Gut microbiota of insectivorous bats in Japan harbor Chlamydophila psittaci and Shiga toxin-producing Escherichia coli: host species and location shape community structure

기술 요약: 일본 내 식충성 박쥐의 장내 미생물군집

문제 제기
박쥐의 장내 미생물군집은 생태학적 및 공중 보건학적 중요성이 인정되고 있으나, 일본의 야생 식충성 박쥐에서 이러한 미생물 군집을 형성하는 구체적인 요인에 대해서는 여전히 이해가 부족하다. 기존 연구는 바이러스성 병원체(예: SARS-CoV-2)와 인간 또는 사육 동물 미생물군에 과도하게 집중되어 있어, 야생 일본 박쥐의 박테리아 조성, 숙주 종 대 환경적 위치의 영향, 그리고 이들 집단 내 특정 병원성 박테리아의 유병률에 관한 지식의 공백이 존재한다.

연구 방법
본 연구는 일본 야마구치현의 세 곳의 서로 다른 지역에서 채집된 세 종의 식충성 박쥐의 장내 미생물군집을 특성화하였다: 동부긴날개박쥐(Miniopterus fuliginosus), 동부긴손가락박쥐(Myotis macrodactylus), 그리고 큰코쿠리박쥐(Rhinolophus ferrumequinum).

• 샘플링: 무이카이치 터널, 야마네 터널, 벳푸 동굴에서 75마리의 박쥐를 포획하였다. 원위부 대장 절편을 수집하였으며, DNA 분석을 위해 분변 함유물을 추출하였다.
• 시퀀싱: 16S rRNA 유전자(V3–V4 영역)의 고처리량 앰플리콘 시퀀싱을 수행하였다. 낮은 생물량으로 인해 증폭 시 40 사이클이 필요하였으며, 결과적으로 31개의 샘플에 대한 성공적인 시퀀싱을 얻었다. 데이터는 QIIME 2와 DADA2를 사용하여 처리되었으며, 앰플리콘 서열 변이(ASV)를 생성하였다.
• 병원체 스크리닝: 시퀀싱 외에도, Chlamydophila psittaci, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Yersinia enterocolitica, Chlamydophila pneumoniae, Streptococcus pneumoniae, 그리고 시가 독소 생성 대장균(STEC)을 포함한 특정 병원성 종을 스크리닝하기 위해 종 특이적 중첩 PCR(nested PCR) 접근법을 채택하였다.
• 통계 분석: 알파 및 베타 다양성을 Shannon, Chao1, Faith's PD, 그리고 Bray-Curtis 비유사성 지표를 통해 평가하였다. PERMANOVA를 사용하여 숙주 종과 위치의 효과를 테스트하였다. 기능적 프로파일은 PICRUSt2를 사용하여 예측되었으며, 공생 네트워크는 SparCC를 사용하여 생성되었다.

주요 결과

• 미생물 조성: 장내 미생물군은 Pseudomonadota(63.6%)와 Bacillota(22.3%) 문(phyla)이 지배하였다. 모든 종과 지역에 걸쳐 총 상대 풍부도의 74.5%를 차지하는 10개의 속(genera)으로 구성된 글로벌 코어(global core)가 확인되었다(포함된 속: Hafnia, Dwaynesavagella, Serratia, Staphylococcus 등).
• 병원체 검출: 중첩 PCR을 통해 박쥐 샘플에서 Chlamydophila psittaci, Bacillus cereus, 그리고 시가 독소 1 생성 Escherichia coli의 DNA를 성공적으로 검출하였다. 16S 시퀀싱은 잠재적 병원체를 포함하는 속(예: Staphylococcus, Streptococcus)을 식별하였으나, 종 특이적 PCR은 S. aureus, Y. enterocolitica, C. pneumoniae, 또는 S. pneumoniae의 존재를 확인하지 못하였다.
• 다양성의 동인:
  • 알파 다양성: 야마네 터널과 벳푸 동굴 사이의 Shannon 지수에서의 쌍별 차이를 제외하고는, 박쥐 종이나 위치 간의 분류학적 풍부도나 균등성에서 유의미한 차이가 발견되지 않았다.
  • 베타 다양성: 숙주 종($R^2 = 0.166, p = 0.001$)과 샘플링 위치($R^2 = 0.132, p = 0.001$) 모두 미생물 군집 조성에 유의미한 영향을 미쳤다. 유의미한 종-위치 상호작용 또한 관찰되었다.
  • 기능적 프로파일: 예측된 대사 기능(PICRUSt2를 통한)은 종이나 위치 간에 유의미한 차이를 보이지 않았으며, 이는 분류학적 변이에도 불구하고 기능적 중복성이 존재함을 시사한다.
• 네트워크 분석: 공생 네트워크는 종 특이적 및 위치 특이적 패턴을 드러냈다. R. ferrumequinum은 가장 복잡한 네트워크를 보였으며, M. fuliginosus는 가장 단순한 네트워크를 보였다. Chlamydophila와 같은 병원성 분류군은 M. fuliginosus와 R. ferrumequinum의 네트워크에는 통합되었으나, M. macrodactylus에는 통합되지 않았다.

주요 기여

1. 박쥐에서의 첫 C. psittaci 검출: 본 연구는 박쥐에서 Chlamydophila psittaci DNA를 처음으로 검출하여, 인간과 조류에게 조류 인플루엔자(psittacosis)를 일으키는 이 병원체의 알려진 숙주 범위를 확장하였다.
2. 포괄적 특성화: 일본 내 식충성 박쥐의 장내 미생물군집을 최초로 상세히 특성화하여, 특정 핵심 속과 우점 문을 식별하였다.
3. 생태적 동인: 본 연구는 숙주의 정체성과 지리적 위치가 이들 박쥐의 장내 군집 구조를 형성하는 유의미하고 독립적인 요인임을 입증하였다.
4. 병원체 감시: 본 연구는 일본 박쥐 집단 내 다른 병원성 박테리아(B. cereus 및 STEC)의 존재를 확인하였으며, 이는 바이러스 모니터링과 더불어 박테리아 감시의 필요성을 강조한다.

의의 및 주장
저자들은 본 연구가 "원 헬스(One Health)" 프레임워크에 야생동물 미생물군 감시를 통합하는 것의 가치를 강조한다고 주장한다. C. psittaci, B. cereus, 그리고 STEC의 검출은 박쥐가 이러한 병원체의 저장소 또는 전파자가 될 수 있음을 시사하며, 이는 인간-야생동물 접점에서의 잠재적인 인수 공통 질환 위험을 제기한다. 본 연구는 분류학적 조성은 숙주와 환경에 따라 크게 달라지지만, 미생물군의 기능적 잠재력은 비행과 식충성에 따른 높은 대사 요구량으로 인해 보존되는 경향이 있다고 상정한다. 저자들은 검출된 병원체의 인수 공통 잠재력과 생존력을 완전히 평가하기 위해 배양 기반 방법과 전장 유전체 시퀀싱을 포함하는 향후 연구가 필요하다고 결론짓는다.