Uncultured bacterial diversity and genomic analysis of two strains from a seawater recirculating aquaculture system

Abstract

육상 수조 양식법 중 하나인 순환 여과양식시스템(recirculating aquaculture system, RAS)에서는 양식수를 생물여과조를 통해 정화시켜 재사용하는 방식을 이용하며, 이 때 시스템 내에 존재하는 세균이 양식수의 정화 과정에 관여한다. 본 연구에서는 부산 기장 수산과학연구원의 해수 RAS 내에 존재하는 세균의 다양성을 확인하고, 여기에서 분리된 두 탈질 균주의 유전체 분석도 수행하였다. 실험에 이용된 해수 RAS는 여섯 개의 탱크로 구성되었으며 실험기간 동안 염도와 온도를 다르게 조합한 아홉 가지 조건 하에 가동되었다. 세균 다양성은 16S rRNA amplicon sequencing을 이용하여 분석하였다. Proteobacteria와 Bacteroidetes 문의 세균 그룹이 67.2-99.4%로 가장 많은 비율을 차지하였다. 여섯 개의 탱크 중에 팩키지여과조, 메쉬여과조 그리고 수조숙성조에서 97% OTU수준에서 다른 여과조들보다 높은 세균 다양성을 확인하였다. Nitrifying bacteria도 이 세 여과조에서 많이 확인되었고, Rhodobacteraceae 와 Flavobacteriaceae 과에 속하는 세균 그룹은 전 시료에 골고루 분포한 것을 확인하였다. 이 중에서도, denitrifying bacteria는 양식수 내의 암모니아 제거에 기여함으로써 RAS의 정화 프로세스의 효율성 증진을 위하여 특히 연구 가치가 있다고 보여진다. 메쉬여과조에서 분리된 두 탈질 균주, RR3-28과 RR3-57에 대하여 genome sequencing과 annotation을 수행하였다. RR3-57은 Halioglobus pacificus S1-72(T)와 96.22%의 16S rRNA sequence similarity를 보였고, whole genome은 총 5,003,575 bp 길이, GC 함량 57.5 mol%이며 4,627개의 CDS와 49개의 RNA를 포함한 것으로 확인되었다. RR3-28은 Nitratireductor basaltis J3(T)과 95.45%의 16S rRNA sequence similarity를 보였고, whole genome은 총 3,513,368 bp 길이, GC 함량 58.3 mol%이며 3,410개의 CDS와 43개의 RNA를 포함한 것으로 확인되었다. RR3-28과 RR3-57은 각각 18개와 21개의 탈질 관련 유전자를 가지는 것으로 확인되었다. RR3-28은 기존에 유전체 분석이 완료된 Nitratireductor 속의 균주들과 유전체 비교를 했지만, RR3-57은 Halioglobus 속의 균주 중 유전체 분석이 진행된 균주가 없는 관계로 유전체 비교는 하지 않았다. 본 연구에서는 해수 RAS 내에서 세균 군집이 가지는 역할을 이해하기 위하여 세균 다양성을 연구하였다. 또한, 이 시스템에서 분리된 두 탈질 균주의 유전체 서열 분석은 시스템 내에서 잠재적으로 일어나는 탈질 기작을 유전자 수준에서 이해하는 데에 기여할 것이다.