메타지노믹스 분석을 통한 정상인과 치주질환자 간 구강내 미생물 비교 = Comparison of oral microbiome between healthy and periodontal disease patients through metagenomics analysis
Purpose: 본 연구의 목적은 메타지노믹스 분석을 통하여 정상인과 치주질환 이환군에 대한 구강 내 타액, 치은연상 치태 그리고 치은연하 치태로부터 미생물 유전체를 추출하고, 각 군별 샘플 내 존재하는 미생물 군집을 비교 분석함으로써 치은연하 치태와 비교하여 타액과 치은연상 치태의 미생물 군집 차이를 알아보는 것이다.
Materials and methods: 총 20명(정상군 10명, 치주질환 이환군 10명)이 연구에 참여하였다. 정상군과 치주질환 이환군 모두에서 타액, 치은연상 치태 샘플을 채취하였으며, 추가로 치주질환 이환군에서는 가장 깊은 깊이를 보이는 치주낭에서 치은연하 치태 샘플을 채취하였다. 각 샘플에서 DNA 추출 후, 16S rRNA 유전자 상의 V3-V4 초가변영역을 대상으로 polymerase chain reaction(PCR) 증폭 및 정제하고 차세대 염기서열 분석장비를 이용해 메타지놈 시퀀싱 및 생물정보학적 분석이 수행되었다.
Results: 구강내 미생물의 알파 다양성 비교에서 정상과 치주질환 이환군을 비교하였을 때, 치은연상 치태 샘플과 타액 샘플 모두 풍요도(richness)와 균등도(evenness)에서 유의한 차이를 보이지 않았으나 상대적으로 타액 샘플에서 차이가 나는 경향을 보였다. 채취 위치에 따른 분석에서는 치은연상 치태 샘플에 비해 타액 샘플에서 유의하게 높은 값을 보였다. 베타 다양성 분석에서는 치은연하 샘플이 치주질환 이환군의 클러스터링 양상과 유사함을 보였다. 상대적 미생물 풍부도 분석(bacterial relative abundance analysis)에서 치주질환 이환군에 비해 정상군이 상대적으로 떨어지는 경향성을 보였으며, 특정 병원성 균주(Porphyromonas gingivalis, Treponema denticola, Prevotella intermedia)에 대해 치은연상 치태 샘플은 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않는 반면, 타액 샘플에서는 통계적으로 유의한 차이가 관찰되었다. 또한 타액 샘플은 치은연하 치태 샘플과 유사한 분석 양상을 보였다.
Conclusion: 본 연구의 한계 내에서 치주질환 이환군은 정상군에 비해 높은 알파 다양성 추정치를 보였고, 베타 다양성 분석에서는 치은연하 샘플이 치주질환 이환군의 클러스터링 추정 양상과 유사함을 보였다. 또한 상대적 미생물 풍부도 분석에서 샘플 채취 위치에 따른 문(phylum) 수준 및 특정 병원성 균주의 변화 양상을 비교하였을 때, 치은연상 치태 샘플에 비해 타액 샘플이 치은연하 샘플과 유사한 양상을 보였다.
Purpose: The purpose of this study is to compare and analyze microbial communities through the metagenomic analysis via microbial genome extraction from the saliva, supra-gingival plaque, and sub-gingival plaque of both healthy and periodontal disease group.
Materials and methods: A total of 20 subjects (healthy subjects: 10 and periodontitis subjects: 10) were recruited. In both healthy and periodontitis groups, samples of saliva and supra-gingival plaque were collected, and in the group with periodontal disease. Additionally, in the periodontitis group, subgingival plaque samples were collected from the deepest periodontal pocket. After DNA extraction from each sample, polymerase chain reaction (PCR) amplification was performed on the V3-V4 hypervariable region on the 16S rRNA gene, followed by metagenome sequencing and bioinformatics analysis.
Results: When comparing the group with healthy group and periodontal disease group of the alpha-diversity, saliva samples demonstrated comparably larger difference of bacterial diversity than supra-gingival plaque samples, even though both supra-gingival plaque and saliva samples did not show significant differences in richness and evenness of bacterial communities. According to sampling sites, we observed a significantly higher value in saliva sample than in supra-gingival plaque sample. In our beta-diversity analysis, subgingival plaque sample exhibited clustering pattern that is similar to that of periodontitis group. Bacterial richness analysis in species level indicated relatively lower richness of bacteria in healthy group than in periodontitis group. Especially, for specific pathogenic species (Porphyromonas gingivalis, Treponema denticola, Prevotella intermedia), statistically significant difference in bacterial richness was observed in saliva samples, whereas supra-gingival calculus samples yielded no meaningful difference. Moreover, saliva exhibited similar relativistic richness of bacterial communities as that of subgingival calculus samples.
Conclusion: Within the limitation of this research, periodontitis group demonstrated increased richness and diversity of bacterial communities compared to healthy group. Comparison of variation of Phylum level species and specific pathogenic bacterial specie showed that saliva samples better represent tendency observed in sub-gingival plaque samples than supra-gingival plaque samples.
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