녹슬고 무뎌진 칼날 갈기! 숫돌이 어디로 갔나...
2019년에 Bergey's Manual of Systematic Bacteriology에 공동 저자로서 새로운 속(genus)에 관한 챕터를 투고한 일이 있었다. 리뷰 과정이 도대체 어떻게 돌아가는지 답이 없다가 무려 4년이 지난 2023년이 되어서 리뷰 의견이 왔다. 이 원고를 들고 있던 편집자가 은퇴를 한 것이 지연의 사유였다. 이건 해도 너무 하는 것 아닌가! 그 사이에 이 속에 해당되는 새로운 종이 보고된 것도 있으니 이를 추가하여 다시 phylogenomic analysis에 대한 그림을 만들어야 했다. 작년까지 iTOL을 유료 회원으로 매우 편리하게 사용해 왔었지만 외부로 파견 근무를 나오면서 구독 갱신을 하지 못하여 free access로 전환되었다. Tree 업로드는 되지만 annotation 정보는 저장이 되지 않는 불편함을 감수해야 한다. 그래서 대부분의 설정 사항을 파일로 잘 저장해서 필요한 때마다 drag & drop으로 밀어 넣어 해결하기로 했다.
Genus level의 구별에 대해서는 별로 심각하게 생각해 본 일이 없었다. 그저 POCP(percentage of conserved proteins) 분석 정도를 통해서 대략적인 genus 경계를 제시했었다. 그러나 이런 목적이라면 AAI(amino acid identity)가 더 낫다고 하니 분석을 새로 실시해야 한다. Kostas lab의 AAI calculator는 여러 샘플을 한꺼번에 다루기가 매우 불편하다. 더 나은 방법이 없을까?
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AAI는 68% 정도를 genus 구별의 threshold로 여기면 된다고 한다. POCP는 대략 50%가 기준인 것으로 알려져 있으나 그 폭이 너무 크다. 자료 출처: MyTaxa: an advanced taxonomic classifier for genomic and metagenomic sequences (2014). |
지금은 CJ바이오사인스의 대표가 된 천종식 교수께서 서울대 재직 당시 개발했던 EzAAI pipeline을 쓰기로 했다. Gene prediction, identity calculation, clustering(newick format file 생성)까지 한 번에 해 주니 이보다 편할 수는 없다. 일단 글 쓰다가 천 대표께 문자 한번 보내고...
EzAAI와 ezTree를 써서 트리 파일을 각각 만든 다음, 이를 iTOL에 먼저 업로드한 뒤 annotation file을 순차적으로 올려서 그림을 그려 보았다. iTOL 데이터 파일을 어떻게 만들더라? 단편적으로 기록해 둔 메모를 찾아서 적용하되 오랜만에 Perl 코드 조각을 새로 쓰기도 하였다. 두 가지 방법으로 만든 tree의 토폴로지 상에는 크게 다른 점이 없다.
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| 해상도는 의도적으로 낮게... |
Genome으로부터 계산되는 여러 수치를 다양한 계층의 택소노미 구별에 쓸 수 있는데, 미생물 그룹에 따라서 보편적인 값을 적용하기 어렵다는 것이 큰 문제이다. Species 수준에서는 그나마 ANI와 dDDH가 "Gold Standard"로 인식되면서 꽤 좁은 threshold를 적용할 수 있지만, 연구자에게 중요한 genus가 특히 어렵다. Family보다 더 높은 단계의 taxnomy 레벨은 연구자의 가슴에 별로 와 닿지 않는다. 이런 문제에 천착한 논문으로는 Next-generation systematics: an innovative approach to resolve the structure of complex prokaryotic taxa(2016) 같은 것이 있다. 최근 논문을 찾다가 해양과기원 권개경 박사팀에서 작년에 Frontiers in Microbiology에 발표한 논문을 발견하였다. 요즘도 멋진 헤어스타일 유지하고 계신지 모르겠다.
중요한 문장 몇 개를 발췌해 보았다.
- POCP와 AAI는 genus delineation에 유용하다.
- Genus delineation을 위한 AAI cutoff는 60-80%으로서 비교적 폭이 넓지만 POCP(대략 50%)보다는 낫다고 여겨진다.
- POCP = 50%를 단일 threshold로 하면 monophyly rule for taxon delineation을 위배할 수 있다(참조: The species concept for prokaryotes, FEMS Microbiology Reviews 2001. 이 논문은 genome sequencing이 보편화되기 전에 나온 것이다. 즉, species demarcation을 위한 ANI 개념이 나오기 전의 논문이다.).
- 클러스터링 작업을 자동으로 반복하고 그 결과를 평가하여 60~80% AAI 사이의 최적 임계값을 결정하는 파이썬 스크립트를 제작하였다.
필요한 부분만 빨리 발췌하여 읽은 것이기에 중요한 메시지를 혹시 놓치지는 않았나 모르겠다. 다음은 methanotroph와 관련한 다른 논문(2018년도, 링크)에서 인용한 것.
Another tool proposed for delimiting taxonomic ranks at the genus level is AAI (Konstantinidis and Tiedje, 2005). However, prokaryotic taxa exhibit a range of AAI values, making distinct boundaries difficult to define (Konstantinidis and Tiedje, 2005; Luo et al., 2014). AAI comparisons by Luo et al. (2014) of related but different genera typically ranged from 60 to 80%.
동일 family에 속하는 서로 다른 genus에 대하여 서로 다른 AAI threshold를 적용해야 한다는 뜻이렸다! 비교적 최근에 나온 참고할 논문을 하나 더 소개하는 것으로 오늘 글을 마치고자 한다.
A genus definitio for Bacteria and Archaea based on a standard genome relatedness index (2020).
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