티베트 요거트에서 분리한 유산균의 병원성 세균 항균 효과 연구

서 론

최근 건강에 대한 사람들의 관심이 증대되면서 건강지향성을 강조한 식품들이 소비자들에게 높은 관심을 받고 있다. 그 중 요거트는 유산균의 효능이 알려지면서 소비자들의 관심이 높아지고 있는 건강 기호식품 중의 하나이다[1]. 요거트는 원유 또는 탈지유에 유산균을 배양하여 특유의 향미를 강화시킨 발효 유제품이다. 현재 요거트 제품 개발 연구들은 단지 영양성과 기호도를 높이는 것뿐만 아니라, 항산화, 항균활성 등과 같은 새로운 생리활성이 강화된 요거트를 개발하는 추세로 이에 많은 연구들이 진행되고 있다[2]. 유산균은 식품의 발효에 관여하는 주된 미생물로 정장 작용[3,4], 항콜레스테롤[5], 면역증강 효과[6], 유당불내증 완화[7], 항암 작용[8] 등의 다양한 생리활성을 지니고 있어 건강증진 및 질병예방을 위한 probiotics로 사용되고 있다[9]. 유산균은 포도당 발효의 최종 대사 산물로 젖산 및 초산과 같은 유기산을 생산하고, hydrogen peroxide, bacteriocins, 그리고 과산화수소 등을 생산한다. 유산균의 항균효과는 주로 이러한 대사산물의 상호작용에 기인한다[10]. 최근 식생활 환경 변화와 함께 식중독 원인 식품은 점차 다양해지고, 식중독 사고의 규모가 대형화되고 있기에 식품안전 확보를 위한 식중독균 관리에서는 원재료를 비롯한 전 단계에서의 제어, 관리가 중요하다[11]. 식중독을 유발하는 주요 원인균으로는 Escherichia coli O157:H7, Listeria monocytogenes, Salmonella Typhimurium, Staphylococcus aureus 등이 알려져 있다[12]. E. coli O157:H7은 거의 모든 식품 즉, 물, 고기, 주스 등을 통하여 감염되며, 분쇄고기가 가장 중요한 오염원으로 알려져 있다[13]. L. monocytogenes의 주된 감염경로는 오염된 식품의 섭취이다[14]. 이 균에 의한 감염증은 설사, 복통을 일으키는 비침습성 감염증과 패혈증, 뇌수막염으로 진행되는 침습성 감염증의 형태로 증상이 나타난다[15]. 대표적인 식중독균 중 하나인 Salmonella 속 균은 가축의 장관에 상존하며, 축산물 등 오염식품을 통하여 감염하여 급성 위장염, 식품 질환증 또는 몇몇 장기의 패혈증을 동반한 국소형 병소 등을 일으키는 중요한 장관 내 감염 세균으로 공중위생상 중요한 지표 세균으로 알려져 있다[16]. S. aureus 역시 대표적인 식중독균으로서 공기, 토양 등의 자연계에 광범위하게 분포한다[17]. 특히 식품에 오염된 S. aureus는 내열성의 장독소(enterotoxin)를 생성하여 구토, 설사, 위경련 등의 증상을 동반하는 독소형 식중독을 일으킨다[18, 19]. 유산균의 산 생성에 의한 병원균 억제는 가장 많이 연구된 항균활성의 기전이다. 대부분의 유산균은 젖산 및 초산과 같은 대사산물을 생산함으로써 pH를 낮추어, 유해균의 생성을 억제한다[20]. 따라서 본 연구에서는 티벳 요거트(Tibetan yogurt)로부터 분리한 유산균을 이용하여, 식중독을 유발하는 주요 원인균으로 알려진 E. coli O157:H7, L. monocytogenes, S. Typhimurium, S. aureus에 대한 항균효과를 확인하고자 하였다.

재료 및 방법

결과 및 고찰

pH를 6.5로 보정한 7종의 CFS의 E. coli O157:H7, L. monocytogenes, S. Typhimurium, S. aureus에 대한 항균효과는 Fig. 1과 같다. 4개의 병원균에 대해 CFS 처리 후 595 nm에서 흡광도를 측정하였다. S. aureus에 대해 TY4 CFS를 1:2의 농도로 처리한 결과(Fig. 1D)를 제외하고는 4개의 병원균에 대해 1:2의 농도로 7종의 CFS를 독립적으로 처리한 결과(Fig. 1), 대조군과 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다(p<0.05). Fig. 2와 Fig. 3은 E. coli O157:H7, L. monocytogenes, S. Typhimurium, S. aureus에 pH를 보정하지 않은 7종의 CFS를 각각 1:2, 1:4, 1:8의 농도로 처리한 후 독립적으로 항균효과를 분석한 결과이다. pH를 보정하지 않은 CFS 처리에 따른 흡광도 측정 결과, 4개의 균주에서 모두 대조군과 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다(p<0.05). E. coli O157: H7, L. monocytogenes, S. Typhimurium, S. aureus에 대해 pH를 보정하지 않은 CFS를 처리한 결과(Fig. 2, Fig. 3)와 pH를 6.5로 보정한 CFS의 처리 결과(Fig. 1) 모두 CFS에 의해 유의미하게 억제되는 경향을 보였지만, pH를 보정하지 않은 CFS를 처리한 경우에서 더 큰 폭으로 억제되는 것을 확인하였다. Fig. 2와 Fig. 3에서는 1:4와 1:8의 농도로 각각 처리한 7종의 CFS와 4개의 균종을 독립적으로 24시간 처리하였을 때, 대조군과 비교하여 유의미한 생장 억제 효과를 확인하였다(p<0.05). 4개의 균종과 CFS를 1:8의 농도로 처리한 결과가 1:4의 농도로 처리한 결과에 비해 낮은 생장 억제 효과를 나타내었다. L. monocytogenes와 S. aureus는 E. coli O157:H7, S. Typhimurium보다 CFS를 1:4, 1:8의 농도로 각각 처리한 결과, 비교적 더 낮은 생장 억제 효과를 확인하였다. 티벳 요거트(Tibetan yogurt)에서 분리한 유산균의 CFS를 이용하여 그람음성균인 E. coli O157:H7, S. Typhimurium과 그람양성균인 L. monocytogenes, S. aureus에 대한 생장 억제 효과 특성을 확인하였다. 유산균의 CFS 제작 시 pH를 보정하지 않은 CFS와 pH를 6.5로 보정한 CFS를 각각 제작하여 4가지 병원균의 생장 억제에 관여하는 유기산의 생성에 대한 영향을 보고자 하였다. 따라서 pH를 6.5로 보정한 CFS를 사용하여 처리한 실험은 유기산을 제외한 유산균의 생성물질에 의한 생장 억제 효과임을 뒷받침한다. E. coli O157:H7, L. monocytogenes, S. Typhimurium, S. aureus에 대해 pH를 6.5로 보정한 CFS를 1:2의 농도로 처리했을 때 분리균주(TY1–7)는 미약한 생장 억제 효과를 나타내었다. 반면에, pH를 보정하지 않은 CFS를 1:2의 농도로 처리한 경우에는 4개의 병원균에 대하여 분리균주(TY1–7)가 뚜렷한 생장 억제 효과를 나타내었다. 이와 같은 결과는 티벳 요거트(Tibetan yogurt)에서 분리한 유산균주의 CFS에 포함된 유기산에 의해 병원균의 생장이 억제된 것이라고 생각된다. 또한, 본 연구의 균 생장 억제 결과(Fig. 2, Fig. 3) 모든 균주에서 비슷한 억제 양상을 확인하였다. 이는 4가지 병원균에 대해 1:2로 처리했던 CFS의 농도가 모든 병원균의 생장을 저해하기에 충분하여 나타난 결과라고 판단된다. 저농도에서의 TY CFS의 항균효과를 알아보기 위해, 추가적으로 pH를 보정하지 않은 CFS의 농도를 1:4, 1:8로 바꾸어 진행한 실험에서는 그람양성균, 그람음성균에 따라 억제 정도의 차이가 있음을 확인하였다(Fig. 2, Fig. 3). 그람음성균인 E. coli O157:H7, S. Typhimurium이 그람양성균인 L. monocytogenes, S.aureus에 비해 더 효과적으로 생장이 억제되었다. 유기산은 그람양성균에 비해 그람음성균을 더 잘 억제한다고 알려져 있다[21]. 본 연구 결과를 통해 그람음성균인 E. coli O157:H7, S. Typhimurium에 대한 억제 효과가 더 높은 것은 그람음성균을 더 효과적으로 억제하는 유기산의 성질에 의한 것이라고 추측한다.

Fig. 1. Inhibition of foodborne pathogenic bacterial growth in the presence of CFS. E. coli O157:H7 ATCC 35150 (A), S. Typhimurium KCTC 1925 (B), L. monocytogenes KCTC 3569 (C), S. aureus ATCC 29213 (D) were co-incubated in the presence of neutralized CFS (pH 6.5) of TY1, TY2, TY3, TY4, TY5, TY6, TY7 at 37℃ for 24 h. The bacterial growth was determined at OD₅₉₅. -, The growth rate of foodborne pathogenic bacteria without CFS was assigned to 100%. CFS, cell-free supernatants.

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Fig. 2. Inhibition of foodborne pathogenic bacterial growth in the presence of CFS. E. coli O157:H7 (A), S. Typhimurium (B) were co-incubated in the presence of CFS without neutralization of TY1-7 at 37℃ for 24 h. 1:2 is treated in the same ratio of volume as CFS and subcultured pathogenic bacteria. 1:4 and 1:8 are treated in the 1:4, 1:8 volume of CFS which is diluted with fresh MRS broth media. -, The growth rate of foodborne pathogenic bacteria without CFS was assigned to 100%. CFS, cell-free supernatants; MRS, de Man, Rogosa and Sharpe.

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Fig. 3. Inhibition of foodborne pathogenic bacterial growth in the presence of CFS. L. monocytogenes (A), S. aureus (B) were co-incubated in the presence of CFS without neutralization of TY1-7 at 37℃ for 24 h. 1:2 is treated in the same ratio of volume as CFS and subcultured pathogenic bacteria. 1:4 and 1:8 are treated in the 1:4, 1:8 volume of CFS which is diluted with fresh MRS broth media. -, The growth rate of foodborne pathogenic bacteria without CFS was assigned to 100%. CFS, cell-free supernatants; MRS, de Man, Rogosa and Sharpe.

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