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[윤복근교수 칼럼]포스트바이오틱스(Postbiotic) 생체작용 관련 잠재적 메커니즘
  • 일간투데이
  • 승인 2019.10.29 16:00
  • 8면
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사진=윤복근 교수

Postbiotics의 보호 효과는 그 작용 메커니즘이 다양할 지라도, probiotics의 유익한 치료 효과를 모방하는 화합물에 의해 유발될 수 있다.

다른 한편, postbiotics는 지방산 β- 산화를 통한 트리글리세리드(triglyceride)를 감소시키는 퍼옥시좀 증식체 활성화 수용체(peroxisome proliferator-activated receptor)를 활성화시키는 것으로 보고되었다. 또한, postbiotics는 간세포 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthase (HMGCS) 및 3- hydroxy-3-hydroxy-3-hydroxy-3-hydroxyaco-3 synthase(HMGCR)의 효소 활성을 감소시키기 위해 세포 자율 지방 분해를 유도하는 뉴클레오타이드 결합 올리고머화 도메인 함유 단백질 1을 활성화시키는 것으로 밝혀졌다.

이를 통해, 간 및 근육 조직에서 AMP- 활성화 단백질 키나아제를 증가시킴으로써 지질대사 및 이상지질혈증 조절을 촉진시킨다.

또한, muramyl dipeptide 기반 postbiotics는 비만쥐에서 전사 인자 IRF4의 활성화 및 뉴클레오타이드 결합 올리고머화 도메인 함유 단백질 2를 통해 지방 염증과 포도당 불내성을 감소시킬 수 있음이 밝혀졌다. 또한, postbiotic는 비만 및 저수치 내독소혈증에서 간내 인슐린 저항성을 감소시켰다.

Postbiotics는 결장암 세포에 대해 항증식성 특이 활성(antiproliferative specific activity)을 보이는 것으로 나타났다. 이는 면역반응의 조절을 통한 세포 자멸 경로의 활성화와 관련이 있는 것으로 보인다.

Lactobacillus 균주로부터 얻은 postbiotics는 대장암 침범을 억제하는 메탈로프로테아제(metalloproteinase)-9 활성을 감소시킬 수 있다고 보고되었다. 이 효과의 원인이 되는 활성 화합물을 밝혀내기 위해, postbiotics (세포없는 상등액)을 분자량 범위를 기준으로 분획하였다.

활성 억제 분획은 100 kDa이상 및 50-100 kDa 화합물에 상응하는 것으로 밝혀졌으며, 억제 화합물은 단백질, 핵산 또는 다당류와 같은 거대 분자일 수 있음을 시사한다. 일부 연구는 젖산균에서 추출한 무세포 추출물이 전체 세포 배양액보다 훨씬 높은 항산화 기능을 나타낼 수 있다고 결론지었다. 이는 항산화 기능이 효소 및 비효소적 세포 내 항산화제에 기인할 수 있음을 나타낸다.

또한, Bifidobacterium infantis, B. breve, B.adolescentis, B. longum은 NADH peroxidase를 생성함으로써 과산화수소를 분해할 수 있다. 글루타티온퍼옥시다아제(glutathione peroxidase)와 글루타티온 환원효소는 활성산소(ROS)를 소거하여 산화 손상으로부터 세포를 보호하는 두 중요한 항산화 효소임이 보고되었다.

그러나 항산화 기능 및 항산화 효소 활성도는 모든 종류의 균주와 양의 상관 관계를 가질 수 없으며, 이는 다른 화합물들이 항산화 효과에 관여할 수 있음을 나타낸다.

이러한 의미에서 락토바실러스의 여러 균주 세포 내 물질의 항산화 기능은, 세포 내 산화 환원 상태를 유지하는데 필수적인 비효소 항산화제인 환원 글루타티온의 세포 함량과 상관 관계가 있다고 제안되었다. 이러한 비효소적 postbiotics의 항산화 활성은 활성산소(ROS) 및 반응성 질소 제거 특성에 의해 야기될 수 있다.

Postbiotics의 면역조절 및 항염증성 기능은 다양한 동물 모델에서 면역 계통의 억제와 유도에 의해 중재되는 것으로 알려져 왔다. Postbiotics는 사이토카인 반응 및 Th1 경로 억제의 생성을 조절하는 것으로 밝혀졌다.

Postbiotics의 항균활성(antimicrobial activity)은 일반적으로 그람 양성 및 그람 음성 미생물 모두에 정균 또는 살균 특성을 나타내는 박테리오신, 효소, 소분자 및 유기산을 포함하는 아직 다 알려진 바가 없는 항균 화합물의 존재에 기인할 수 있다. 아직 정확한 메커니즘이 밝혀지지는 않았지만, 이러한 모든 특성들은 postbiotics가 보다 좋고 특정한 생리효과를 제공함으로써 숙주의 건강 상태를 향상시키는데 기여할 수 있음을 보여준다.

기능성 식품에 대한 지식이 증가함에 따라 probiotics을 포함한 새로운 세대의 건강 제품이 개발되었다. 그러나 probiotics 적용과 관련된 한 가지 문제는 일부 probiotics 균주에서 항생제 내성 유전자가 발생한다는 점인데, 이는 수평 유전자 전달을 통해 항생제 내성 유전자를 병원성 박테리아에 전달할 가능성이 있기 때문이다.

Probiotics 제품 (즉, 의약품 및 상업용 식품 기반 제품)과 관련된 또 다른 우려는 제품 제조 및 보관중 박테리아의 생존력을 유지하는 것이다. 유통 시스템 중 Probiotics의 생존력이 다른 미생물 종과의 상호 작용, 제품의 최종 산도, 수분 활성도, 온도, 영양성분의 여부, 성장 촉진제 및 억제제, 접종 수준, 발효 시간, 용존산소 및 동결 건조, 분무 건조 또는 동결 농축을 포함한 제제 공정 절차 등 다양한 변수에 의해 영향을 받을 수 있다.

또한, 사람 및 수의학적 사용을 위한 상업적 제품의 명시 및 실제probiotics사용 수치 사이의 불일치가 이전에 보고된 바 있다.

따라서, 이러한 probiotic 안정성의 부족은 probiotic 제품에 의해 제공되는 건강상의 이점을 상쇄할 수 있다. 이에 비해, postbiotics는 살아있는 박테리아보다 더 안정적이다.

Phister, O'Sullivan, McKay (2004)는 Bacillus sp. 균주 CS93에 의해 생산된 항균특성을 갖는 펩티드, 즉 bacilysin과 chlorotetaine가 넓은 pH 범위에서 수용성 및 활성을 나타내어 다양한 식품에 적용될 수 있음을 밝혀냈다.

그러므로 postbiotics는 표준화된 방식으로 조절 또는 적용될 수 있는 반면, 살아있는 박테리아사용의 경우, 각각의 균주수 와 대사활성에 따라 필요한 장내 활성화 구조의 수치가 달라진다. 따라서, 특정 박테리아로부터 얻어진 몇몇 용해성인자들은 많은 질병을 치료하기 위한 박테리아 생물학적 전략의 부류가 될 수 있다.

Postbiotics가 암탉, 육계(broiler) 및 새끼 돼지의 성장에 영향을 미칠 수 있음이 보고됨에 따라, 동물 건강 개선에도 적용 가능성이 있다. 이러한 의미에서 Kareem et al. (2016)의 최근연구는 L. plantarum에 의해 생산된 postbiotics를 먹인 육계에서 postbiotics없이 기초사료를 먹인 육계보다 현저히 높은 최종체중 및 체중증가가 나타났음을 밝혀냈다. 또한, postbiotics는 십이지장 및 회장(回腸) 융모의 높이를 증가시키는 것으로 나타났다.

더욱이, postbiotic과 이눌린의 조합은 성장력을 향상시키고 유익한 박테리아의 최종 수를 증가시키며 장내세균과 대장균을 감소시킬 수 있다. 비슷한 연구에서 Loh et al. (2014)는postbiotics보충제를 투여했을 때 암탉의 일일 산란능력이 월등히 높아졌음을 발견했다.

일부 보고서는 L. plantarum의 postbiotics 투여가 성장력과 단백질 소화율 및 설사 발생 감소에 긍정적인 효과를 발휘한다고 주장했다. 수집된 데이터에 따르면, 저자들은 postbiotics가 길어진 융모 및 향상된 성장력 면에서 점막 구조를 변형시켰다고 제안했다.

또 postbiotics의 사용은 장내 미생물을 변형시키고 보호 박테리아 (예: Lactobacillus 및 비피더스균)의 개체군을 개선하고 시험 동물의 건강 상태를 향상시켰다.

또 postbiotics는 Lactobacillus 균주에 의해 생산된 항생물질을 함유하고 있어 동물의 장에서 영양소를 공급하고 생리 활성을 향상시켜 장내 병원성 박테리아를 감소시키고 흡수를 증가시킬 수 있다.

Postbiotics는 더 높은 효과성과 더 나은 동물 건강상태 유지를 달성하기 위한 잠재적 사료 첨가제로 간주될 수 있다.

Postbiotics는 미생물이 없는 식품 보충제, 발효 기능성 식품 및 질병 예방용 약물과 같이 여러 질병의 보완적 치료제로 유용할 수 있다. Postbiotics 연구는 건강 향상을 위한 새로운 치료 전략을 개발할 수 있는 기회라고 볼 수 있다.

유전자 조작을 위한 현대 기술의 도래로, 여러 질병의 예방 및 치료를 위한 대사물질생산능력을 가진 새로운 생물학적 probiotic 균주의 개발 기회가 생겼다.

예를 들어, 유전자 조작된 젖산균은 항생제 펩타이드, 안지오텐신 전환 효소 억제 펩타이드, 암 억제 펩타이드 KiSS1, HSP65의 융합단백질, P277종열중복과 글루타민산 탈탄산효소 및 IL-10 사이토카인의 장전달에 쓰이는데, 이에 따라서 장염, 고혈압, 결장암, 장염증 및 제1형 당뇨병과 같은 자가면역질환의 치료를 위한 유망한 전략을 제공한다.


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