Microbial Trace-investigation on Chickens and Associated Environments During the Entire Chicken Supply Chain Based on High-throughput Sequencing

Abstract

Poultry meat has been consistently linked to foodborne outbreaks and has a high risk of contamination by various pathogenic bacteria, demonstrating the importance of ensuring microbiological safety across the whole chicken production chain. In the present study, 16S rRNA metagenome sequencing was used to trace-investigate bacterial populations in chickens and their related environmental samples (n = 72) from a broiler farm, slaughterhouse, meat processing factory, and market. The bacterial composition of chickens from the broiler farm has altered significantly through the subsequent stages, with each successive stage revealing a different microbial configuration. Staphylococcus that originally existed in a high proportion of 36.83% in live broiler chickens dramatically decreased after slaughter (3.07%, 0.06%, and 0.42% in chicken meats at the respective subsequent phases), which may be attributed to the defeathering process. The relative abundance of Enterobacteriaceae, Acinetobacter, and Pseudomonas significantly increased after slaughter (0.95% to 13.57%, 0.03% to 34.19%, and 0.04% to 21.90%, respectively), highlighting the importance of microbial hygiene management at the succeeding stages. Diversity analysis showed similar microbial patterns between samples from the processing plant and retail outlet. The microbial contamination sources of the chicken microbiome were identified through source tracking. The floors at the broiler farm and gloves from the abattoir were identified as the major transmission routes affecting chickens prior to the meat processing. The carcasses and the environments (such as gloves and worktable) of the meat processing plant had a significant microbiological impact on the final products, accounting for 93.53% of the total sources. These results allow for the establishment of in-depth knowledge on microbial dissemination between chickens and their surrounding environments, which provides a precise understanding of microbiological concerns throughout the entire poultry production system. The current investigation is expected to be applied to the establishment of safety management measures for the overall poultry meat industry.;닭고기는 전세계적으로 생산량과 소비량이 가장 많은 축산물인 한편, Salmonella spp., Listeria monocytogenes, Escherichia coli O157:H7 등 다양한 병원성 세균에 의한 오염 위험이 높으며 식중독 사고에 지속적으로 연관되어왔다. 따라서 닭고기의 안전성 확보를 위해서는 미생물학적 관리가 매우 중요하지만, 닭고기 생산과정 전반에서의 미생물 군집 연구는 아직 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 생산부터 도축, 가공, 유통에 이르기까지의 전체 생산과정을 추적하여 수집한 총 72건의 육계(닭, 도체, 유통제품) 및 유관 환경 시료들(분변, 바닥, 환기 팬, 장갑, 칼, 하수구 등)에 대하여 16S rRNA 기반 차세대 염기서열 분석기술을 이용한 미생물 군집 분석을 수행하였다. 생산 단계 닭의 미생물 구성은 이후의 단계들을 거치는 과정에서 크게 변화하였으며, 각 단계마다 미생물 구성이 서로 다르게 나타났다. 농장 닭에서 36.85%의 높은 비율을 차지했던 Staphylococcus는 도축 과정을 거치며 크게 감소하였으며(도축 후 도체 3.07%, 가공 후 도체 0.06%, 유통 제품 0.42%), 이러한 결과는 깃털 제거 과정에서 기인한 것으로 추정된다. 항생제 내성 우려세균인 Acinetobacter와 Pseudomonas 및 위생지표세균인 Enterobacteriaceae는 도축 과정 이후 크게 증가하였고(각각 0.95%에서 13.57%, 0.03%에서 34.19%, 0.04%에서 21.90%), 이는 도축 과정 이후 작업자 및 작업 환경의 위생 관리를 통한 미생물의 교차 오염 방지의 중요성을 시사하였다. 미생물 다양성 분석 결과, 닭고기는 주로 가공 단계에서 다양한 미생물에 노출되어 교차 오염의 위험이 높게 나타났으며 가공 후 도체와 유통 제품의 미생물 군집이 유사하였다. 닭고기 마이크로바이옴에 대한 미생물의 주요 전파 지점을 파악하기 위해 원천 추적(source tracking) 기술을 이용하였고, 최종 유통 제품에 대한 미생물 주요 오염원은 육가공장의 가공 후 도체 및 환경(장갑, 작업대 등)이었으며 전체의 93.53%를 차지하였다. 본 연구는 생산부터 유통까지 전체 닭고기 생산과정에서의 주요 관리 미생물 및 미생물 전파에 대한 총체적이고 심층적인 지식을 구축하는 데에 기여할 수 있으며, 더 나아가 가금육 산업 전반에서의 효과적인 미생물학적 안전 관리 방안 수립에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.