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ISSN : 1226-7155(Print)
ISSN : 2287-6618(Online)
International Journal of Oral Biology Vol.50 No.3 pp.93-102
DOI : https://doi.org/10.11620/IJOB.2025.50.3.93

Genomic and chemotaxonomic characterization of two strains of Selenomonas sputigena isolated from Korean oral cavities

Yun Kyong Lim1,2, Soon-Nang Park1,2, Joong-Ki Kook1,2*
1Department of Oral Biochemistry, College of Dentistry, Chosun University, Gwangju 61452, Republic of Korea
2Oral Bacterial Pathogen Resource Specialized Bank and Korean Collection for Oral Microbiology, Chosun University, Gwangju 61452,
Republic of Korea
*Correspondence to: Joong-Ki Kook, E-mail: jkkook@chosun.ac.krhttps://orcid.org/0000-0003-2628-2870
May 31, 2025 August 7, 2025 August 12, 2025

Abstract


This study aimed to confirm the species identity and characterize two Selenomonas sputigena strains (KCOM 1787 and KCOM 2046) isolated from the oral cavities of Korean individuals using genomic and chemotaxonomic approaches. Whole-genome sequencing was performed with PacBio RSII and Illumina platforms. Species-level classification was assessed using 16S rDNA similarity, average nucleotide identity (OrthoANI), and genome-togenome distance calculation (GGDC). Chemotaxonomic analysis included cellular fatty acid profiling using gas chromatography and polar lipid analysis using two-dimensional thin-layer chromatography. The two strains showed 16S rDNA similarities of 98.85% and 99.53% with the S. sputigena type strain ATCC 35185T. OrthoANI values exceeded the species threshold (95.34% and 95.69%), whereas GGDC values were below the conventional cutoff (61.6% and 63.7%). Despite the low GGDC values, classification as S. sputigena was supported by the combined evidence of high 16S similarity, OrthoANI values above the species demarcation threshold, and minimal differences in genomic GC content (< 1 mol%). Chemotaxonomic analysis revealed that the major fatty acids were C14:0 DMA and C16:1 cis -7, while the polar lipids included phosphatidylethanolamine and several unidentified aminolipids. Although GGDC values were below the 70% species threshold, the high OrthoANI values, 16S rDNA similarity, and genomic GC content supported the classification of KCOM 1787 and KCOM 2046 as S. sputigena. These strains may serve as valuable resources for future studies on intraspecies variation and the pathogenesis of oral Selenomonas species.


Selenomonas sputigena , Average nucleotide identity , Chemotaxonomy , Whole genome sequence

초록

    © The Korean Academy of Oral Biology. All rights reserved.

    This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/bync/4.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    Introduction

    Selenomonas spp.는 그람 음성의 절대 무산소 세균으로, 초승달 모양(curved shape)을 가지고 있으며, 만곡된 부위에 편모가 하나 혹은 그 이상 붙어 있는 특징을 갖는 것으로 보고되었다[1]. Selenomonas spp.는 당질대사의 최종 산물로 주로 아세트산과 프로피온산을 생산하는 것으로 보고되었다[2]. Selenomonas spp.는 현재 사람 구강에서 분리된 9종(Selenomonas artemidis, Selenomonas dianae, Selenomonas felix , Selenomonas flueggei , Selenomonas infelix , Selenomonas massiliensis, Selenomonas noxia, Selenomonas sputigena , Selenomonas timonae ), 반추동물의 위장관에서 분리된 3종(Selenomonas bovis, Selenomonas montiformis, Selenomonas ruminantium) 및 특정 환경에서 분리된 3종(Selenomonas acidaminovorans , Selenomonas lacticifex , Selenomonas lipolytica)이 보고되었다[3-12].

    치주질환의 발생기전을 이해하기 위해서는 사람 구강조직 세포와 세균 간의 상호작용 연구가 필수적이다. 일반적으로 숙주세포-세균 간 상호작용 연구에 있어서, 표준균주 혹은 특정 참고균주를 포함한 소수의 균주들만을 이용한 연구들이 진행되고 있다[13,14]. 하지만, 최근 연구 결과에 의하면, 동일한 세균 종 내 균주들은 유전학적 다양성을 나타낼 뿐만 아니라[15] 숙주세포와의 상호작용에서도 서로 다른 반응 양상을 보이는 것으로 보고되었다[16]. 그러므로, 특정 세균 종의 구강조직 세포와의 상호작용 연구를 위해서는 다양한 균주들이 필요하다고 생각된다. 또한, 균주에 따른 숙주세포-세균 간 상호작용 연구결과를 분석하기 위해서는 각 균주들이 어떤 병원성 유전자를 가졌는지의 정보도 필요하다고 생각된다.

    본 연구에서는 한국인에서 분리된 S. sputigena 2개 균주를 한국구강미생물자원은행(Korean Collection for Oral Microbiology, KCOM)에서 분양 받아, 이들의 전장 유전체 염기서열 결정을 통한 종- 수준으로 동정, 형태학적 및 생화학적 특성과 지방산 및 극성 지방 분석하고자 시행되었다. 이러한 결과는 향후 S. sputigena의 치주질환 병인론 연구에 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

    Materials and Methods

    1. Bacteria and bacterial culture

    본 연구에 사용된 KCOM 1787 및 KCOM 2046 균주들은 KCOM 에서 분양을 받아 사용하였다. 이들 균주들은 tryptic soy broth (TSB; BD Difco Laboratories)에 0.5% yeast extract, 5 μg/mL hemin, 0.05% cysteine HCl-H2O 및 2 μg/mL vitamin K1이 포함된 배지를 사용하여 실험에 사용하였다. 이들 균주들은 무산소 배양기(BACTRONEZ- 2; Sheldon Manufacturing Inc.)에서 배양하였으며, 이 때 혼합가스(5% H2, 10% CO2, 85% N2)와 37℃가 유지되게 하여 24–48시간 동안 배양한 후 다음 실험에 이용하였다.

    2. Phylogenetic analysis based on 16S rDNA nucleotide sequences

    KCOM 1787 및 KCOM 2046 균주의 16S rDNA 염기서열의 상동성 분석은 EzBioCloud 프로그램(https://www.ezbiocloud.net)을 사용하여 시행하였다. 이를 바탕으로 MEGA 12 (https://www. megasoftware.net/) 프로그램의 Clustal W 법으로 분석하고자 하는 16S rDNA 염기서열을 정렬하고, neighbor-joining methods [17]를 이용하여 계통수(phylogenetic tree)를 얻었다. 이때 균주들의 진화적 거리(% distance로 표현함)는 Kimura 2-parameter model [18]을 이용하여 구하였으며, bootstrap 값은 1,000회 설정하였다. 이때 사용된 KCOM 1787 및 KCOM 2046 균주 및 비교 대상 균주들의 16S rDNA 염기서열은 GenBank에서 다운 받아 사용하였다(Table 1).

    3. Genome sequencing and bacterial species determination

    2개 균주(KCOM 1787 및 KCOM 2046 균주)의 전장 유전체는 페놀:클로로포름 추출법을 시행하여 추출하였다[19]. 전장 유전체 염기서열 결정은 마크로젠 사에 의뢰하여 시행하였다. 이때 PacBio RSII 및 Illumina platforme을 이용하여 시퀀싱하고, RS HGAP 및 SPAdes 소프트웨어를 사용하여 de novo assembly 하였다. 2개 균주 전장 유전체 핵산염기서열은 GenBank에 기탁하였다(Table 2). Genome annotation은 NCBI Prokaryotic Genome Annotation Pipeline [20]을 이용하였다.

    세균 전장 유전체 염기서열 상동성 분석을 통한, 종-수준에서의 동정을 위한 average nucleotide identity (ANI) 분석은 ChunLab에서 제공하는 OrthoANI 소프트웨어(https://www.ezbiocloud.net/tools/ ani) [21]를, genome-to-genome distance calculation (GGDC) 분석은 DSMZ (German Collection of Microorganisms and Cell Cultures)에서 제공하는 소프트웨어 프로그램(https://ggdc.dsmz. de/) [22]을 사용하여 수행하였다. OrthoANI 및 GGDC 분석을 위한 비교 대상 균주 전장 유전체 염기서열은 GenBank에서 다운 받아 사용하였다(Table 2).

    4. Morphological characterization

    균주들의 군락 형태를 분석하기 위해, 이들을 한천배지에서 2일 동안 배양한 후 실체현미경(ZEISS Stemi 305 Compact Stereo Microscope; Carl Zeiss Microscopy)을 이용하여 모양과 크기를 측정하였다. 이때 실체현미경 상의 균주 5개를 무작위로 선택하여 평균값을 제시하였다.

    균주들의 미세 모양을 그람 염색 키트(YD diagnostics CORP.)를 이용하여 통상의 방법으로 염색하고, 이를 광학현미경(CX43RF; Olympus) 으로 촬영하였다.

    균주들의 초미세 모양은 주사전자현미경(scanning electron microscopy)을 이용하여 촬영하였다. 이를 위해, 하루 동안 배양된 세균 용액을 2.5% paraformaldehyde-glutaraldehyde (Sigma-Aldrich)로 실온에서 3시간 동안 전고정 처리 후, 1% osmium tetraoxide (Sigma-Aldrich) 용액으로 실온에서 40분 동안 후고정 처리하였다. 시료 탈수는 50%, 70%, 80%, 90%, 100% ethanol을 단계적으로 처리하여 시행하였으며, 그 후 hexamethyldisilazane (Sigma- Aldrich)으로 화학적 건조를 시행하였다. 이렇게 전처리한 시료는 시편 받침대(stub) 위에 부착시켜 스퍼터 코팅장비(sputter coater) 내부에서 백금으로 코팅하고, 5 kV에서 electron microscopy (S-4800; Hitachi)로 검경하였다. 이때 전자현미경상의 균주 5개를 무작위로 선택하여 평균값을 제시하였다.

    5. Biochemical characterization

    균주들의 생화학적 특성은 API 20 A 및 RAPID ID 32 A (bioMérieux)를 이용하여, 제조사의 지침에 따라 시험을 시행하였다. 이를 통하여 균주들의 효소 활성 및 당 발효 패턴 등을 분석하였다.

    6. Bacterial fatty acid composition analysis

    균주들의 지방산 조성 분석은 Miller [23]가 소개한 방법을 기반으로, 한국미생물보존센터(Korean Culture Center of Microorganisms)에 의뢰하여 시행하였다. 이때 지방산 분석에는 가스크로마토그래피(Model 6890N and Auto-sampler 7683; Agilent)와 MIDI/ Hewlett Packard Microbial Identification System (MIDI; Microbial ID)을 이용한 Sherlock™ 미생물 식별 시스템(버전 6.3)을 사용하였다.

    7. Polar lipid analysis

    균주들의 극성 지방 분석은 Minnikin 등[24]이 제시한 방법을 이용하여 분석하였다. 즉, 각 균주를 48시간 배양한 뒤 균체를 수집하여 동결건조하였다. 건조된 균체는 methanol:0.3% NaCl (100:10) 용액과 hexane을 1:1로 혼합하여 추출하였으며, 혼합액을 원심분리하여 상층을 제거한 후 hexane을 다시 가하여 재추출하였다. 잔류 하층은 100℃에서 5분간 가열한 뒤 37℃에서 5분간 냉각시켰고, chloroform:methanol:0.3% NaCl (90:100:30) 용액을 첨가하여 1시간 교반 후 원심분리하여 상층을 얻었다. 동일한 절차를 chloroform:methanol:0.3% NaCl (50:100:40) 용액으로 30분간 반 복하여 상층을 합친 뒤, chloroform과 0.3% NaCl 용액을 동량 첨가하여 세척하고 rotary evaporator로 농축·건조하였다. 최종 생성물을 증류수에 용해하여 분석 시료로 사용하였다. 지질 분석은 HPTLC 실리카겔 플레이트(10 cm × 10 cm; Merck)에 시료를 spotting한 뒤 실시 되었다. 플레이트는 클로로포름:메탄올:물(65:25:3.8)로 1차 전개한 후 건조하였고, 이어 클로로포름:메탄올:아세트산:물(40:7.5:6:1.8)로 2차 전개하였다. 전개가 끝난 플레이트는 100℃에서 건조시킨 뒤, 5% ethanolic molybdatophosphoric acid (총 지질 검출), 0.2% ninhydrin (아미노지질), zinzadze 시약(인지질), 2.4% α-naphthol 용액(당 지질)을 각각 분무하여 발색하였다. 모든 플레이트는 100℃ 오븐에서 다시 건조한 후 스캔하여 극성 지질 패턴을 확인하였다. 본 분석은 한국미생물보존센터에 의뢰하여 수행되었다.

    Results

    1. 16S rDNA sequence homology and phylogenetic analysis

    각 균주들의 16S rDNA 염기서열들의 상동성을 EzBioCloud 프로그램을 사용하여 분석한 결과 KCOM 1787과 KCOM 2046 균주는 S. sputigena ATCC 35185T 표준균주의 16S rDNA 염기서열과 상동성이 각각 98.85% 및 99.53%였다(Table 1). 또한, 계통수 분석 결과 KCOM 2046과 KCOM 1787 균주들은 S. sputigena ATCC 35185T 와 함께 클러스터 CS-1에 함께 배열되었다(Fig. 1).

    2. Bacterial species identification through whole-genome sequencing

    KCOM 1787과 KCOM 2046 균주의 전장 유전체 염기서열 결정 결과, 이들은 모두 단일 원형 염색체(circular chromosome)로 구성되었음을 알 수 있었고, 전장 유전체 크기는 각각 2,613,980 bp와 2,740,586 bp였으며, GC 함량은 56.9 mol%와 57.2 mol%였다(Table 3). OrthoANI 분석결과 KCOM 1787과 KCOM 2046 균주는 S. sputigena ATCC 35185T 표준균주와 95.34% 및 95.69% 상동성을 보였다(Table 2). GGDC 분석 결과, KCOM 1787과 KCOM 2046 균주는 S. sputigena ATCC 35185T 표준균주와 각각 61.6% 및 63.7%의 상동성을 보였다(Table 2).

    3. Morphological characterization

    KCOM 1787과 KCOM 2046 균주들의 군락 모양은 원형이면서 볼록한 형태를 가졌으며, 상아색(ivory)을 띄었고, 각각의 지름은 0.7 ± 0.2 mm 및 0.8 ± 0.3 mm였다(Fig. 2A and 2B).

    이들 균주의 그람 염색결과 그람 음성임을 알 수 있었으며, 초승달 모양을 보였다(Fig. 2A and 2B).

    또한 이들 균주들의 전자현미경 소견에서도 초승달 모양과 만곡된 부위에 편모가 있는 형태가 관찰되었다(Fig. 2A and 2B). KCOM 1787 과 KCOM 2046 균주들의 길이는 각각 1.7 ± 0.2 µm 및 2.1 ± 0.3 µm였고, 폭은 각각 0.48 ± 0.03 µm와 0.61 ± 0.04 µm였다.

    4. Analysis of biochemical characterization, bacterial fatty acid composition and polar lipids

    API 20 A kit와 RAPID ID 32 A kit를 사용하여 KCOM 1787과 KCOM 2046 균주들의 당 발효 패턴과 활성을 보이는 효소를 분석한 결과, 이들 균주 모두 D-glucose, D-lactose, D-sucrose, D-maltose, D-raffinose들을 기질로 하여 산을 생성하였으며, α-galactosidase, β-galactosidase의 효소들이 존재하였다(Table 4, Supplementary Tables 1 and 2).

    KCOM 1787과 KCOM 2046 균주들에 존재하는 지방산 구성 성분 및 비율을 분석한 결과, C14:0 DMA 성분이 각각 10.7%, 11.7%의 비율로 가장 많이 검출되었다(Table 5).

    Polar lipid 구조를 분석한 결과, KCOM 1787과 KCOM 2046 균주들에서 phosphatidylethanolamine, 한 개의 알 수 없는 aminophospholipid가 존재하였으며, 알 수 없는 aminolipids는 각각 5개, 3개로 확인되었고, 알 수 없는 lipids는 각각 3개, 5개가 확인되었다(Supplementary Fig. 1).

    Discussion

    본 연구는 16S rDNA 염기서열 비교분석법과 전장 유전체 염기서열 비교분석법을 이용하여 한국인에서 분리되어 KCOM에 기탁된 S. sputigena 2개 균주를 종-수준으로 동정하고, 이들의 형태학적 및 생화학적 특성을 조사하고, 아울러 지방산 조성 및 극성 지방 분석을 시행하여, 향후 병인론 연구에 기초 자료를 이용하고자 시행되었다.

    본 연구 결과, KCOM 1787 및 KCOM 2046 균주들은 S. sputigena 표준균주와 비교했을 때 종 동정을 위한 16S rDNA 값(threshold value) 98.65%를 초과하는 상동성(각각 98.85% 및 99.53%)을 보였고, OrthoANI 종 기준치 95%도 넘어 각각 95.34%와 95.69%를 기록하였다. 반면 GGDC 종 임계값 70%에는 미치지 못해, 두 균주의 GGDC 값은 각각 61.6%와 63.7%였다. 이러한 결과를 바탕으로, 이들 두 균주들은 16S rDNA 상동성 98.6% 이상과 OrthoANI 값 95% 이상을 같은 종이라는 판정 기준을 적용하여[25], S. sputigena로 동정되었다. 하지만, 본 연구에서는 두 균주에 대해 수행한 OrthoANI 분석과 GGDC 분석 결과가 서로 일치하지 않았다. 이러한 불일치는 현행 세균 종 구분 체계가 여전히 완전하지 않음을 보여준다. 현재 사용되는 OrthoANI와 GGDC 값의 임계값은 과거 16S rDNA 서열 비교 및 전통적 DNA-DNA hybridization 자료를 기반으로 설정[26]된 것이어서, 방법론적 한계를 내포할 수밖에 없다. 이에 따라 향후에는 종-수준 동정을 위한 보다 정교하고 일관된 기준을 새롭게 확립할 필요가 있다고 판단된다.

    본 연구 결과 전장 유전체 염기서열 상동성 비교분석법으로 S. sputigena로 동정된 KCOM 1787 및 KCOM 2046 균주들의 GC 함량은 S. sputigena 표준균주의 GC 함량과 1 mol% 미만의 차이가 있는 것으로 조사되었다(Tables 3 and 4). 차세대 염기서열 분석 기술이 도입 되기 전에는 세균 게놈의 GC 함량을 추정하기 위해 열변성 곡선, CsCl 등밀도 원심분리, 융해 곡선(melting profile) 분석, 고성능 액체 크로 마토그래피(high-performance liquid chromatography) 등과 같은 간접적 방법이 사용되었다[27]. 동일 종에 속한 균주들 사이에서 3–5 mol% 정도의 편차가 보고되었다[27,28]. 그러나 게놈 서열을 직접 해독해 계산한 값에 따르면 같은 종 내 균주 간 GC 함량 차이는 1 mol% 미만으로 좁혀지는 것으로 나타났다[28]. 이러한 연구 결과에 의하면, KCOM 1787 및 KCOM 2046 균주들은 S. sputigena에 속하는 것으로 판단된다.

    KCOM 1787과 KCOM 2046 균주들의 지방산 조성 분석결과, C14:0 DMA, C16:1 cis-7, C18:1 at 17.254, C17:1 cis-9/C17:2 및 C15:2/UN 14.762 C15:2 성분들이 약 10% 내외로 가장 많은 비율로 존재하였으며, 이는 기존의 S. sputigena 표준균주(ATCC 35185T)의 주요 지방산이 C14:0 DMA (35.6%), C15:0 (11.1%) 및 C11:0 (10.9%)인 것과는 차이가 있었다(Table 5). 특히, 이들 S. sputigena 표준균주의 주요 지방산인 C14:0 DMA과 C11:0의 조성과는 약 3배 이상 차이가 있었다. 이러한 결과는 전혀 예측하지 못한 결과였기에, 반복 실험하여 결과의 차이가 없었음을 확인하였다(결과는 제시하지 않음). 이러한 지방산 조성의 차이를 야기하는 원인으로는 여러 요인이 고려될 수 있다. 기존 연구에서 표준균주의 세포 성분 분석을 위해 peptone-yeast extract-glucose broth를 사용한 것과 달리, 본 연구에서는 TSB 배지를 사용하여 세포 성분을 분석하였다[9]. 실제로 Moore 등[29]은 분류학적 그룹 내에서 주요 세포 구성성분 간의 비율은 일반적으로 균일하나, 다양한 분류군과의 비교분석을 위해서는 동일한 배양 조건 및 분석 조건의 사용이 필수적이라고 주장하였다. 따라서 관찰된 지방산 조성의 차이는 배지 성분의 차이, 지방산 분석 기관의 차이, 또는 균주들이 서식한 숙주의 식이 차이 등에 기인할 수 있을 것으로 추정된다. 이러한 결과를 바탕으로, 향후 연구에서는 더 많은 균주를 대상으로 숙주 환경에 따른 지방산 조성의 변화 양상과 그 기전에 대한 체계적인 분석이 필요할 것으로 판단된다.

    본 연구에서 생화학적 특성을 비교 분석한 결과, KCOM 1787 및 KCOM 2046 균주들은 D-glucose, D-lactose, D-sucrose, Dmaltose, D-raffinose 등으로부터 산을 생성할 수 있고, esculin 가수 분해능이 있어, S. sputigena 표준균주와 동일한 특성을 보였다(Table 4). 하지만, KCOM 2046 균주가 질산염 환원 시험에서 음성반응을 보인 것은 S. sputigena 표준균주와 상이한 결과였다(Table 4). 이는 S. sputigena 균주들의 생화학적 특성에 다양성이 존재함을 보여주는 결과라 생각된다.

    본 연구에서 KCOM 1787과 KCOM 2046 균주들의 형태를 관찰한 결과, 균주의 폭과 길이는 0.45–0.65 × 1.4–2.6 µm, 군락은 상아 색이었으며, 크기는 0.4–1.3 mm로 측정되었다(Fig. 2). Johnson 등 [2]은 S. sputigena 표준균주는 절대 무산소, 운동성이 있고 측면에 편모가 있으며, 끝이 가늘어지는 초승달 모양의 폭과 길이가 1.3–1.6 × 1.6–2.4 µm라고 보고하였다. 또한, 2일 동안 무산소 상태에서 혈액한 천배지에 배양된 군락의 모양은 원형, 직경 약 0.5 mm, 볼록, 흰색 및 반투명 모양으로 보고하였다. 이러한 결과는 S. sputigena 균주에 따라 군락의 색깔 및 균주 폭 길이 등이 다양할 수 있음을 시사하는 것이었다.

    S. sputigena는 만성 및 급진성 치주염[30], 전반적 급진성 치주염 [31] 병소에서 높은 빈도로 검출됨이 보고되었다. 또한, 급속진행형치주염 환자를 대상으로 한 연구에서 S. sputigena는 Prevotella intermedia, Campylobacter concisus 및 Peptostreptococcus micros 와 더불어 자발적 출혈이 있는 곳에서 통계학적으로 유의성 있게 검출 빈도가 높았다[32]. 최근 S. sputigena는 Cryptobacterium curtum, Dialister pneumosintes, Filifactor alocis, Mitsuokella dentalis, Slackia exigua, Solobacterium moorei, Treponema lecithinolyticum 및 Synergistes와 더불어 치주질환의 발병 및 진행에서 새로운 병원체로 소개되었다[33,34]. 반면에, S. sputigena는 구강외 조직의 병소에서는 잘 검출되지 않지만, 패혈증 병소에서 드물게 발견되는 것으로 보고되었다[35-37]. 이러한 연구결과를 고려할 때, S. sputigena 가 다른 병원성 세균 종과 더불어 치주염의 질병 발병 및 진행에 관여하지만, 구강외 조직 또는 장기의 세균감염성질환과의 연관성은 비교적 적은 것으로 생각된다. 이처럼, S. sputigena 종들은 구강 및 전신 장기에서 감염성 질환과 관련성이 있는 것으로 보고되었다. 하지만, 현재 이들 세균 종의 병인론 연구는 미미하고 특히, 유전학적, 형태학적, 생화학적 및 화학분류학적 특성이 밝혀진 한국인 유래 균주들의 연구도 거의 없는 실정이다. 그러므로, 본 연구에서 여러 특성을 밝힌 2개 균주들은 여러 병인론 연구에서 유용하게 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

    이상의 연구 결과를 요약하면, KCOM 1787 및 KCOM 2046 균주들은 16S rDNA 염기서열 상동성 및 전장 유전체 염기서열 기반 Ortho- ANI 분석 그리고 GC 함량 비교 분석에 의해 S. sputigena에 속하는 것으로 판단된다. 본 연구 결과에서 얻은 이들 균주들의 형태학적 특성, 생화학적 특성, 지방산 조성, 극성 지방 조성 등의 특성 정보는, 이들 균주들의 보존 및 분류학적 연구에 참고 자료로 사용될 수 있고, 향후 숙주-세균 상호작용 등과 같은 병인론 연구에 이용될 수 있을 것으로 생각된다.

    Funding

    이 성과는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(no. 2021R1A2C2009051).

    Conflicts of Interest

    Joong-Ki Kook is an editorial board member of the journal, but was not involved in the review process of this manuscript. Otherwise, there is no conflict of interest to declare.

    Supplementary Data

    Supplementary data is available at http://www.kijob.or.kr only.

    Figure

    IJOB-50-3-93_F1.jpg

    Phylogenetic tree based on partial nucleotide sequences of 16S rRNA genes from type strains of Selenomonas spp. and closely related genera. Tree topology was evaluated using the neighbor-joining method implemented in MEGA software (version 12; https://megasoftware.net), with bootstrap analysis performed using 1,000 replicates. Bootstrap values are shown as percentages at the nodes of each cluster.

    IJOB-50-3-93_F2.jpg

    Colony morphology, Gram staining, and scanning electron microscopy (SEM) images of Selenomonas sputigena strains KCOM 1787 and KCOM 2046. (A) KCOM 1787: ivory, circular, and convex colonies grown on blood agar after anaerobic incubation for 48 hours (scale bar = 500 μm); Gram-negative, crescent-shaped rods observed under light microscopy following Gram staining (scale bar = 20 μm); SEM image showing curved rod-shaped cells with lateral flagella (scale bar = 5 μm). (B) KCOM 2046: ivory, circular, and convex colony on blood agar after 48 hours of anaerobic incubation (scale bar = 500 μm); Gram-negative, crescent-shaped cells under Gram staining (scale bar = 20 μm); SEM image showing abundant curved cells with surface structures, including flagella (scale bar = 5 μm).

    Table

    Summary of sequence analysis of 16S rRNA genes of two strains of Selenomonas sputigena isolated from a Korean population

    Summary of average nucleotide identity and genome-to-genome distance calculation analyses for two strains of Selenomonas sputigena isolated from a Korean population

    ANI, average nucleotide identity; GGDC, genome-to-genome distance calculation; CI, confidence interval.

    Summary of whole genome sequences of five strains used in this study

    aThe total number of reads that passed filtering.
    bThe number of unique reads that include a given nucleotide in the reconstructed sequence.

    Summary of biochemical characteristics of two strains of Selenomonas sputigena used in this study and type strains of Selenomonas spp.

    Strains: 1, KCOM 1787; 2, KCOM 2046; 3, Selenomonas sputigena ATCC 35185T; 4, Selenomonas noxia ATCC 43541T; 5, Selenomonas flueggei ATCC 43531T; 6, Selenomonas infelix ATCC 43532T; 7, Selenomonas dianae ATCC 43527T; 8, Selenomonas artemidis ATCC 43528T; 9, Centipeda periodontii ATCC 35019T. Summed feature 2, C12:0 3OH/C13:0 DMA; Summed feature 4, C15:2/UN 14.762 C15:2; Summed feature 5, C15:0 DMA/C14:0 3OH; Summed feature 6, anteiso-C15:0 3OH/C16:1 cis -7 DMA; Summed feature 7, C17:2/C17:1 cis -8; Summed feature 8, C17:1 cis -9/C17:2..
    NT, not tested.

    Comparison of cellular fatty acid contents of two strains of Selenomonas sputigena used in this study and type strains of Selenomonas spp.

    Strains: 1, KCOM 1787; 2, KCOM 2046; 3, Selenomonas sputigena ATCC 35185T; 4, Selenomonas noxia ATCC 43541T; 5, Selenomonas flueggei ATCC 43531T; 6, Selenomonas infelix ATCC 43532T; 7, Selenomonas dianae ATCC 43527T; 8, Selenomonas artemidis ATCC 43528T; 9, Centipeda periodontii ATCC 35019T. Summed feature 2, C12:0 3OH/C13:0 DMA; Summed feature 4, C15:2/UN 14.762 C15:2; Summed feature 5, C15:0 DMA/C14:0 3OH; Summed feature 6, anteiso-C15:0 3OH/C16:1 cis -7 DMA; Summed feature 7, C17:2/C17:1 cis -8; Summed feature 8, C17:1 cis -9/C17:2.
    ND, not determined.

    Reference

    1. Lessel EF Jr, Breed RS. Selenomonas Boskamp, 1922; a genus that includes species showing an unusual type of flagellation. Bacteriol Rev 1954;18:165-8.
    2. Johnson JL, Holdeman LV, Moore WEC. Replacement of the type strain of Selenomonas sputigena under rule 18: request for an opinion. Int J Syst Evol Microbiol 1985;35:371-4.
    3. Antezack A, Boxberger M, Ben Khedher M, La Scola B, Monnet-Corti V. Isolation and description of Selenomonas timonae sp. nov., a novel Selenomonas species detected in a gingivitis patient. Int J Syst Evol Microbiol 2021;71:005040.
    4. Belkacemi S, Cassir N, Delerce J, Cadoret F, La Scola B. 'Selenomonas massiliensis,' a new anaerobic bacterial species isolated from human oral microbiota. New Microbes New Infect 2018;24:1-3.
    5. Bryant MP. The characteristics of strains of Selenomonas isolated from bovine rumen contents. J Bacteriol 1956;72:162- 7.
    6. Dighe AS, Shouche YS, Ranade DR. Selenomonas lipolytica sp. nov., an obligately anaerobic bacterium possessing lipolytic activity. Int J Syst Bacteriol 1998;48(Pt 3):783-91.
    7. Guangsheng C, Plugge, CM, Roelofsen W, Houwen FP, Stams AJM. Selenomonas acidaminovorans sp. nov., a versatile thermophilic proton-reducing anaerobe able to grow by decarboxylation of succinate to propionate. Arch Microbiol 1992;157:169-75.
    8. Kuete E, Mbogning Fonkou MD, Mekhalif F, Anani H, Baudoin JP, Raoult D, Bou Khalil JY. Selenomonas felix sp. nov., a new bacterium isolated from human sputum. New Microbes New Infect 2019;31:100567.
    9. Moore LVH, Johnson JL, Moore WEC. Selenomonas noxiasp. nov., Selenomonas flueggei sp. nov., Selenomonas infelixsp. nov., Selenomonas dianae sp. nov., and Selenomonas artemidis sp. nov., from the human gingival crevice. Int J Syst Bacteriol 1987;36:271-80.
    10. Schleifer KH, Leuteritz M, Weiss N, Ludwig W, Kirchhof G, Seidel-Rüfer H. Taxonomic study of anaerobic, gram-negative, rod-shaped bacteria from breweries: emended description of Pectinatus cerevisiiphilus and description of Pectinatus frisingensis sp. nov., Selenomonas lacticifex sp. nov., Zymophilus raffinosivorans gen. nov., sp. nov., and Zymophilus paucivorans sp. nov. Int J Syst Bacteriol 1990;40:19-27.
    11. Wylensek D, Hitch TCA, Riedel T, Afrizal A, Kumar N, Wortmann E, Liu T, Devendran S, Lesker TR, Hernández SB, Heine V, Buhl EM, M D'Agostino P, Cumbo F, Fischöder T, Wyschkon M, Looft T, Parreira VR, Abt B, Doden HL, Ly L, Alves JMP, Reichlin M, Flisikowski K, Suarez LN, Neumann AP, Suen G, de Wouters T, Rohn S, Lagkouvardos I, Allen- Vercoe E, Spröer C, Bunk B, Taverne-Thiele AJ, Giesbers M, Wells JM, Neuhaus K, Schnieke A, Cava F, Segata N, Elling L, Strowig T, Ridlon JM, Gulder TAM, Overmann J, Clavel T. A collection of bacterial isolates from the pig intestine reveals functional and taxonomic diversity. Nat Commun 2020;11:6389.
    12. Zhang K, Dong X. Selenomonas bovis sp. nov., isolated from yak rumen contents. Int J Syst Evol Microbiol 2009;59(Pt 8):2080-3.
    13. Ahn SH, Song JE, Kim S, Cho SH, Lim YK, Kook JK, Kook MS, Lee TH. NOX1/2 activation in human gingival fibroblasts by Fusobacterium nucleatum facilitates attachment of Porphyromonas gingivalis. Arch Microbiol 2016;198:573-83.
    14. Scheres N, Crielaard W. Gingival fibroblast responsiveness is differentially affected by Porphyromonas gingivalis: implications for the pathogenesis of periodontitis. Mol Oral Microbiol 2013;28:204-18.
    15. Avila-Campos MJ, Rivera IN, Nakano V. Genetic diversity of oral Fusobacterium nucleatum isolated from patients with different clinical conditions. Rev Inst Med Trop Sao Paulo 2006;48:59-63.
    16. Kurgan Ş, Kansal S, Nguyen D, Stephens D, Koroneos Y, Hasturk H, Van Dyke TE, Kantarci A. Strain-specific impact of Fusobacterium nucleatum on neutrophil function. J Periodontol 2017;88:380-9.
    17. Saitou N, Nei M. The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees. Mol Biol Evol 1987;4:406-25.
    18. Kimura M. A simple method for estimating evolutionary rates of base substitutions through comparative studies of nucleotide sequences. J Mol Evol 1980;16:111-20.
    19. Cho E, Park SN, Shin Y, Lim YK, Paek J, Kim HK, Hwang CH, Jo E, Jin D, Chang YH, Kook JK. Peptoniphilus mikwangii sp. nov., isolated from a clinical specimen of human origin. Curr Microbiol 2015;70:260-6.
    20. Tatusova T, DiCuccio M, Badretdin A, Chetvernin V, Nawrocki EP, Zaslavsky L, Lomsadze A, Pruitt KD, Borodovsky M, Ostell J. NCBI prokaryotic genome annotation pipeline. Nucleic Acids Res 2016;44:6614-24.
    21. Lee I, Ouk Kim Y, Park SC, Chun J. OrthoANI: an improved algorithm and software for calculating average nucleotide identity. Int J Syst Evol Microbiol 2016;66:1100-3.
    22. Meier-Kolthoff JP, Auch AF, Klenk HP, Göker M. Genome sequence-based species delimitation with confidence intervals and improved distance functions. BMC Bioinformatics 2013;14:60.
    23. Miller LT. Single derivatization method for routine analysis of bacterial whole-cell fatty acid methyl esters, including hydroxy acids. J Clin Microbiol 1982;16:584-6.
    24. Minnikin DE, O'Donnell AG, Goodfellow M, Alderson G, Athalye M, Schaal A, Parlett JH. An integrated procedure for the extraction of bacterial isoprenoid quinones and polar lipids. J Microbiol Methods 1984;2:233-41.
    25. Chun J, Oren A, Ventosa A, Christensen H, Arahal DR, da Costa MS, Rooney AP, Yi H, Xu XW, De Meyer S, Trujillo ME. Proposed minimal standards for the use of genome data for the taxonomy of prokaryotes. Int J Syst Evol Microbiol 2018;68:461-6.
    26. Stackebrandt E, Goebel BM. Taxonomic note: a place for DNA-DNA reassociation and 16S rRNA sequence analysis in the present species definition in bacteriology. Int J Syst Bacteriol 1994;44:846-9.
    27. Mesbah NM, Whitman WB, Mesbah M. Determination of the G+C content of prokaryotes. In: Rainey F, Oren A, editors. Methods in microbiology. London: Academic Press; 2011. p. 299-324.
    28. Meier-Kolthoff JP, Klenk HP, Göker M. Taxonomic use of DNA G+C content and DNA-DNA hybridization in the genomic age. Int J Syst Evol Microbiol 2014;64(Pt 2):352-6.
    29. Moore LV, Bourne DM, Moore WE. Comparative distribution and taxonomic value of cellular fatty acids in thirty-three genera of anaerobic gram-negative bacilli. Int J Syst Bacteriol 1994;44:338-47.
    30. Nagpal D, Prakash S, Bhat KG, Singh G. Detection and comparison of Selenomonas sputigena in subgingival biofilms in chronic and aggressive periodontitis patients. J Indian Soc Periodontol 2016;20:286-91.
    31. Gonçalves LF, Fermiano D, Feres M, Figueiredo LC, Teles FR, Mayer MP, Faveri M. Levels of Selenomonas species in generalized aggressive periodontitis. J Periodontal Res 2012;47:711-8.
    32. Kamma JJ, Nakou M, Manti FA. Microbiota of rapidly progressive periodontitis lesions in association with clinical parameters. J Periodontol 1994;65:1073-8.
    33. Hiranmayi KV, Sirisha K, Ramoji Rao MV, Sudhakar P. Novel pathogens in periodontal microbiology. J Pharm Bioallied Sci 2017;9:155-63.
    34. Oliveira RR, Fermiano D, Feres M, Figueiredo LC, Teles FR, Soares GM, Faveri M. Levels of candidate periodontal pathogens in subgingival biofilm. J Dent Res 2016;95:711-8.
    35. McCarthy LR, Carlson JR. Selenomonas sputigena septicemia. J Clin Microbiol 1981;14:684-5.
    36. Pinon G, Grollier G, Romet-Lemonne JL, de Rautlin de la Roy Y. Fatal Selenomonas sputigena septicemia probably originating from lung abscess. Eur J Clin Microbiol 1985;4:343-4.
    37. Pomeroy C, Shanholtzer CJ, Peterson LR. Selenomonas bacteraemia--case report and review of the literature. J Infect 1987;15:237-42.
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