Transcript 세균의 동정 (Bacterial Identification)

세균의 동정 (Bacterial Identification)
김승범
유전자은행
Korean Collection for Type Cultures (KCTC)
한국생명공학연구원
Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology (KRIBB)
계통분류학의 3요소
동
정
(IDENTIFICATION)
분
류
(CLASSIFICATION)
명
명
(NOMENCLATURE)
★ 용어의 정의
•
분류 (Classification):
생물간의 유사도 및 관련성에 기초하여 체계적으로 구분하는 작업
•
동정 (Identification):
미지의 생물을 기존의 확립된 분류군으로 예속시키는 과정
•
명명 (Nomenclature):
정해진 규칙에 따라 분류군에 이름을 부여하는 작업
•
분류군 (Taxon):
계층구조적 분류에 있어서의 한 단위
•
계통 (Phylogeny):
진화학적 유사도에 기초한 생물간 유연관계
★ 세균의 동정
동정=정보
⊙ 병원균의 동정 -> 질병의 진단
ex) 뇌막염 (meningitis): 세균류 (Neisseria,
Streptococcus, Listeria, Enterococcus),
바이러스, 진균, 화학물질 등 다양한 병인
Bacteriamuseum.org
⊙ 폐수처리시설 -> 원인 제거
ex) 벌킹 (bulking): 처리수에 입자가 부유하
는 현상, 다양한 사상세균 (filamentous
bacteria) 관여
★ 이분법적 분석체계
Aerobic
Catalase +
Bacillus
Listeria
.
.
Anaerobic Actinomyces
Propionibacterium
Bacilli (rods)
.
.
Catalase -
Gram positive
Aerobic
Catalase +
Cocci (spheres)
Bacteria
Anaerobic
Catalase -
Gram negative
★ 수리동정
CHARACTERS
Oxygen
Catalase
Oxidase
Glucose
.
Acinetobacter
Aerobic
+
-
Oxidized
.
Brucella
Aerobic
+
V
Oxidized
.
Cardiobacterium
Facultative
-
+
Fermented
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
ID score of an unknown against a reference taxon
ID score = # matched characters/ # total characters
★ 수리동정 II
CHARACTERS
Spiral chains
Gray spores
Pigment
Lecithinase
.
S. albidoflavus
1
1
20
15
.
S. anulatus
38
3
11
3
.
S. halstedii
23
99
8
15
.
S. exfoliatus
1
38
39
50
.
S. violaceus
50
13
1
75
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
ID score of an unknown against a reference taxon
ID Score = Likelihood (Unk vs target taxon)
/ ∑ (Likelihood against all taxa)
★ 다변항 분석 (Multivariate Analysis)
Axis
2
Axis 1
스펙트럼: Pyrolysis mass spectrometry
화학조성: 지방산 조성
수리분류: +/- 데이터
다상적 분석 (Polyphasic Analysis)
표현형
화학적 조성
면역학적 특성
유전적 특성
형태적 특성
세포 구성성분
응집반응
염기서열 분석
생리학적 특성
Fingerprinting
형광면역반응
DNA 염기조성
ELISA
유전체 간 유사도
생화학적 특성
DNA 탐침
동
정
★ 표현형
•
배양학적 특성:
콜로니 특징, 다양한 배지에서의 생장 여부 등
•
형태적 특성:
세포의 외형, 염색반응, 운동성 등
•
생리적 특성:
효소 활성 등
•
생화학적 특성:
유기산의 형성, 유기물의 가수분해능 등
•
기질의 이용:
탄소원, 질소원의 이용 등
•
저해환경에서의 생장:
다양한 화학물질의 존재 시 생장, 다양한 온도 및 pH에서의 생장 등
★ 화학분류적 특성
•
세포벽 및 세포막 구성:
세포벽 구성, 지방산, 극지방, 단당류, 퀴논, 아미노산 등
•
단백질 조성:
단백질의 패턴 (ALT, heat-shock proteins, whole cellular proteins)
•
세포전체의 화학적 특성 (Fingerprinting technique):
열분해 (Pyrolysis) & 질량분석 (mass spectrometry) -> PyMS
Spectroscopy (Infrared, Raman 등)
★ 면역학적 특성
•
응집반응 (Agglutination)
항원-항체간 특이적 응집반응에 의한 동정 (시각적인 결과)
•
형광면역반응 (Immunofluorescence)
형광물질과 결합된 항체를 이용한 특정 세균의 검출
•
ELISA (Enzyme linked Immunosorbent Assay)
항원-항체 반응과 효소 반응을 결합한 극미량의 항원 검출법 이용
Substrate
Fluorescence
★ 유전학적 특성
•
분자지표의 구성단위 서열 결정:
라이보좀을 구성하는 RNA 유전자 (5S, 16S 및 23S rDNA)
단백질을 생산하는 유전자의 DNA (recA, gyrB, rpoR)
* 분자지표의 조건
•
PCR 응용 기법
Diagnostic PCR
•
DNA 염기 조성 (Genomic molar G+C content)
•
유전체 간 유사도 (DNA:DNA relatedness)
•
DNA 탐침 (DNA probe)
FISH (Fluorescent in situ hybridization)
★ 상용 동정시스템 (Commercial Identification System)
•
MIDI Microbial Identifiation System
(MIDI, Inc):
지방산 이용 세균 및 효모 동정 시스템
•
API Identifiation Kit (Biomerieux):
효소반응에 의한 기질 이용여부를 형
광에 의하여 측정하여 세균 및 효모 동
정
•
BIOLOG Microbial Identification
System (Biolog, Inc):
API와 유사, Phenome 분석 도구 제공
★ 동정기법의 새 경향
•
DNA 칩 (Microarray)
•
Cellular Fingerprinting
MALDI TOF MS (Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization Time of Flight
Mass Spectrometry)
FT IR (Fourier Transformed Infrared Spectroscopy)
•
Multicolor FISH
★ DNA Chip (Microarray)
Probe 고안
(특이적 DNA 조각)
Chip 제작
형광부착시료 첨가
융합 반응
★ Cellular Fingerprinting
MALDI TOF MS
(Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization Time of Flight Mass
Spectrometry)
Laser에 의한 생체분자 이온화
TOF 메커니즘에 의한 이온 분리
MS 검출
Fingerprint
★ Multicolor FISH
•
FISH using multiple probes
labeled with different fluorescent
dyes
시료 고정 & 도말
Hybridization
Taken from Thompsen et al. (2002)
★결 론
•
분류의 기준 및 종의 정의의 변동에 따라 동정의 기준 또한 달라짐
•
다상적 분석체계는 정확성을 높임
•
신속하고 정확한 동정기법 개발 필요
•
기기 및 장비의 발전 -> 동정기법 발전의 기반