Food Microbiology (FM) | Probiotics in Nutrition and Health
Microbiol. Biotechnol. Lett. 2024; 52(1): 1-14
https://doi.org/10.48022/mbl.2309.09001
Young-Gun Moon1, Moon-Soo Boo2, Chi-Hoon Lee2, Jin-Kuk Park1, and Moon-Soo Heo1*
1Department of aquatic Biomedical Sciences, Jeju National University, Jeju 63243, Republic of Korea
2Fishing Coporation CR Co., Ltd., Jeju 63333, Republic of Korea
Correspondence to :
MoonSoo Heo, msheo@jejunu.ac.kr
This study focused on isolating and identifying strains from the gut of Epinephelus akaara cultivated in aquaculture facilities on Jeju Island. The aim was to evaluate the potential of utilizing these strains as probiotics for industrial applications. A total of 129 strains were isolated from the gut of E. akaara and screened based on their ability to create a clear zone of 10 mm or more in a preliminary antimicrobial activity test. Twelve strains were selected for further analysis, including bile resistance, acid tolerance at different pH levels, antioxidant activity, antibiotic susceptibility, and biochemical characteristics using the API kit. Through these characteristic experiments, eight strains (G1, G3, G15, G21, B1, B2, B3, B5) were identified as having potential as probiotics. Among these, the B group strains (B1, B2, B3, B5) exhibited significantly higher activity compared to the G group strains (G1, G3, G15, G21). Based on the phylogenetic analysis of the 16S rRNA gene sequences of the selected microorganisms, the strains were named as follows: B1 strain as Lactobacillus paracasei B1, B2 strain as Lactococcus lactis B2, B3 strain as Lactobacillus plantarum B3, B5 strain as Lactococcus lactis subsp. hordniae B5, G1 strain as Bacillus licheniformis G1, G3 strain as Bacillus velezensis G3, G15 strain as Brevibacterium frigoritolerans G15, and G21 strain as Bacillus pumilus G21.
Keywords: Epinephelus akaara, evaluation, intestinal tract, microorganisms, probiotics
Probiotics를 WHO (the World Health Organization)와FAO (the Food and Agriculture Organization of the United Nations)에서는 “적정량 섭취 시 숙주에게 유익한 효과를 주는 살아있는 미생물”이라고 정의하고 있다[1]. Probiotics의 어원을 해석하면 “for life (생명을 위하여)”란 뜻이며, 이는 “against life (생명에 반대하여)”인 항생제(antibiotics)와 반대되는 말이다. 항생제는 유해한 미생물을제거하기 위해 설계되고 이용하는 것이고, probiotics는 인체에 유익한 미생물을 의도적으로 제공하기 위한 것이다. Probiotics는 장내 미생물 집단을 건강한 생태로 안정화시키고 유해한 미생물의 증식을 억제하여, 장내미생물의 불균형상태인 dysbiosis를 예방하여 인체에 유익한 이점을 제공한다[2, 3]. Probiotics의 효과를 가지기 위해서는, 위장의 낮은pH와 장내에서 분비되는 소화효소에 대한 내성을 가지고 있어야 하고, 장내 유해균들에 대한 항균 활성, 항생제 내성이나 독성 유전자, 용혈 활성 등의 안전성 평가가 중요하다[4, 5]. 건강기능성 식품으로 사용되고 있는 probiotics 균주로는숙주에게 유용한 대사물질과 효소 능력을 가진 것으로 알려진
양식산 어류와 어업 활동으로 생산되는 수산물은 인류의건강에 있어 주요 단백질원과 필수 미량요소를 제공하고 있다. 최근 10년동안 수산양식(어류, 어패류, 해조류양식)업은세계적으로 식량생산 분야에서 가장 빠르게 성장하고 있으며, 소비되는 수산물의 30% 제공하고 있지만 집약적 양식과기후 변화로 인해 발생하고 있는 감염성 질병은 많은 경제적 손실을 초래하여 양식산업 발전의 큰 문제점으로 나타나고 있다. 감염성 질병은 병원성 미생물과 바이러스에 의해발생한다. 이러한 질병들을 제어하고 치료하기 위해 백신과항생제가 보편적으로 사용되어 있으며, 항생제가 보편적으로 사용되면서 항생제에 내성을 갖는 내성균이 출현하고, 양식어류 체내에 항생제 잔여물이 축적되며, 어류 면역 시스템이 약화 또는 파괴되는 등 환경과 인류건강에 해로운 영향을 가져오게 되었다. 이러한 이유로, 유럽에서는 수산양식에서 항생제의 사용이 금지되었고, 미국 등에서는 항생제 사용에 엄격한 제한을 두고 있다. 전 세계 양식 산업계에서는 양식어류 면역체계 강화 및 성장 개선 연구에 대한 관심이 증가하였고, 어류질병을 치료하거나 예방하기 위한 대체방법으로 면역반응을 자극하는 사료 첨가제 개발이 활발히 이루어져 probiotics, prebiotics, 영양 보조제등 친환경적이면서안정적인 첨가제등이 개발되었다. 다양한 사료첨가제(probiotics, prebiotics)가 양식어류와 갑각류에서 성장, 사료효율, 면역체계의 개선에 효과적이라는 것이 밝혀졌다[7]. 그리고prebiotics는 “장 내에 존재하고 있던 한정된 미생물 종의 성장과 활성을 자극함으로써 숙주 건강에 이로운 작용을 하는소화되지 않는 성분이다.”고 밝혀졌다[8]. 어류와 갑각류에서prebiotics에 대한 다양한 연구들은 다음과 같은 매개 변수들을 증명해왔다: 성장효과 및 항산화 활성[9, 10], 병원성 미생물에 대한 항균 및 저항력[9, 11]과 대체보체활성(ACH50)같은 선천적 면역 매개 변수, 리소자임 활성, 혈구응집활성 [12], 식세포 활성(phagocytic burst). 이러한 연구들은 면역자극제로서 prebiotics를 사료 첨가제로 사용하면 양식 현장에서 발생하고 있는 다양한 질병들을 관리, 예방하기 위해유효한 대체방법임을 확인시켜 주고 있다. 지구 환경에는 다양한 미생물이 존재하며, 자연 환경을 비롯한 주변의 생물권과 긴밀하게 연결되어 있다. 하지만 생리, 생육, 효능 등을파악하고 있는 미생물은 극히 일부에 지나지 않는다. 미생물들은 환경에 적응하여 생장하는 과정에서 다양한 효소 들을생산하며, 인류는 살아오면서 수많은 경험을 바탕으로 다양한 미생물의 효능과 유용성을 파악하여 활용해 오고 있었다. 세계적으로 많은 연구자들은 여러 환경 조건과 다양한 시료에서 미생물을 발견하고, 인류가 필요로 하는 분야에 활용하고자 지속적인 연구가 이루어지고 있다[13−16]. 본 연구에서는국내의 청정지역으로 알려진 제주도에서 제주 토착어류인붉바리를 생산하여 사육하고 있는 양식장에서 붉바리 자치어 장관에서 미생물을 분리하여 효소 활성, 항산화 활성, 담즙내성, 내산성 등을 확인하여 양식장에서의 probiotics 활용가능성을 확인하였다.
본 실험에서 장내 미생물을 분리하기 위한 실험어는 제주도에 소재하고 있는 씨알 주식회사에서 생산하여 먹이생물(로티퍼, 알테미아) 섭이 단계가 끝나고 미립자 사료를 먹이고 있는 붉바리 자치어(12 ± 2.1 cm, 12.5 ± 2.3 g)를 대상으로 하여 실험을 진행하였다.
붉바리 자치어 장관에서 미생물을 분리하기 위해서 사육중인 붉바리 자치어를 2일간 절식시킨 후 장을 clean bench (JSCB-1800SB, Republic of Korea)에서 무균적으로 적출한뒤 0.85% 멸균 생리 식염수에 2회 세척한 뒤, 장관 중 중장부위 1 g을 절개(Fig. 1)하여 0.85% 멸균 생리 식염수 9 ml이 담긴 15 ml conical tube 옮겨 담아 sterile homogenizer pestle로 균질화 하여 단계 희석한 후 1.5% NaCl이 첨가된brain heart infusion agar (Difco, USA), Lactobacilli MRS agar (Difco), YM agar (Difco)와 1.5% NaCl이 첨가되지 않은 marine agar (Difco)에 평판 도말법을 이용하여 28℃에서48시간 배양하였다. 각각의 배지에 나타나는 균의 모양, 색깔 등 형태학적 모습을 관찰하여 순수분리 하였으며, 분리된미생물은 50% (v/v) 멸균 glycerol으로 stock을 제조하여, -80℃에 보관하면서 실험에 사용하였다.
붉바리 장관에서 분리된 미생물은 Genomic DNA Extraction Kit (Bioneer, Republic of Korea)로 DNA를 추출하고, genomic DNA 1 μl와 27F/1492R universal primer 각각 0.5 μM primer와 DNA polymerase, dNTPs, reaction buffer가 포함된 20 μl PreMix (Bioneer)를 사용하여 PCR을 수행하였다. PCR 반응 조건은 intial denaturation (95℃, 2분), denaturation (95℃, 30초), annealing (55℃, 30초), extension (72℃, 30초)으로 총 30 cycle로 수행한 후 마지막으로 다시한번 extension (72℃, 5분)하였다. 증폭된 PCR products는Red safe (Intron, USA)가 첨가된 1% agarose (Promega Co., USA) gel에서 전기 영동하여 확인하였다. 다음 Accuprep TM PCR purification Kit (Bioneer)를 사용하여 PCR products에 남은 primers, nucleotides, polymerase, salts를 제거 및 정제하고 elution buffer (10 mM Tris-Cl, pH 8.5) 30 μl로elution 하였다. PCR products의 염기서열의 분석은 (주)마크로젠(Republic of Korea)에 의뢰하여 결과를 얻었다. 분석된염기서열을 Molecular Evolution Genetics Analysis (Mega) software version 7.0 프로그램을 이용하여 결정된 염기서열을 확인하고, 미국 국립생물정보시스템인 NCBI (National Center for Biotechnology Information)의 BLAST (Basic Local Alignment Search Tool)search program을이용하여 GenBank database (http://www.ncbi.nlm.nih.gov)의DNA sequencing data와 유사한 염기서열을 비교하였으며,가장 근연속 또는 종(closest species)을 나타나는 서열을 확인하였다.
선별된 미생물의 내산성 평가는 pH 3.0−8.0 (in 5 N HCl)으로 0.5 농도 단위로 조정한 100 ml BHI broth (Difco)와MRS broth (Difco)에 위산에 대한 저항성을 확인하기 위하여 각각의 균주(1.2 × 105 CFU/ml)를 100 μl를 접종하여100 rpm, 28℃에서 24시간동안 배양한 후 colony를 계수하였다. 내담즙성 측정은 Walker and Gilliland [17]의 방법에따라 균을 600 nm에서 optical density (OD) 값이 0.8이 되도록 배양한 후 0.3%의 oxgall (Neogen)을 첨가한 TSB (NaCl 1.5% 첨가) 배지에 접종하여 28℃에서 125 rpm으로 배양하면서 12시간 동안 3시간 간격으로 OD 값을 측정하였다. 대조구는 oxgall을 첨가하지 않은 TSB (NaCl 1.5% 첨가) 배지에 미생물을 배양하여 측정하였다.
DPPH법은 α-tocopherol, ascorbate, flavonoid 화합물, 방향족 아민류, maillard형 갈변 생성물질, peptide 등의 항산화 활성을 나타내는 생리활성 물질에 의해 환원됨으로서 짙은 자색이 탈색되는 정도에 따라 항산화 효과를 전자공여능으로 측정하는 방법으로 항산화제 탐색에 일반적으로 이용되는 방법으로 알려져 있다. DPPH radical 소거활성은4.0 × 10-4 M DPPH 용액 2 ml와 48시간 배양된 분리균주의배양액을 14,000 ×
EDA(%) = (대조구 흡광도 – 시료 첨가구 흡광도)/대조구 흡광도 × 100
Hydroxyl radical(·OH)은 산소종 중 반응성이 매우 강하며 지질 산화를 개시하고 DNA 손상 및 돌연변이를 유발하는 물질로 알려져 있다. Hydroxyl radical은 생체의 대사과정에서 생성되는 지질의 과산화물이나 H2O2가 Fe2+나 Cu2+ 이온의 존재 하에서 생산되며 가장 독성이 강한 free radical이므로 이 라디칼을 소거하는 정도를 측정한다[19, 22]. 배양액의 hydroxyl radical (OH) 소거활성능을 조사하기 위해2-deoxyribose oxidation method [18] 방법을 변형하여 측정하였다. 시험관에 10 mM FeSO4/EDTA 용액 0.2 ml, 10 mM 2-deoxyribose 0.2 ml, 48시간 배양된 배양액을 14,000 ×
HSA(%) = {1 − [(absorbance of sample at 532 nm)/(absorbance of control at 532 nm)]} × 100
Superoxide radical (O2−) 소거활성능은 알칼리 상태에서pyrogallol의 자동산화에 의한 발색을 이용한 Eugene [19]와Marklud [20]의 방법에 따라 측정하였다. 본 실험에서 사용된 시료는 50 ml BHIB에 28℃에서 48시간 배양된 배양액을 14,000 ×
Superoxide radical scavenging activity (%) = (a − b)/a × 100
a = standard의 반응전과 반응후의 흡광도 차이
b = sample의 반응전과 반응후의 흡광도 차이
항생제 감수성 실험은 디스크 확산법(Disc diffusion method)으로 확인하였다. 28℃에서 BHIB 및 MRS broth로24시간 배양한 균(1.8 × 107 CFU/ml)을 1.5% NaCl을 포함하는 Mueller Hinton (MH, Difco) 배지에 100 μl씩 도말한후 항생제 disc를 올려놓고, 28℃에서 24시간 배양하여 나타난 생육 저해환의 크기를 측정하였고, 사용한 항생제 disc (Oxoid, England)는 Amoxicillin (AMC30), Tetracycline (TE30), Oxytetracycline (T30), Chloramphenicol (C30), Cephalothin (CF30), Nalidixic acid (NA30), Ciprofloxacin (CIP30), Novobiocin (NB30), Doxycycline (D30), Sulfadiazine (SD25), Neomycin (N30), Erythromycine (E15)이며, clear zone은 paper disc의 직경도 포함하였다. 비교 균주로 양식어류에 출혈성 패혈증을 일으켜 막대한 손실을 가져오는 어류질병원인 세균인
분리된 균주의 biochemical test, assimilation test 그리고fermentation test를 하기 위해 API 20NE, API 50CH, API ZYM microtest system(bioMerieux)을 이용하여 생리,생화학적 특성을 조사하였다.
붉바리 자치어 장관에서 분리된 미생물은 반복적인 단일colony가 나올 때까지 계대배양을 통해 순수 순리를 진행하여 동일 배지상에서 유사한 colony를 제외하고 총 129 colony를 선택하여 보존 균주를 제조하여 -80℃에 보존함과 동시에 염기서열 분석을 진행하였다. 16S ribosomal RNA PCR로 증폭된 129종은 GenBank database (http://www.ncbi.nlm.nih.gov)의 DNA sequencing data의 identify을 통해11과(Family) 14속(Genus)으로 분석되었다(Table 1). 순수분리된 129균주를 대상으로 1차적으로 자체적인 간이 항균활성 실험을 통해(data not shown) clear zone이 10 mm 이상되는 12균주(Table 2)를 선별하여 특성 실험에 이용하였다.
Table 1 . Classification of microorganisms isolated from the intestine of the
Family | Genus | Isolated no. |
---|---|---|
70 | ||
1 | ||
4 | ||
26 | ||
2 | ||
7 | ||
10 | ||
2 | ||
1 | ||
Kangiella | 1 | |
Shewanella | 1 | |
Pseudoalteromonas | 1 | |
1 | ||
2 |
Table 2 . NCBI blast search results for 12 microbial isolates from the intestinal of
Isolate code | Closest relative (obtained from BLAST search) | Identity (%) | Length (bp) |
---|---|---|---|
G1 | 99.16 | 1382 | |
G3 | 99.44 | 1445 | |
G15 | 99.51 | 1401 | |
G21 | 99.65 | 1403 | |
J2 | 99.40 | 1309 | |
J7 | 99.11 | 1339 | |
R8 | 99.42 | 1353 | |
R13 | 99.51 | 1213 | |
B1 | 99.58 | 1415 | |
B2 | 99.43 | 1385 | |
B3 | 99.51 | 1416 | |
B5 | 99.36 | 1382 |
미생물의 probiotics 조건을 갖추기 위해서는 위장의 pH 3 이하의 산성조건과 담즙 분비의 환경조건에 생존할 수 있어야 장관까지 도달하여 기능성을 발휘할 수 있다[21]. 본 연구에서 선발된 12종의 미생물의 내산성을 측정한 결과는Table 3와 같다. 본 연구에서는 음식물을 섭취할 경우 pH 3.0이상으로 중화되는 것을 고려하여 pH 3.0부터 분리된 미생물들의 내산성을 측정하였다. probiotics의 조건 중 내산성은 생균을 사육수조 및 사료에 흡착하여 투여하였을 때 pH가낮은 장기인 위에서 정착하여 생존하여야 활성을 유지할 수있기 때문에 매우 중요한 지표 중 하나이다. B1, B2, B3, B5균주는 pH 3.0에서 약하게 성장하는 모습이 보였으며 pH 3.5에서는 성장이 확인되어 내산성을 가지고 있음이 확인이 되었으며, J2, J7, R8, R13 균주는 pH 4.0−4.5에서 감수성이높은 것으로 확인되었다. G1, G3, G15, G21 균주는 pH 4.5에서 성장이 확인되어 B 균주보다는 낮으나 G 균주에서도내산성이 확인이 되었다. 담즙은 보통 pH 7.8−8.6으로 알칼리성이나 위액에 의해 중화가 이루어지게 된다. 0.3%의oxgall이 첨가된 TSB 배지에서 G1 균주는 대조군과 비교했을 때 3시간 후에 균의 증식이 다소 감소하는 걸 확인할 수있었으며, 6시간 후에는 oxgall이 첨가되지 않은 TSB(대조구) 배지에서의 성장과 비교하였을 때 실험구(oxgall 첨가)에서 50%로 감소하는 경향이 나타났으며, 9시간이 경과하였을 때는 38%로 감소하였으나 대조구와 유사한 증식 패턴을 보였다(Fig. 2). G3, G15, G21 균주 역시 6시간 후 45%, 49%, 50%로 증식이 감소하는 걸 확인하였으며, 9시간 경과 후에는 39%, 39%, 33%로 감소하였으나 G1 균주와 마찬가지로대조구와 유사한 증식 패턴을 나타내었다. J2, J7, R8, R13균주는 6시간 경과 후 63%, 50%, 55%, 70%로 균의 증식 감소폭이 높은 것이 확인이 되며, 9시간 경과 후에는 50%, 49%, 54%, 48%로 감소하였다. B1, B2, B3, B5 균주 역시대조구와 비교했을 때 3시간 후에 증식이 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 6시간 후에는 oxgall이 첨가되지 않은 대조구에서의 성장과 비교하였을 때 실험구에서 48%, 48%, 46%, 47%로 감소하는 경향이 나타났으며, 9시간이 경과하였을 때는 34%, 38%, 37%, 39%로 감소하였으나 대조구와유사한 증식 패턴을 나타내었다(Fig. 2). 붉바리 장에서 분리되어진 균주들은 인공담즙에 의해 성장이 억제되기는 하나,시간 경과에 따라 처음 투여 농도 보다는 증가하는 양상을보이고 있어 담즙이 있는 곳에서도 사멸하지 않고 생존 가능하다고 판단된다.
Table 3 . Microbial growth experiment results based on pH concentrations.
pH | G1 | G3 | G15 | G21 | J2 | J7 | R8 | R13 | B1 | B2 | B3 | B5 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
3.0 | - | - | - | - | - | - | - | - | w* | w | w | w |
3.5 | - | - | - | - | - | - | - | - | + | + | + | + |
4.0 | -* | - | - | - | - | - | - | - | + | + | + | + |
4.5 | +* | + | + | + | - | - | - | - | ++ | ++ | ++ | ++ |
5.0 | + | + | + | + | + | + | + | + | ++ | ++ | ++ | ++ |
5.5 | + | + | + | + | + | + | + | + | ++ | ++ | ++ | ++ |
6.0 | ++* | ++ | ++ | ++ | ++ | ++ | ++ | ++ | +++ | +++ | +++ | +++ |
6.5 | ++ | ++ | ++ | ++ | ++ | ++ | ++ | ++ | +++ | +++ | +++ | +++ |
7.0 | ++ | ++ | +++ | ++ | ++ | ++ | ++ | ++ | +++ | +++ | +++ | +++ |
7.5 | +++* | +++ | +++ | +++ | ++ | ++ | ++ | ++ | +++ | +++ | +++ | +++ |
8.0 | +++ | +++ | +++ | +++ | ++ | ++ | ++ | ++ | +++ | +++ | +++ | +++ |
*w; weak growth, -; not growth, +; <103 CFU/ml, ++; <105 CFU/ml, +++; >108 CFU/ml
항산화 물질은 free radical에 전자나 수소를 공여하여 복합체를 만들고, DPPH는 항산화성 물질로부터 전자, 수소를받아 불가역적으로 안정한 분자를 형성하므로, 전자공여능(electron donating ability, EDA)으로부터 항산화 활성을 추정할 수 있다. 본 실험에서 대조구로 사용된 천연 항산화제인 ascrobic acid는 항산화 작용으로 반응시간과 함께525 nm에서 짙은 자색을 가지는 DPPH 용액의 흡광도가 점차적으로 감소하는 것으로 나타났다. DPPH법에 의한 전자공여능을 측정한 결과 미생물 배양 상등액의 농도에 따라 농도 의존적으로 활성이 증가하고 있음을 확인할 수 있었다(Fig. 3A). 균주에 따른 활성 결과를 보면 B3>B5>B1>B2>G3>G1>G21>G15>R13>R8>J2>J7 순으로 활성도를 나타내고 있다(Fig. 3A). 대조구로 사용한 천연 항산화제인ascrobic acid의 농도는 0.5%(w/v)였으며 분리 미생물의 항산화 활성능은 천연 항산화제에 비해 낮게 나타났지만 일반적으로 실험에 사용되는 항산화제의 농도(0.05%, w/v)에 비교해 보았을 때 높은 항산화 활성을 가지고 있는 것으로 확인되었다. 또한 배양 상등액상의 정제되지 않은 상태로서50% 이상의 뚜렷한 활성을 나타내었기 때문에 미생물 천연항산화제로서의 가능성이 있다고 생각된다[22, 23].
본 실험에서는 in vitro 상에서 Fe2+ 존재 시 발생되는hydroxyl radical에 의해 2-deoxyribose의 손상여부를 조사한 결과 붉바리 장에서 분리된 균주 중 B5 균주가 2.0% 농도에서 81%로 가장 높은 HSA활성을 나타냈으며, 천연 항산화제인 ascrobic acid (0.5% (w/v))는 89%에 HSA 활성을나타내었다. 균주에 따른 HSA 활성 결과를 보면 B5>B3>B1>B2>G21>G1>G13>J7>R8>J2>R13>G15 순으로나타났다(Fig. 3B). 붉바리 장에서 분리된 미생물의 HSA 활성은 균주 배양 상등액에 포함되어 있는 물질이 2-deoxyribose와hydroxyl radical과의 반응보다 더 빨리 일어나 2-deoxyribose의 변성을 억제하는 것으로 사료된다[24]. 또한 HSA는antioxidant 특성뿐만 아니라 pro-oxidant 특성을 조사하는방법으로도 널리 사용되고 있으며, 본 연구에서는 항산화 작용을 하는 물질들을 정확하게 규명한 것은 아니지만 높은 항산화능을 나타내는 것을 확인할 수가 있었다.
생체내의 항산화 방어기구 중 효소적 방어계의 하나로서superoxide radical을 환원시켜서 활성산소로부터 생체를 보호하는 superoxide radical 소거활성을 pyrogallol 자동산화로 생성되는 superoxide anion radical을 소거 여부로 확인하였다(Fig. 3C). 붉바리 장에서 분리된 12균주의 48시간 배양 상등액을 가지고 SOD 유사활성을 측정 한 결과 B5 (57%), B3 (54%), B1 (52%), B2 (52%), G21 (35%), G1 (34%), G3 (34%), R13 (34%), G15 (33%), R8 (32%), J2 (32%), J7 (31%) 순으로 항산화능을 나타내었으며, 천연 항산화제인ascrobic acid는 78%의 항산화능을 나타내었다. Superoxide radical은 호기적 대사기관에서 여러 가지 생화학적 반응으로 생성되며, 주로 세포막 지질의 불포화 지방산과 반응하여지질 과산화물을 생성하므로 세포손상을 초래한다고 알려져있다[25]. 생체는 이러한 지질 과산화에 대한 반응체계로서SOD에 의하여 superoxide radical을 H2O2로 바꾸며, 다시H2O2는 catalase와 glutathione peroxidase의 작용에 의해H2O로 환원되므로 이들 효소계의 반응에 의해서 free radical로부터 생체를 보호할 수 있다[25, 26]. 본 실험에서는 장내미생물 배양액에서 최대 57%, 최소 31% 정도의 superoxide radical 소거활성을 나타내었다. 장내 미생물 배양액에 대한항산화 실험결과를 통하여 붉바리 장관에서 분리된 미생물에서 활성능에 차이는 있지만 DPPH radical에 대한 전자공여능, hydroxyl radical 소거능과 superoxide radical 소거능을 가진 것으로 확인이 되었다. 특히 활성산소 radical에 대한 소거활성에 있어 독성이 보다 큰 hydroxyl radical 소거활성이 superoxide radical 소거활성 보다 높아 유용한 항산화제의 개발 가능성을 보여주고 있다.
항생제 감수성 실험은 유용미생물 장내에서 정착 또는 생존해야 하기 때문에 중요한 조건으로 작용할 수 있다. Probiotics 일부 균주는 항생제 내성 유전자를 지니고 있다.항생제 저항성의 문제는
Table 4 . Antibiotic susceptibility test results. (clear zone diameter; mm)
Disc | G1 | G3 | G15 | G21 | J2 | J7 | R8 | R13 | B1 | B2 | B3 | B5 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
AMC30* | 12.0 | 0 | 0 | 13.0 | 0 | 13.0 | 14.5 | 13.5 | 12.0 | 0 | 8.50 | 0 | 8.50 |
TE30 | 29.0 | 15.0 | 16.0 | 18.0 | 13.0 | 27.0 | 26.0 | 24.0 | 29.0 | 12.0 | 11.0 | 8.50 | 10.0 |
T30 | 27.0 | 16.0 | 15.5 | 16.5 | 14.5 | 23.0 | 21.0 | 18.0 | 21.5 | 13.0 | 9.00 | 11.0 | 11.0 |
C30 | 24.0 | 18.5 | 16.5 | 10.5 | 17.5 | 18.5 | 19.5 | 20.0 | 21.5 | 11.5 | 15.5 | 16.5 | 17.5 |
CF30 | 0 | 9.00 | 9.00 | 0 | 0 | 15.5 | 16.0 | 12.5 | 12.5 | 0 | 0 | 0 | 0 |
NA30 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 11.5 | 15.0 | 17.0 | 11.5 | 0 | 0 | 0 | 0 |
CIP30 | 20.5 | 12.5 | 11.5 | 12.5 | 11.5 | 17.0 | 17.0 | 18.5 | 17.5 | 0 | 0 | 0 | 0 |
NB30 | 25.0 | 18.5 | 19.0 | 17.5 | 19.0 | 23.0 | 21.0 | 20.5 | 19.5 | 15.5 | 14.5 | 15.0 | 15.5 |
D30 | 33.0 | 25.0 | 26.5 | 32.0 | 25.5 | 27.0 | 28.0 | 27.0 | 19.0 | 15.5 | 15.5 | 16.5 | 17.0 |
SD25 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
N30 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 9.50 | 10.5 | 9.50 | 8.50 | 0 | 0 | 0 | 0 |
E15 | 15.0 | 12.5 | 13.0 | 14.5 | 13.0 | 15.0 | 16.0 | 14.5 | 13.0 | 9.0 | 10.5 | 0 | 12.5 |
*Amoxicillin (AMC30), Tetracycline (TE30), Oxytetracycline (T30), Chloramphenicol (C30), Cephalothin (CF30), Nalidixic acid (NA30), Ciprofloxacin (CIP30), Novobiocin (NB30), Doxycycline (D30), Sulfadiazine (SD25), Neomycin (N30), Erythromycine (E15)
**Antibiotic susceptibility test comparison strains;
항생제 내성, 항산화 활성, 담즙내성, pH 농도별 내산성 실험을 통해 probiotics의 가능성을 가진 후보 균으로 선발되어진 미생물은 G1, G3, G15, G21, B1, B2, B3, B5 8종이며, 각균주에 대한 생리 생화학적 특성 분석한 결과(Table 5) 8종 모두 그람 양성균으로 나타났으며, 성장온도 범위는 10−40℃이며, 염분 농도별 성장 범위는 0−4.5%까지 성장이 확인되었다. G1, G3, G21 균주만 운동성을 가지고 있었다. B2, B5 균주는 구균이며, 나머지 6종은 간균으로 나타났다. Catalase반응에서는 G1, G3, G15, G21 균주에서 양성반응이 나타났으며, oxidase 반응에서는 B1, B2, B3, B5 균주에서 양성 반응이 나타났다.
Table 5 . Analysis of enzyme activity and physiological biochemical characteristics.
Characteristics | G1 | G3 | G15 | G21 | B1 | B2 | B3 | B5 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Gram reaction | +* | + | + | + | + | + | + | + |
Colony colour (1.5% NaCl TSA medium)) | Beige | Creamy | Beige | Beige | Creamy | Beige | Creamy | Beige |
Temperature range for growth (℃) | 10-40 | 10-35 | 10-40 | 10-40 | 10-40 | 10-40 | 10-40 | 10-40 |
NaCl range for growth (%, w/v) | 0-4.5 | 0-4.5 | 0-4.5 | 0-4.5 | 0-4.5 | 0-4.5 | 0-4.5 | 0-4.5 |
Motility | + | + | -* | + | - | - | - | - |
Colony Morphology | Round | Irregular | Round | Irregular | Round | Round | Round | Round |
Cell shape | Rod | Rod | Rod | Rod | Rod | Cocci | Rod | Cocci |
Catalase reaction | + | + | + | + | - | - | - | - |
Oxidase reaction | + | + | - | + | - | - | - | - |
Glycerol | + | + | - | + | - | - | w* | - |
Erythritol | - | - | - | - | - | - | - | - |
D-Arabinose | - | - | - | - | - | - | - | - |
L-Arabinose | + | + | + | + | + | - | + | - |
D-Ribose | + | + | + | + | + | + | + | + |
D-Xylose | + | + | + | + | - | - | - | - |
L-Xylose | - | - | - | - | - | - | - | - |
D-Adonitol | - | - | - | - | - | - | - | - |
Methyl-βD-Xylopyranoside | - | - | - | - | - | - | - | - |
D-Galactose | + | - | - | w | + | + | + | + |
D-Glucose | + | + | + | + | + | + | + | + |
D-Fructose | + | + | + | + | + | + | + | + |
D-Mannose | + | + | - | + | + | + | + | + |
L-Sorbose | - | - | - | - | + | - | - | - |
L-rhamnose | - | - | - | - | w | - | w | - |
Dulcitol | - | - | - | - | - | - | - | - |
Inositol | w | w | - | w | - | - | - | - |
D-Mannitol | + | + | - | + | + | - | + | - |
D-Sorbitol | + | + | - | + | + | - | - | - |
Methyl-αD-Mannopyranoside | - | - | - | - | + | - | + | - |
Methyl-αD-Glucopyranoside | + | + | - | + | - | - | - | - |
N-Acetylglucosamine | + | + | - | + | + | + | + | + |
Amygdalin | + | + | - | + | + | + | + | - |
Arbutin | + | + | - | + | + | w | + | w |
Esculin | + | + | - | + | + | + | + | + |
Salicin | + | w | - | + | + | + | + | + |
D-Cellobiose | + | + | - | + | + | + | + | + |
D-Maltose | + | w | - | + | + | + | + | + |
D-Lactose | - | w | - | - | + | - | + | - |
D-Melibiose | - | - | + | - | + | - | + | - |
D-Saccharose | + | + | + | + | + | + | + | + |
D-Trehalose | + | + | + | + | + | + | + | + |
Inulin | - | - | + | - | + | - | + | - |
D-Melezitose | - | - | - | - | + | - | + | - |
D-Raffinose | - | + | - | - | + | - | - | - |
Amidon (Starch) | + | + | - | + | - | + | - | + |
Glycogen | w | + | - | w | - | - | - | - |
Xylitol | - | - | - | - | - | - | - | - |
Gentiobiose | + | + | - | + | + | - | + | w |
D-Turanose | + | - | - | + | + | - | + | - |
D-Lyxose | - | - | - | - | - | - | - | - |
D-Tagatose | + | - | - | + | w | - | - | - |
D-Fucose | - | - | - | - | - | - | - | - |
L-Fucose | - | - | - | - | - | - | - | - |
D-Arabitol | - | - | - | - | w | - | + | - |
L-Arabitol | - | - | - | - | - | - | - | |
Gluconate | + | - | - | + | + | - | + | - |
2-Ketogluconate | - | - | - | - | - | - | - | - |
5-Ketogluconate | - | - | - | - | - | - | - | - |
* +; positive reaction, -; negative reaction, W; weak reaction
분리된 균주를 동정하고자 16S rRNA 유전자를 PCR 방법을 이용하여 증폭한 후 그 염기서열을 분석하였고, 결정된염기서열을 바탕으로 blastn 프로그램으로 유사균들의16S rRNA 유전자와의 상동성을 비교한 뒤 계통수를 작성하였다(Fig. 4, Fig. 5). B1은
본 연구에서는 제주도 양식장에서 사육되고 있는 붉바리장내에서 균주를 분리·동정하여, 산업적으로 활용할 수 있는프로바이오틱스의 잠재적 가능성을 평가하였다. 붉바리 장내에서 순수 분리된 129균주를 대상으로 1차적으로 자체적인 간이 항균활성 실험을 통해 clear zone이 10 mm 이상 되는 12균주를 선별하여 내담즙성, pH 농도별 내산성, 항산화활성, 항생제 내성, API kti을 이용한 생리생화학적 특성 실험에 이용하였다. 각 특성 실험을 통해 probiotics으로 잠재적 가능성을 가진 균으로 선발되어진 미생물은 G1, G3, G15, G21, B1, B2, B3, B5 총 8종이다. 8종 중 B균주 그룹(B1, B2, B3, B5)은 G균주 그룹(G1, G3, G15, G21)보다 유의하게 높은 활성을 나타내었다. 선발되어진 미생물의 16S rRNA 염기서열 분석을 통한 계통 분석을 한 결과를 바탕으로 B1균주는
This research was supported by the 2024 scientific promotion pro-gram funded by Jeju National University.
The authors have no financial conflicts of interest to declare.
Seung-Min Yang, Eiseul Kim, So-Yun Lee, Soyeong Mun, Hae Choon Chang, and Hae-Yeong Kim
Microbiol. Biotechnol. Lett. 2023; 51(1): 128-131 https://doi.org/10.48022/mbl.2301.01008Tyler J. Long
Microbiol. Biotechnol. Lett. 2023; 51(1): 124-127 https://doi.org/10.48022/mbl.2212.12002Chae-Yun Moon, Hong-Ju Son, and Moon-Soo Heo
Microbiol. Biotechnol. Lett. 2022; 50(3): 347-353 https://doi.org/10.48022/mbl.2206.06010