classified. Chimera sequences were removed using the ChimeraSlayer and BlastFragment of the QIIME pipeline. Shannon index is used to determine the intestinal microbiota.
Figure PCTKR2016010511-appb-I000001
-Diversity(
Figure PCTKR2016010511-appb-I000002
Calculated to know -diversity, unweighted UniFrac or Bray-Curtis distance metrics for β-diversity analysis were created using QIMME scripts lost.
엔테로 타입(Enterotype) 분석은, 젠슨-샤논 다양성 알고리즘(Jensen-Shannon divergence algorithm)을 통해 만든 유전자 레벨 거리 매트릭스(genus-level distance matrix)를 사용하였고, PAM 클러스터 알고리즘(partitioning around medoids clustering algorithm)을 이용해서 수행했다. 엔테로 타입 클러스터(Enterotype cluster)의 최적 숫자를 알기 위해 칼린스키-하라바츠 인덱스(Calinski-Harabasz index)가 계산되었다(도 1a-d 참조).Enterotype analysis uses a gene-level distance matrix created by the Jensen-Shannon divergence algorithm, and uses a partitioning around medoids clustering algorithm. I did it. The Calinski-Harabasz index was calculated to know the optimal number of Enterotype clusters (see FIGS. 1A-D).
454 시퀀싱 리드(454 sequencing reads)는 CD-HIT을 이용하여 OTU 분석을 하거나 별도로 에스프릿(ESPRIT)을 이용하여 분류군 비의존적인 OTU(taxon-independent OTU)를 만들어 분석하기도 했다. 이러한 OTU로 만든 OTU 함량 매트릭스(OTU abundance matrix)는 RFE-SVM(recursive feature elimination support vector machine)을 사용하여, 아토피 환자와 비환자 사이에서 가장 특징적인 OTU를 찾는 데에 이용하였다. 최소한 30%의 샘플에서 존재 하지 않는 OTU은 노이즈 레벨을 줄이기 위해 데이터에서 제외시켰다. 선택된 특징적인 OTU set을 이용해서, 아토피 마이크로바이옴(AD-microbiota)를 구분하는 예측 정확도(prediction accuracy)를 측정하기 위해서 리브 원 아웃 교차 검증(leave-one-out cross-validation)을 사용하였다.The 454 sequencing reads were analyzed by OTU using CD-HIT or by taxon-independent OTU (ESTUIT). The OTU abundance matrix made of this OTU was used to find the most characteristic OTU between atopic patients and non-patients using a recursive feature elimination support vector machine (RFE-SVM). OTUs not present in at least 30% of samples were excluded from the data to reduce noise levels. Using a selected characteristic OTU set, leave-one-out cross-validation was used to measure the prediction accuracy that distinguishes AD-microbiota.
실시예Example 4 : 전체 유전차 시퀀싱과  4: full genetic difference sequencing 시퀀스sequence 분석 analysis
8개의 샘플(실험군과 대조군 각각 4개의 샘플)로부터 일루미나 HiSeq2000 (Illumina HiSeq2000)를 이용해서 전체 유전자 시퀀스(whole-genome sequence)를 얻었다. 약 400 bp의 조각으로 이루어진 DNA 라이브러리(DNA library)를 만들어서, 101 bp의 페어드 엔드 리드(paired-end reads)를 얻었다. Whole-genome sequences were obtained from the eight samples (four samples in the experimental and control groups) using Illumina HiSeq2000 (Illumina HiSeq2000). A DNA library consisting of about 400 bp fragments was made to obtain 101 bp paired-end reads.
CLC 게놈 워크벤치(CLC Genomic Workbench)를 사용해서 시퀀스 분석을 했다. 로우 퀄러티 리드(Low-quality reads)는 다음의 기준에 의해 제외되었다: 퀄러티 스코어(quality score) 0.05 미만인 모든 시퀀스 또는 2개 이상의 불분명한 염기서열이 있는 시퀀스, 15 bp보다 짧은 시퀀스도 제외 되었다. 메타게놈(Metagenome)의 기능 분석은, HUMAnN v0.99를 사용하여 수행 하였다. 모든 BacteroidesFaecalibacterium genome(bfg, bhl, bsa, bxy, bdo, bdh, bacc, fpr, 및 fpl)은 KEGG Orthology (KO) database v54에 포함시켜서 분석에 사용하였다. 일루미나 리드(Illumina reads)를 USEARCH v8.0을 사용하여 KO 데이터베이스에 번역 블래스트 서치(translated BLAST search)를 하였다. 결과는 HUMAnN으로 정리하였고, 실험군과 대조군의 평균화된 이종상동성 유전자군 함량(normalized orthologous gene family abundances)을 비교하였다. Sequence analysis was performed using the CLC Genomic Workbench. Low-quality reads were excluded by the following criteria: quality score All sequences less than 0.05 or sequences with two or more unclear sequences, sequences shorter than 15 bp were also excluded. The functional analysis of Metagenome was performed using HUMAnN v0.99. All Bacteroides and Faecalibacterium genomes (bfg, bhl, bsa, bxy, bdo, bdh, bacc, fpr, and fpl) were included in the KEGG Orthology (KO) database v54 for analysis. Illumina reads were translated BLAST search to KO database using USEARCH v8.0. The results were summarized by HUMAnN, and the averaged orthologous gene family abundances of the experimental and control groups were compared.
실시예Example 5 : 5개의5: 5 F. F. prausnitziiprausnitzii 스트레인의  Strain pangenomepangenome 분석 analysis
5개의 F. prausnitzii 스트레인의 게놈 시퀀스는 Human Microbiome Project (HMP) website (http://www.hmpdacc.org/)에서 다운로드 받아서 pan-genome 비교분석을 하였다. 각 스트레인으로부터 얻은 코딩 시퀀스(coding sequence, CDS)는 BLASTP를 사용하여 비교하여 아미노산 유사성과 매칭 영역 70% 이상을 기준으로 분별 오솔로그(discrete ortholog)로 정리하였다. CDS들은 le-5의 BLASTP 히트 e-밸류 컷오프(BLASTP hit e-value cutoff of 1e-5)를 기준으로 KO 데이터베이스를 이용해서 정리했다.Genome sequence of the five strains F. prausnitzii receives downloaded from the Human Microbiome Project (HMP) website ( http://www.hmpdacc.org/) was a pan-genome comparative analysis. Coding sequences (CDS) obtained from each strain were summarized by discrete orthologs based on amino acid similarity and matching region of 70% or more when compared to BLASTP. CDSs were compiled using a KO database based on the BLASTP hit e-value cutoff of 1e-5 of le-5.
일루미나(Illumina) HiSeq2000 전체 메타 게놈 리드는 CLC 게놈 워크벤치를 사용해서 5개의 F. prausnitzii genome에 맵핑하였다. 모두 10.14%의 일루미나 리드가 F. prausnitzii genome에 맵핑되었다.Illumina HiSeq2000 Full Meta Genome Read was performed using five CL F genome workbenches. mapped to genome. In all, 10.14% of the Illumina leads were mapped to the F. prausnitzii genome.
실시예Example 6 :  6: 샘플내의In sample SCFASCFA 측정 Measure
샘플은 액화질소와 함께 막자와 막자 사발로 분쇄한 후, 약 0.1g을 2 ml 마이크로 원심분리 튜브(microfuge tube)에 옮겼다. 분쇄한 샘플이 담긴 튜브에 내부 표준(60 μl의 0.25 mmol/l 4-메틸발레르산)을 넣어 SCFAs 측정에 사용하였다. 샘플들을 20 μl의 33% 염화수소(HCl)로 산 처리한 후, 디에틸 에테르(diethyl ether)를 가하고 10분간 와류시켰다. 디에틸 에테르 층을 원심 분리한 후 새 튜브로 옮겼다. 동일한 과정을 한 번 더 반복한 후, 두 개의 추출물로부터 디에틸 에테르 상을 혼합하였다. 60 μl의 추출물과 20 μl의 N-터트-부틸디메틸실리-N-메틸트리플루오로아세트아마이드(N-tert-butyldimethylsilyl-N-methyltrifluoroacetamide)를 가스 크로마토그래피 오토샘플러 바이알(gas chromatography autosampler vial)의 유리 인서트(glass insert)에서 섞은 후 상온에서 2시간 방치하였다. 이렇게 준비된 샘플들에 가스 크로마토그래피 중량 분석을 수행하였다. D-락테이트(D-lactate)와 L-락테이트(L-lactate)의 비율은 메가자임 효소 키트 (Megazyme, Ireland)를 사용하여 구했다.The sample was ground with a liquid nitrogen into a mortar and pestle and about 0.1 g was transferred to a 2 ml microfuge tube. An internal standard (60 μl of 0.25 mmol / l 4-methylvaleric acid) was added to a tube containing the ground sample and used for measuring SCFAs. The samples were acid treated with 20 μl of 33% hydrogen chloride (HCl), then diethyl ether was added and vortexed for 10 minutes. The diethyl ether layer was centrifuged and then transferred to a new tube. After repeating the same procedure once more, the diethyl ether phases were mixed from the two extracts. 60 μl of extract and 20 μl of N- tert- butyldimethylsilyl-N-methyltrifluoroacetamide were freed from a gas chromatography autosampler vial. After mixing in an insert (glass insert) and left at room temperature for 2 hours. Gas chromatography weight analysis was performed on the samples thus prepared. The ratio of D-lactate and L-lactate was determined using the Megazyme enzyme kit (Megazyme, Ireland).
동결 샘플(0.1g)은 0.1M 트리에탄올아민 버퍼(pH 9.15) 1ml에서 녹이고 4℃에서 10분간 14,000으로 원심 분리하였다. 상층액은 6.1N 트리클로로아세트산(10% 최종 농도)으로 침전시켜 4℃에서 10분간 4500g으로 원심 분리하였다. 침전된 상층액은 젖산 레벨을 측정하기 위해 사용되었다.Frozen samples (0.1 g) were dissolved in 1 ml of 0.1 M triethanolamine buffer (pH 9.15) and centrifuged at 14,000 for 10 minutes at 4 ° C. The supernatant was precipitated with 6.1N trichloroacetic acid (10% final concentration) and centrifuged at 4500g at 4 ° C for 10 minutes. The precipitated supernatant was used to measure the lactic acid level.
실시예Example 7 : Promoter 활성 분석 7: Promoter Activity Assay
5개의 F. prausnitzii 스트레인(FP2_20620 for strain L2-6, FAEPRAA2165_01575 for strain A2-165, HMPREF9436_00973 for strain KLE1255, FPR_29560 for strain SL3/3 and FAEPRAM212_02812 for strain M21/2)에서 Butyryl CoA:acetate CoA-transferase 유전자의 프로모터 활성을 비교하기 위해서, 프로모터 프루브 벡터 pLKC481을 사용해서 각 유전자의 프로모터에 lacZY fusion을 만들었고, 플라스미드 구성물(plasmid construct)을 Escherichia coli DN5
Figure PCTKR2016010511-appb-I000003
로 옮겼다. 서로 다른 pLKC481 구성물을 함유하는 E. coli 스트레인은, LB 배지(broth)에서 미드 로그 상(mid-log phase) (OD600 = 0.7)까지 배양시킨 후, 얼음 위에 20 분간 방치해 두었다. 각 샘플을 2 ml씩 취하여, 펠렛을 얻고 Z 버퍼에 다시 풀었다. 프로모터 활성도를 나타내는 β-갈락토시다아제 활성(β-galactosidase activity)은 O-니트로페닐-β-D-갈락토시드(O-nitrophenyl-β-D-galactoside)를 기재로 사용하여 측정하였고, 아래 수식을 이용해서 밀러 유닛(Miller unit)을 계산 하였다.
Butyryl CoA: acetate CoA-transferase gene in five F. prausnitzii strains (FP2_20620 for strain L2-6, FAEPRAA2165_01575 for strain A2-165, HMPREF9436_00973 for strain KLE1255, FPR_29560 for strain SL3 / 3 and FAEPRAM212_02812 for strain M21 / 2) To compare promoter activity, lacZY fusions were made to the promoters of each gene using the promoter probe vector pLKC481, and the plasmid construct was Escherichia. coli DN5
Figure PCTKR2016010511-appb-I000003
Moved to. E. coli strains containing different pLKC481 constructs were incubated in LB broth to the mid-log phase (OD600 = 0.7) and left on ice for 20 minutes. 2 ml of each sample was taken, pellets were taken again in Z buffer. Β-galactosidase activity showing promoter activity was measured using O-nitrophenyl-β-D-galactoside as a substrate, below. Miller unit was calculated using the equation.
1000 x (OD420 - 1.75 x OD550) / (인큐베이션 시간[min] x 용량[ml] x OD600)1000 x (OD420-1.75 x OD550) / (Incubation time [min] x Capacity [ml] x OD600)
이하에서는, 도면을 기초로 본 발명을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be specifically described based on the drawings.
도 1a는 장내 마이크로바이옴의 알파 다양성 프로파일을 나타내고, 도 1b는 장내 마이크로바이옴의 베타 다양성 프로파일을 나타내고, 도 1c는 엔테로 타입 분석을 나타내고, 도 1d는 Ruminococcus, Parabacteroides, faecalibacterium, Escherichia/shigella의 상대 존재비(%)를 나타내는 도면이다.FIG. 1A shows the alpha diversity profile of the intestinal microbiome, FIG. 1B shows the beta diversity profile of the intestinal microbiome, FIG. 1C shows the enterotype analysis, and FIG. 1D shows Ruminococcus, Parabacteroides, faecalibacterium, Escherichia / shigella It is a figure which shows the relative abundance ratio (%).
90명의 실험군 및 43명의 대조군으로부터 장 마이크로바이옴의 DNA를 샘플에서 분리하였고, 16S rRNA 유전자의 V1-V2 부분을 증폭시켜 454 테크놀로지를 통해 염기 서열을 분석하였다. 시퀀스 리드는, 로우 퀄러티 시퀀스를 제거한 후, 평균 시퀀싱 뎁스(sequencing depth)가 6,604 인 것으로 확인되었다. 아토피 환자와 비환자의 마이크로바이옴에서는 미생물 알파 다양성(?-diversity)에서 큰 차이점이 발견되지 않았다(도 1a의 그래프 참조). 미생물 베타 다양성(조성)(β-diversity)에서도 환자와 비환자 사이에 큰 차이가 없었다 (도 1b의 그래프 참조). 마이크로바이옴은, 주류 세균 그룹에 기초하여 특정 엔테로 타입으로 지정될 수 있다. 132개의 마이크로바이옴은 둘 중의 한 엔테로 타입, 즉 Bacteroides 또는 Prevotella type으로 구분되었으나, 아토피 피부염은 어느 한 쪽으로 치우치지는 않았다(도 1c의 그래프 참조). 결론적으로, 아토피 피부염에 있어서 마이크로바이옴의 전반적 변화는 두드러지게 나타나지 않았다. 그러나, 특정 세균 그룹이 연령별로 나눈 그룹에서 실험군과 대조군 사이에 유의미한 차이를 보였다(도 1b의 그래프 참조). 장내 세균(Enterobacteriaceae)에 속하는 세균들의 증가와 락토바실러스, 비피도박테리아(Lactobacillus, Bifidobacterium) 세균들의 감소가 아토피 피부염 환자들에게 나타났다는 점이 보고된 바가 있으나, 본 실험에서는 이러한 경향이 나타나지 않았다. 이전 연구를 통해 아토피와 관련성이 있다고 보고된 세균들 중에는, 아토피와 직접적으로 관련이 있다기 보다는 건강하지 않은 장내 환경에서 기회적으로 성장이 증가된 균들이 포함되어 있을 수 있다. 아토피와 관련이 있는 세균들 중에는 직접적으로 병원성을 갖고 있을 수도 있고, 단순히 손상된 장 환경이 성장에 유리하게 작용하는 경우가 있을 수 있다. 아토피에 중요한 역할을 하는 병원성 세균은, 한 종이거나 특정 세균이 군집된 형태일 수 있고, 모든 아토피 환경에서 증가되어 있을 수 있다. 반면에, 질환환경을 단순히 잘 활용하는 세균에는 다양한 종류가 포함될 수 있다. 이들은 종합적으로는 아토피 환경에서 증가된 것으로 보일 수 있으나, 개별 샘플에는 존재하지 않을 수도 있다. 이런 패턴을 고려할 때, 아토피 마이크로바이옴에서 늘어난 대부분의 세균들 (도 1a-d 그래프 참조)은 아토피 환경을 단순히 활용하는 균들일 가능성이 높다. 설령 아토피 원인균들이 이들 중에 있더라도, 그들은 적은 수일 것이므로, 많은 다른 세균들에 묻혀져 있어 구분해 내기가 어려울 수 있다.Enteric microbiome DNA was isolated from the samples from 90 experimental groups and 43 controls, and the nucleotide sequence was analyzed by 454 technology by amplifying the V1-V2 portion of the 16S rRNA gene. The sequence read was found to have an average sequencing depth of 6,604 after removing the low quality sequence. No significant differences were found in microbial alpha diversity (? -Diversity) in atopy patients and non-patient microbiomes (see graph in FIG. 1A). There was no significant difference between the patient and the non-patient even in microbial beta diversity (composition) (β-diversity) (see graph in FIG. 1B). Microbiomes can be assigned to specific enterotypes based on mainstream bacterial groups. The 132 microbiomes are either enterotypes of Bacteroides or Although classified as Prevotella type, atopic dermatitis was not biased to either side (see graph of FIG. 1C). In conclusion, the overall change of microbiome in atopic dermatitis was not significant. However, a specific bacterial group showed a significant difference between the experimental and control groups in the age-divided group (see graph of FIG. 1B). It has been reported that the increase of bacteria belonging to enterobacteriaceae and the decrease of Lactobacillus and Bifidobacterium bacteria in patients with atopic dermatitis have not been observed in this experiment. Bacteria that have been reported to be related to atopy in previous studies may include those that have had opportunistic growth in an unhealthy intestinal environment rather than directly related to atopy. Some of the bacteria associated with atopy may be directly pathogenic, or simply a damaged intestinal environment may be beneficial to growth. Pathogenic bacteria that play an important role in atopy can be in the form of a species or a group of specific bacteria and can be increased in all atopic environments. On the other hand, bacteria that simply utilize the disease environment can include a variety of species. They may appear to be increased in an atopic environment overall, but may not be present in individual samples. Given this pattern, most of the bacteria growing in the atopy microbiome (see Figures 1a-d graph) are likely to be simply bacteria that utilize the atopy environment. Even if the atopy-causing organisms are among them, they may be small, so they may be buried in many other bacteria and difficult to distinguish.
도 2a는 RFE-SVM 분석을 수행한 결과를 히스토그램으로 나타낸 것이고, 도2b는 탑 선별 OTUs를 함유하는 박테리아 클래드의 리스트를 나타내고, 도 3a는 아토피 환자와 비환자를 구분할 수 있는 조작분류단위(Operational taxonomic unit, OTU)를 선별하기 위한 F. prausnitzii OTUs의 계통도를 나타내고, 도 3b는 OUT 존재량을 나타내고, 도 3c는 F06의 존재량을 나타낸다.Figure 2a is a histogram showing the results of the RFE-SVM analysis, Figure 2b shows a list of bacterial clads containing top-selected OTUs, Figure 3a is an operational classification unit that can distinguish between atopic patients and non-patients taxonomic unit, OTU) for F. prausnitzii for screening The schematic diagram of OTUs is shown, FIG. 3B shows the OUT abundance, and FIG. 3C shows the abundance of F06.
아토피 환자와 비환자를 구분할 수 있는 탑 선별 OTU(top discriminatory OUT)를 선별하기 위해서 RFE-SVM 분석을 수행하였다. 이 분석에는 분류 독립적인 계층 분류(taxonomy-independent hierarchical classification)기반인 ESPRIT으로 작성된 OTU (보통 종에 해당하는 0.03 distance level로 작성)이 사용되었다. 전체 데이터 중 임의로 선택한 절반이 특징적인 OTU를 선별하기 위한 RFE-SVM 분석의 트레이닝 세트로 사용되었다. 나머지 절반의 데이터는 이 OTU의 아토피 구분능력을 테스트하는 데 사용되었다. 이 OTU들은, 임의로 선택된 OTU의 79.92%에 비해 구분능력에서 88.14%의 높은 정확도를 나타냈다(도 2a의 참조). 탑 선별 OTU 중, 많은 수가 단지 몇 개의 클래드(clade)에 속해 있고, 이들이 모든 연령에 공통적이라는 점을 발견하였다(도 2b의 참조). 이들 중 특히, Faecalibacterium은 아토피 마이크로바이옴에서 매우 증가하는 것으로 나타났다(도 1d의 그래프 참조). Faecalibacterium은 생리학적으로 상이한 두 가지 계통형(phylotype)이 존재하지만, 현재 모두 F. prausnitzii라는 한 종으로 그룹되어 있다.RFE-SVM analysis was performed to select top discriminatory OUT (OTU) to distinguish atopic patients from non-patients. The analysis used an OTU (usually 0.03 distance level corresponding to species) written in ESPRIT, which is based on a taxonomy-independent hierarchical classification. A randomly selected half of the data was used as a training set for RFE-SVM analysis to screen for characteristic OTUs. The other half of the data was used to test the atopy discrimination ability of this OTU. These OTUs showed a high accuracy of 88.14% in discrimination compared to 79.92% of randomly selected OTUs (see FIG. 2A). Among the top-selected OTUs, we found that many belong to only a few clades, and that they are common to all ages (see FIG. 2B). Among these, Faecalibacterium was found to increase very much in atopy microbiomes (see graph in FIG. 1D). Faecalibacterium exists in two physiologically different phylogenies, but is now all grouped into one species, F. prausnitzii .
아토피 관련 Atopy Related F. F. prausnitziiprausnitzii 아종 Subspecies
F. prausnitzii가 아토피 마이크로바이옴에서 두드러지게 나타났다. 이것은, RFE-SVM 모델에서도 제일 중요한 종 중의 하나이고, 인간 장내 마이크로바이옴에서 제일 많이 존재하는 종 중의 하나로서, 인체생리에 중요한 역할을 할 것이라고 추측할 수 있고, 아토피 피부염에도 중요한 역할을 할 것이라고 추측하여 실험을 진행하였다. 더욱이, F. prausnitzii는 단일 종이기 때문에, 클레드(clade)의 구성을 연구하는데 비교적 용이하였다. 아토피 피부염과의 관련성은, 종 전체보다 특정 아종과 관련이 있을 것이라는 가능성을 염두에 두고 연구를 진행하였다. F. prausnitzii로 언급된 ESPRIT OTU는 계통주(phylogenetic tree)에 모두 7개의 클레드로 나타났다. 이 계통주는 V1-V2 시퀀스에만 기반한 것이기 때문에, 각 클레드는 전체 16S rRNA 유전자 시퀀스를 적용했을 때에는 더욱 나누어 질 가능성이 있다. 이 클레드 중 F06가 아토피 피부염 마이크로바이옴에서 크게 증가된 것을 확인할 수 있었다(도 3a-c 참조). 아토피 피부염 마이크로바이옴에서 F06의 증가는 모든 연령에 공통적으로 나타났지만, 1살 이하 그룹에서 특히 두드러졌다 (도 3a-c 참조). 아토피 피부염은 1세 이전에 많이 시작되므로, 이 결과는 F. prausnitzii 아종이 이 질환의 발병에 관여하고 있음을 보여주는 것이다. F. prausnitzii is prominent in atopy microbiomes. This is one of the most important species in the RFE-SVM model, and one of the most prevalent species in human intestinal microbiomes. It can be assumed that it will play an important role in human physiology, and it will play an important role in atopic dermatitis. The experiment proceeded by guessing. Furthermore, F. prausnitzii was relatively easy to study because of the configuration of a single paper machine, large red (clade). Research has been conducted with the possibility that atopic dermatitis may be related to a specific subspecies rather than the entire species. The ESPRIT OTU, referred to as F. prausnitzii , appeared in all seven clades in the phylogenetic tree. Since this strain is based solely on the V1-V2 sequence, each clad is more likely to divide when the entire 16S rRNA gene sequence is applied. Among these clads, F06 was found to be significantly increased in the atopic dermatitis microbiome (see FIGS. 3A-C). The increase in F06 in atopic dermatitis microbiomes was common at all ages, but was particularly noticeable in the one year old group or less (see FIGS. 3A-C). Since atopic dermatitis begins much before age 1, the results show that the subspecies of F. prausnitzii is involved in the development of the disease.
도 4a는 F. prausnitzii 스트레인의 16S rRNA 유전자 내 V1-V2 영역을 나타내고, 도 4b는 F06 V1의 공통서열을 나타내고, 도 4c는. 전체 F06 454 분석을 나타내고, 도 4d는. V1 시퀀스의 상대적인 존재비를 나타낸다.Figure 4a shows the V1-V2 region in the 16S rRNA gene of the F. prausnitzii strain, Figure 4b shows the common sequence of F06 V1, Figure 4c. Shows the complete F06 454 analysis, FIG. 4D. Relative abundance of V1 sequence.
F. prausnitzii의 5개의 스트레인인 A2-165, M21/2, L2-6, S3L/3, KLE1255의 유전체는 HMP (Human microbiome project)를 통해 시퀀스 되었다. 이 중 L2-6 스트레인은 나머지 4개의 스트레인과 비교했을 때 매우 독특한 V1-V2 영역, 특히 V1 영역을 갖고 있으며, F06 클레드와 잘 매칭되었다(도 4a-d 참조). V1-V2 영역은 16S rRNA 유전자의 일부에 불과하지만, 서로간의 거의 완벽한 매칭 (도 4a-d 참조)을 하는 것은, L2-6와 F06 세균들이 매우 가까운 관계임을 나타내는 것이다. F . prausnitzii 5개 스트레인의 15,825개 예측 단백질 시퀀스를 BLASTP를 이용해 서로 비교해서 겹쳐지는 유전자들을 제거한 결과, F. prausnitzii pangeome에 총 7,253개의 유전자가 있음이 밝혀졌다 (도 8a-b 참조). L2-6 strain에는 855개의 특정 유전자(unique gene)가 있고, 다른 스트레인에도 비슷한 수가 있는 것으로 나타났다. 장내 마이크로바이옴과 F. prausnitzii pangenome을 비교하기 위해, 샘플 중 8개(실험군과 대조군 각각 4개의 샘플)를 선별하여 일루미나 HiSeq 2000 플랫폼(Illumina HiSeq 2000 platform)을 사용하여 전체 게놈 샷건 시퀀싱(whole genome shotgun sequencing)을 수행 하였고, 샘플당 평균 552 Mb의 시퀀스를 얻었다. 이 8개의 샘플은 서로 비슷하게 높은 비율의 F. prausnitzii 함량을 기준으로 선택되었다(19-36%). 일루미나 분석(Illumina reads)을 F. prausnitzii pangenome에 맵핑했을 때, 대부분(87.4%)의 L2-6 특정 유전자가 대조군의 분석보다 아토피 분석에 잘 매칭되는 것을 볼 수 있었다(도 8a-b 참조). 반면에, A2-165와 KLE1255 특정 유전자는 일반인의 분석 결과에 더욱 잘 매칭되었다. 종합해 볼 때, F06 에 속하는 세균들이 L2-6의 V1-V2 뿐 아니라, 유전체상에서도 높은 유연관계가 있음을 알 수 있다.The five strains of F. prausnitzii , A2-165, M21 / 2, L2-6, S3L / 3, and KLE1255, were sequenced through the Human microbiome project (HMP). Among them, the L2-6 strain has a very unique V1-V2 region, particularly the V1 region, compared with the other four strains, and is well matched with the F06 clad (see FIGS. 4A-D). Although the V1-V2 region is only part of the 16S rRNA gene, a near perfect match (see FIGS. 4A-D) with each other indicates that L2-6 and F06 bacteria are in close proximity. F. The 15,825 predicted protein sequences of 5 strains of prausnitzii were compared to each other using BLASTP to remove overlapping genes, revealing a total of 7,253 genes in the F. prausnitzii pangeome (see FIGS. 8A-B). There were 855 unique genes in the L2-6 strain and similar numbers in other strains. To compare intestinal microbiomes and F. prausnitzii pangenome, eight of the samples (four samples from each of the experimental and control groups) were screened and whole genome shotgun sequencing using the Illumina HiSeq 2000 platform. shotgun sequencing) was performed and an average sequence of 552 Mb was obtained per sample. These eight samples were selected based on similarly high proportions of F. prausnitzii content (19-36%). When the Illumina assays were mapped to the F. prausnitzii pangenome, most (87.4%) of L2-6 specific genes were found to match the atopy assay better than the control assay (see FIGS. 8A-B). On the other hand, A2-165 and KLE1255 specific genes were better matched to the analysis of the general public. Taken together, it can be seen that bacteria belonging to F06 have a high degree of flexibility in the genome as well as V1-V2 of L2-6.
아토피 atopy 마이크로바이옴의Microbiome 대사기능의 변화 Metabolic changes
아토피 피부염 마이크로바이옴의 대사적 변화는, 일루미나 분석(Illumina reads)을 F. prausnitzii pangenome과 KO 데이터 베이스에 맵핑해 보는 방법으로 확인하였다. F. prausnitzii pangenome 어프로치는, 메타게놈에 F. prausnitzii 함량이 높기 때문에 (19-36%) 효과적이었다. F . prausnitzii pangenome은 단지 5개의 스트레인으로 만들어 졌지만, 크론 병(Crohon disease)에서 위축되는 것이 알려진 A2-165와 본 연구에서 아토피 연관성이 드러난 L2-6등 생물학적으로 중요한 두 스트레인이 포함되어 있다는 점이 중요하다. Mapping 결과를 해석하기 위해서, F. prausnitzii pangenome 은 KO 데이터베이스로 분석했고, 아토피 실험군과 대조군에서 매칭 분석(matching reads) 수가 다른 (P < 0.05) KO들을 찾았다. 팬게놈의 총 1,332 KO 중에 415 KO가 아토피 실험군과 대조군 사이에 통계적으로 유의하게 차이가 있었으며, 이 중 122 KO가 실험군에서 늘어나고, 293 KO가 대조군에서 늘어난 것을 확인하였다 (도 5a-b 참조).Metabolic changes in atopic dermatitis micro biome, the Illuminati analyzes (Illumina reads) an F. prausnitzii This was confirmed by mapping to the pangenome and KO databases. F. prausnitzii The pangenome approach was effective due to the high content of F. prausnitzii in the metagenome (19-36%). F. Although the prausnitzii pangenome is made up of only five strains, it is important to include two biologically important strains, A2-165, which is known to shrink from Crohon disease, and L2-6, which has been shown to be associated with atopy in this study. To interpret the mapping results, F. prausnitzii pangenome was analyzed by KO database, and KOs with different numbers of matching reads (P <0.05) were found in the atopy and control groups. Of the total 1,332 KO of pangenome, 415 KO was significantly different between the atopy experimental group and the control group, of which 122 KO was increased in the experimental group and 293 KO was increased in the control group (see FIGS. 5A-B).
아토피 피부염의 마이크로바이옴에서 늘어난 KO는, 산화 스트레스(oxidative stress; peroxiredoxin, DMSO reductase, and sufBC operon 등)에 대응하기 위한 대사기능과 다양한 경로(pathway)인 전이금속 수송체(transition metal transporters; Fe, Ni, Zn, and Mn 등), 및 뮤신(mucin)의 주요 구성물인 GalNAc를 수송하고 분해 대사할 수 있는 기능이다(도 5a-b 참조). 반면에, 아토피 마이크로바이옴에서 줄어든 유전자들은, 각종 아미노산(amino acids), 뉴클레오티드(nucleotides), 펩티도글리칸(peptidoglycan), 코펙터(cofactors)의 생합성 유전자들이었다(도 5a-b 참조). 손상된 장 환경은 숙주로부터 흘러 나온 아미노산, 코펙터, 코엔자임과 같은 일반적 영양소와 함께, 뮤신 성분인 GalNAc와 같은 특수한 영양물질이 증가되어 있을 수 있다. 일반 영양소의 증가는 마이크로바이옴 내의 생합성 유전자의 감소를 초래하고, GalNAc와 같은 특수 영양소의 증가는 이들 물질을 활용할 수 있는 영양 요구성 종(auxotrophic specialists)이나 유해 균주(pathobionts)의 선택적 증가를 초래할 수도 있다. 이런 장내 환경은 다시 장 표피의 손상을 촉진하고, 주기를 형성하며 장 마이크로바이옴의 부조화(dysbiosis)를 가속화 시킬 수 있다. F . prausnitzii 5개의 스트레인 중에 유독 L2-6 만이 GalNAc를 활용하는 유전자 클러스터를 갖고 있다 (도 5a-b 참조). KO increase in micro biome of atopic dermatitis, the oxidative stress (oxidative stress; peroxiredoxin, DMSO reductase, and sufBC operon, etc.) metabolic functions and various paths (pathway) of the transition metal transporter (transition metal transporters to respond to; Fe , Ni, Zn, and Mn), and GalNAc, which is a major component of mucin, is capable of transporting and degrading metabolism (see FIGS. 5A-B). On the other hand, the reduced genes in the atopy microbiome were biosynthetic genes of various amino acids, nucleotides, peptidoglycans, cofactors (see FIGS. 5A-B). The damaged intestinal environment may be accompanied by general nutrients, such as amino acids, cofactors, and coenzymes from the host, as well as increased special nutrients such as the mucin component GalNAc. An increase in general nutrients results in a decrease in biosynthetic genes in the microbiome, and an increase in special nutrients such as GalNAc will result in a selective increase in auxotrophic specialists or pathobionts that can utilize these substances. It may be. This intestinal environment can in turn promote intestinal epidermal damage, form cycles, and accelerate dysbiosis of the intestinal microbiome. F. prausnitzii Among the five strains, only L2-6 has a gene cluster utilizing GalNAc (see FIGS. 5A-B).
KO 데이터 베이스에 일루미나 분석(Illumina reads)을 맵핑하는 두 번째 방법에서는, 총 5,832 KO 중에 122 KO가 아토피 실험군의 메타게놈과 일반인 대조군의 메타게놈 사이에 차이를 보였다. 아토피에서는 66 KO, 대조군 메타게놈에서는 56 KO가 각각 증가되었다. KO 분석은, F. prausnitzii 팬게놈 분석에 비해 결과도가 낮지만, F. prausnitzii 외의 메타게놈을 포함하기 때문에 가치가 있는 결과이다. F . prausnitzii 팬게놈 분석과 마찬가지로 KO 분석은, 아토피 메타게놈에서 금속 수송체, GalNAc 이용, 산화 스트레스 대응기능의 증가와, 아미노산, 뉴클레오티드, 코펙터의 생합성 기능의 감소를 나타냈다. 그러나, L-fucose의 이용(L-fuculokinase and L-fucose isomerase)과 관련된 유전자들과 같이, 새로운 유전자들의 증가도 나타났다. L-fucose는 뮤신 글리코프로테인(mucin glycoprotein)에서 방출되며, GalNAc와 함께 Bacteroides thetaiotaomicron와 같은 장내 세균에 중요한 영양 성분으로 사용된다. 글루타티온 S-트랜스퍼라아제 군(glutathione S-transferase family), 글루코오스-6-포스페이트 1-디하이드로게나아제(glucose-6-phosphate 1-dehydrogenase), 글루타메이트 디카복실라아제(glutamate decarboxylase), 글리옥실레이트(glyoxylate)와 디카복실레이트 메타볼리즘(dicarboxylate metabolism) 관련 유전자들의 증가가 새롭게 발견되었다. 글루타티온(Glutathione)은 시스테인과 글루타메이트의 트리 펩타이드이고, 세균들이 염증성 케스케이드(inflammatory cascades) 과정에서 발생하는 활성 산소와 질소 대사산물(nitrogen metabolites)이 유발하는 산화 스트레스(oxidative stress)를 세균들이 견디며 항상성(homeostasis)을 유지할 수 있도록 한다. 글루타티온 S-트랜스퍼라아제(Glutathione-S-transferase)는 환원된 글루타티온과 퍼옥사이드 지질(peroxidized lipids)등과 같은 내인성 화합물을 컨쥬게이트시켜서 해독 과정으로 가도록 한다. E . coli에서 글루코오스-6-포스페이트 1-디하이드로게나아제 레벨(glucose-6-phosphate 1-dehydrogenase level)이 산화 스테레스 하에서 증가하여 글루타티온과 니코틴아미드 아데닌 디누우클레오티드 인산(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate)의 항산화 물질(antioxidant molecules)의 증가로 이어진 것이 보고된 바 있다. 글루타메이트 디카복실라아제(Glutamate decarboxylase)는 E. coli O157:H7과 Saccharomyces cerevisiae에서 항산화 물질로 중요한 역할을 하는 것으로 알려졌다. 또한, 글리옥실레이트(glyoxylate)와 디카복실레이트 메타볼리즘(dicaboxylate metabolism)이 항산화 과정(antioxidation process)에 관여 하는 것으로 알려져 있다. 종합적으로 볼 때, 이러한 유전자 존재 패턴은 아토피 피부염 환자의 장 표피가 염증으로 인한 조직 손상이 많다는 것을 더욱 확실시 하는 증거이다(도 5a-b 참조).In the second method of mapping Illumina reads to the KO database, 122 KO out of a total of 5,832 KOs showed a difference between the metagenome of the atopy experimental group and that of the general control group. 66 KOs in atopy and 56 KOs in control metagenome were increased. KO analysis, but the results are less than F. prausnitzii fan genome analysis, the results are valuable because they contain meta-genome other than F. prausnitzii. F. Like the prausnitzii pangenome analysis, KO analysis showed increased metal transporter, GalNAc utilization, oxidative stress response and decreased biosynthetic function of amino acids, nucleotides, and cofactors in the atopy metagenome. However, new genes, such as those associated with L-fuculokinase and L-fucose isomerase, have also emerged. L-fucose is released from mucin glycoproteins, along with GalNAc Bacteroides It is used as an important nutrient for intestinal bacteria such as thetaiotaomicron . Glutathione S-transferase family, glucose-6-phosphate 1-dehydrogenase, glutamate decarboxylase, glyoxylate Newly discovered genes related to glycoxy and dicarboxylate metabolism have been discovered. Glutathione is a tripeptide of cysteine and glutamate, and bacteria are able to withstand the oxidative stress induced by free radicals and nitrogen metabolites generated by inflammatory cascades. to maintain homeostasis. Glutathione-S-transferase conjugates endogenous compounds such as reduced glutathione and peroxidized lipids to the detoxification process. E. In coli , the glucose-6-phosphate 1-dehydrogenase level was increased under oxidative stress, resulting in antioxidant activity of glutathione and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate. It has been reported that this led to an increase in antioxidant molecules. Glutamate decarboxylase contains E. coli O157: H7 and Saccharomyces It is known to play an important role as an antioxidant in cerevisiae . Glyoxylate and dicaboxylate metabolism are also known to be involved in the antioxidant process. Taken together, this pattern of gene presence is more evidence that the intestinal epidermis of patients with atopic dermatitis is more likely to cause tissue damage due to inflammation (see FIGS. 5A-B).
다양한 영양 요구체(auxotroph)와 유해균(pathobiont)들이 아토피 피부염 마이크로바이옴에서 증가된 것으로 판단되어, 이들이 보유한 PTS system의 GalNAc-specific IIA component 유전자 (agaF, K02744)의 다양성을 살펴보았고, 그 결과 이 유전자가 매우 다양한 형태로 존재함이 밝혀졌다. 다양한 종들에서 뮤신 이용 유전자들이 증가한다는 것은 아토피 피부염의 장 환경이 L2-6 타입 세균들 외에 다양한 영양 요구체(auxotroph)와 유해균(pathobiont)이 번성한다는 것을 나타내고, 이것은 아토피 질환의 진행과 만성화와 관련이 있다고 볼 수 있다.Looked at a variety of different nutritional needs body (auxotroph) and harmful bacteria (pathobiont) have been judged to be increased in atopic dermatitis micro biome, they GalNAc-specific IIA component genes (agaF, K02744) of the PTS system have, as a result, It has been found that genes exist in many different forms. Increasing mucin utilization genes in various species indicates that the intestinal environment of atopic dermatitis thrives in a variety of auxotrophs and pathobions in addition to L2-6 type bacteria, which is associated with the progression and chronicization of atopic diseases. This can be seen.
도 6a는 실험군 및 대조군의 SCFAs의 분석을 나타내는 그래프이고, 도 6b는 F. prausnitzii 스트레인으로부터 부티릴 CoA:아세테이트 CoA-transferase 유전자 프로모터의 활성을 비교한 것이다.Figure 6a is a graph showing the analysis of SCFAs of the experimental group and the control group, Figure 6b is F. prausnitzii The activity of the butyryl CoA: acetate CoA-transferase gene promoter from strains is compared.
F. F. prausnitziiprausnitzii F06 아종의 증가와 Increase in F06 subspecies 뷰틸레이트과Butylate and 프로피오네이트의Propionate 감소 decrease
장 마이크로바이옴에서의 SCFAs 생산은 큰 건강상 이점을 갖고 있다. 아토피 피부염의 실험군과 대조군 마이크로바이옴 사이의 SCFAs 생산량 차이를 보기 위해서 가스 크로마토그래피-질량 분석(gas chromatographic-mass spectrometric)을 실시하였다(도 6a-b 참조). 주요 SCFSs인, 아세테이트, 프로피오네이트, 뷰틸레이트, D와 L-락테이트를 F. prausnitzii의 총량은 비슷하지만, F06 OTU level에서 차이가 많이 나는 실험군과 대조군 샘플들을 골라서 짝을 이루어 비교하였다(도 6a-b 참조). 이 샘플들은 모두 F. prausnitzii의 양이 Eubacterium rectale , Eubacterium hallii , Rosburia등의 다른 SCFAs 생산 세균들의 총합에 비해 월등히 높아서, 다른 균들의 적은 영향은 무시할 수 있는 정도이고, F. prausnitzii 의 영향인 것으로 해석할 수 있다. 12개의 쌍을 비교 분석한 결과, F06 레벨이 낮은 샘플이 F06 레벨이 높은 샘플보다 뷰틸레이트(butyrate)와 프로피오네이트(propionate)의 양이 높게 나왔다 (도 6a-b 참조). 이러한 SCFAs에서의 양이 크게 차이 나는 것은, 실험군과 대조군 사이의 장 환경이 매우 다름을 시사하는 것이어서 중요한 데이터이다. 연령과 같은 아토피 피부염 외의 차이점은 SCFAs 프로파일에 큰 영향이 없었고, 이 결과는 F06 level이 가장 중요한 요인임을 알 수 있다. The production of SCFAs in intestinal microbiomes has great health benefits. Gas chromatographic-mass spectrometric was performed to see the difference in SCFAs production between the experimental and control microbiomes of atopic dermatitis (see FIGS. 6A-B). The main SCFSs, acetate, propionate, butylate, D and L-lactate, were compared in pairs by selecting experimental and control samples with similar amounts of F. prausnitzii but with significant differences in F06 OTU levels (Fig. 6a-b). All the samples are the amount of F. prausnitzii Eubacterium It is much higher than the total of other SCFAs producing bacteria such as rectale , Eubacterium hallii and Rosburia , so the small effect of other bacteria is negligible and can be interpreted as the effect of F. prausnitzii . As a result of comparative analysis of 12 pairs, a sample having a low F06 level showed higher amounts of butyrate and propionate than a sample having a high F06 level (see FIGS. 6A-B). The significant difference in the amount of these SCFAs suggests a very different intestinal environment between the experimental and control groups, which is important data. Differences other than atopic dermatitis, such as age, had no significant effect on the SCFAs profile, indicating that F06 level is the most important factor.
F06 클레드와 관련이 있는 L2-6 스트레인과 다른 4개의 스트레인들도 모두 같은 뷰틸레이트(butyrate) 생합성 경로를 갖고 있기 때문에, 경로의 발현에 차이가 있는지를 알아보기 위해, 키 엔자임 뷰티릴 CoA: 아세테이트 CoA-트랜스퍼라아제(key enzyme butyryl CoA:acetate CoA-transferase)의 유전자를 조사해 보았다. 각 스트레인에 있는 이 유전자의 프로모터를 합성해서 프로모터-프루브 벡터(promoter-probe vector)에 lacZ reporter 앞쪽으로 클론(clone)해서, E. coli에서 유전자 표현형(gene expression)을 비교 하였다 (도 6a-b 참조). 비록 F. prausnitzii host에서 비교한 것은 아니지만, 모두 같은 조건으로 비교하였기 때문에 상대적 프로모터 세기(promoter strength)는 비교가 가능하다. 결과적으로 A2-165 스트레인의 프로모터가 L2-6와 그 밖의 스트레인에 비해 상당히 강력하다는 것이 밝혀졌다(도 6a-b 참조). 실제로, 이러한 결과는 A2-165와 L2-6 스트레인의 뷰틸레이트 생산성 차이를 발표한 논문과 결과가 일치하였다. 이 결과들은 샘플의 뷰틸레이트 레벨이 F. prausnitzii 아종 구성에 의해 정해진다는 것을 보여준다. 따라서, 아토피 피부염과 관련해서, F. prausnitzii 의 부조화(dysbiosis)가 A2-165 타입의 세균들처럼 높은 뷰틸레이트 생산자(high butyrate producer)를 위축시켜서 결국 뷰틸레이트 생산성(butyrate production)을 낮추는 결과를 초래한 것이라고 볼 수 있다.Since the L2-6 strain associated with the F06 clad and the other four strains all have the same butyrate biosynthetic pathway, the key Enzyme Beautiyl CoA: The gene of acetate CoA-transferase (key enzyme butyryl CoA: acetate CoA-transferase) was examined. Promoters of this gene in each strain were synthesized and cloned in front of the lacZ reporter to a promoter-probe vector to compare the gene expression in E. coli (FIGS. 6A-B). Reference). Although not compared in F. prausnitzii host, relative promoter strengths can be compared because they are all compared under the same conditions. As a result, it was found that the promoter of the A2-165 strain was considerably more powerful than the L2-6 and other strains (see FIGS. 6A-B). Indeed, these results are consistent with papers that report differences in butylate productivity of the A2-165 and L2-6 strains. These results indicate that the butylate level of the sample is F. prausnitzii. It is determined by the subspecies composition. Thus, in relation to atopic dermatitis, the dysbiosis of F. prausnitzii shrinks high butyrate producers like bacteria of type A2-165, resulting in lower butyrate production. It can be seen that.
도 7은 F. prausnitzii의 기능장애와 관련된 AD의 제안 모델을 나타낸다.Figure 7 shows a proposed model of AD associated with dysfunction of F. prausnitzii .
인간의 장내 미생물 중 우점종인 F. prausnitzii는 SCFAs생산을 통해 장 건강에 좋은 역할을 하는 세균으로 알려져 왔다. 특히, 뷰틸레이트는 항염증 기능이 있고, 장 표면 세포에 직접적인 에너지로 쓰인다. F . prausnitzii 레벨과 SCFAs 생산성의 감소는 크론 병(Crohn disease)과 관련이 있다. F . prausnitzii 아종 간의 균형, 특히, L2-6와 A2-165타입 세균들간의 변화가 SCFAs 생산성에 영향을 준다는 것이 밝혀졌다. 아토피 피부염 메타게놈에는 GalNAc와 L-fucose와 같은 뮤신의 구성요소와 손상된 장 표피 세포에서 흘러 나올 수 있는 다양한 영양물질을 활용하는 유전자들의 증가가 나타났다(도 5a-b 참조). 이는, 장 표피세포에 염증이 증가한 것을 의미하며, 포괄적으로 "leakey gut syndrome"에 해당한다. 장 표면에 이런 손상이 F. prausnitzii의 부조화나 다른 원인으로 인해 생기면, F. prausnitzii 의 부조화를 촉진하고 동시에 다양한 영양 요구체(auxotroph)와 유해균(pathobiont)의 성장을 촉진 하게 된다. 결국, F. prausnitzii 의 부조화와 장 표피세포 염증의 조절장애(dysregulation)간에 피드백 루프가 형성된다. F. prausnitzii , a dominant species among human intestinal microorganisms, has been known to play a role in gut health through the production of SCFAs. Butylates, in particular, have anti-inflammatory properties and are used as direct energy to intestinal surface cells. F. reduction of SCFAs prausnitzii levels and productivity are associated with Crohn's disease (Crohn disease). F. It has been found that the balance between prausnitzii subspecies, especially between L2-6 and A2-165 type bacteria, affects SCFAs productivity. Atopic dermatitis metagenome showed an increase in genes that utilize components of mucins such as GalNAc and L-fucose and various nutrients that can flow out of damaged intestinal epidermal cells (see FIGS. 5A-B). This means an increase in inflammation of the intestinal epidermal cells, which is generically equivalent to "leakey gut syndrome". If such damage to the intestinal surface is caused by a mismatch of F. prausnitzii or other causes, it will promote the mismatch of F. prausnitzii and at the same time promote the growth of various auxotrophs and pathobionts. Eventually, a feedback loop is formed between the mismatch of F. prausnitzii and dysregulation of intestinal epidermal inflammation.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the techniques described may be performed in a different order than the described method, and / or the components described may be combined or combined in a different form than the described method, or replaced or substituted by other components or equivalents. Appropriate results can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.

Claims (9)

  1. 서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열을 유효성분으로 포함하는 바이오마커 조성물.Biomarker composition comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 조성물은 F. prausnitzii의 아종(F06)을 검출하는, 바이오마커 조성물. Wherein said composition detects a subspecies (F06) of F. prausnitzii .
  3. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 조성물은 아토피 피부염 진단용인, 바이오마커 조성물.The composition is for diagnosing atopic dermatitis, biomarker composition.
  4. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    서열번호 1 또는 서열번호 2와 97% 이상의 서열 동일성을 갖는 염기서열을 유효성분으로 포함하는 바이오마커 조성물.Biomarker composition comprising a nucleotide sequence having at least 97% sequence identity with SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 as an active ingredient.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 조성물을 포함하는, 진단용 키트.A diagnostic kit comprising the composition of any one of claims 1 to 4.
  6. 분리된 핵산 시료를 제공하는 단계; 및Providing an isolated nucleic acid sample; And
    서열번호 1 또는 서열번호 2를 포함하는 염기서열을 인식하는 단계를 포함하는, 정보 제공 방법.Recognizing a nucleotide sequence comprising SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, information providing method.
  7. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 서열번호 1 또는 서열번호 2를 포함하는 염기서열을 인식하는 단계는, F. prausnitzii의 아종(F06)을 검출하는 단계를 포함하는, 정보 제공 방법.Recognizing the base sequence comprising SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, comprising the step of detecting a subspecies (F06) of F. prausnitzii , information providing method.
  8. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 서열번호 1 또는 서열번호 2를 포함하는 염기서열을 인식하는 단계는, 아토피 피부염을 진단하기 위한 것인, 정보 제공 방법.Recognizing the base sequence comprising the SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, An information providing method for diagnosing atopic dermatitis.
  9. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 서열번호 1 또는 서열번호 2를 포함하는 염기서열은,The base sequence including SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2,
    서열번호 1 또는 서열번호 2와 97% 이상의 서열 동일성을 갖는 염기서열인, 정보 제공 방법.And a base sequence having at least 97% sequence identity with SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CANDELA ET AL.: "Unbalance of Intestinal Microbiota in Atopic Children", BMC MICROBIOLOGY, vol. 12, no. 95, 2012, pages 1 - 9, XP021126153 *
DATABASE NCBI 15 April 2015 (2015-04-15), Database accession no. KM976866.1 *
DATABASE Nucleotide [O] 28 September 2013 (2013-09-28), XP055374003, retrieved from NCBI Database accession no. KF508452.1 *
SONG ET AL.: "Faecalibacterium Prausnitszii Subspecies-level Dysbiosis in the Human Gut Microbiome Underlying Atopic Dermatitis", THE JOURNAL OF ALLERGY AND CLINICAL IMMUNOLOGY, vol. 137, no. 3, March 2016 (2016-03-01), pages 852 - 860, XP029451330 *

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Zhu et al. A molecular trigger for intercontinental epidemics of group A Streptococcus
Goodman et al. Identifying genetic determinants needed to establish a human gut symbiont in its habitat
Mukhopadhya et al. A comprehensive evaluation of colonic mucosal isolates of Sutterella wadsworthensis from inflammatory bowel disease
Jensen et al. Taxonomy of the Anginosus group of the genus Streptococcus and description of Streptococcus anginosus subsp. whileyi subsp. nov. and Streptococcus constellatus subsp. viborgensis subsp. nov.
Parham et al. A high level of strain variation within the Mycoplasma ovipneumoniae population of the UK has implications for disease diagnosis and management
Yang et al. Legionella nagasakiensis sp. nov., isolated from water samples and from a patient with pneumonia
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Rosa et al. Comparison of PCR-RFLP, API® 20 Strep and MALDI-TOF MS for identification of Streptococcus spp. collected from sheep and goat milk samples
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