다양한 발효식품에서 자주 발견되는 Leuconostoc은 식품의 발효 및 인체 건강의 증진을 위한 새로운 신규 프로바이오틱스로 자주 제안되어 왔다. 그러나 최근의 연구결과를 보면 이 균주들은 전반적으로 낮은 pH 조건 또는 높은 염농도에 의해서 성장이 저해되는 것이 보고되었다. 그러나 이러한 산성조건 및 염농도에 대한 저항능은 식품의 발효에 있어서 생장하기 위한 필수요건이라고 볼 수 있으므로, 발효중 에 사멸할 가능성이 높아 발효식품 섭취를 통한 실제적인 기능성은 인체내에서 발휘하기 어려운 단점을 가지고 있다. 최근에 Leuconostoc과 같은 family에 속하며 신종인 Weissella jogaejeotgali FOL01T (= KCCM 43128 = JCM 30580) 균주가 전통발효식품 중 조개젓갈로부터 분리되었으며 이러한 단점을 극 복할 수 있는지 연구되었다. 신종 균주의 전장유전체 분석은 식품산업에서 가공시 필수적인 요소인 식 품발효능및염농도내성과관련된유전자들이존재함을보여주었다.또한이균주는장내환경에서생 존및정착을하기위한산성조건에대한내성및장관내점막세포에대한부착능관련유전자가발견되 었다. 따라서 이 균주는 식품의 발효능 및 발효식품내 생존능까지 갖추고 있으며 섭취시 장내에 정착하 여생존할수있는능력을가지고있음을알수있었다.이를증명하기위하여다양한확인실험을통해서 해당 유전자들이 실제로 발현되고 표현됨을 확인하였다. 또한 Weissella 균주의 분자생물학적 연구를 위 한 방법으로서 벡터시스템을 개발하여, Weissella 균주의 유전자 발현 및 조작 등을 통한 유전체 연구 및 프로바이오틱스의 기능성 연구에 활용될 수 있도록 개발되었다. 이러한 연구의 결과를 바탕으로 하여 새로운 신규 프로바이오틱스로서 Weissella 균주의 가능성을 확인하였으며, Leuconostoc이 안고 있는 약점들을 충분히 보완할 수 있는 균주라고 판단된다.

장내세균총의 이상은 다양한 질환과 연관되어 있으며, 이를 정상균총으로 되돌리고자 하는 다양한 방 법이 검토되고 있다. 변이식을 통한 방법, 식이요법을 이용한 방법, 환자에서 결핍된 특정 균총들을 제공 하는 방법들을 포함한다. 또한 비교적 안전하다고 알려진 프로바이오틱스 균들을 투여하는 것도 좋은 대안으로 떠오르고 있다. 하지만, 프로바이오틱스 균들을 기능성 식품 또는 기호 식품의 범주를 넘어서, 질환 예방 및 치료용으 로 개발하기에는 해결해야 할 과제가 산적해 있다. 즉, 기능성을 주장할 만한 과학적 근거가 매우 부족한 상태이며, 균 자체에 대한 정확한 품질 규격도 매우 부족한 상태이다. 실제로 유럽식품안정청 (EFSA) 에 서는 프로바이오틱스 관련 기능성 허락을 요구한 220여개 이상의 요구에 대해 1개를 제외하고는 모두 거절을 한 상태이다. 거절의 주요 이류로는 기능성을 주장할만한 “과학적 근거 부족”이 가장 큰 원인으 로 알려져 있다. 즉 균주의 유전적 특정을 정확히 규명하고, 기능성과 연관된 물질의 규명, 이들의 작용 기작 규명 등이 가장 우선적으로 선행되어 애 할 것으로 요구하고 있다. 또한 “프로바이오틱스” 용어 자 제가 이미 몸에 이롭다는 의미를 지닌다고 판단해서 제품에 “프로바이오틱스’라는 표기를 금하고 있다. 반면에 한국에서는 프로바이오틱스라는 용어가 너무나 무문별하게 사용되고 있고 이로 인해 소비자 의혼란과불신이가중되어향후관련시장이큰위기에처할것으로예상된다.또한프로바이오틱스균 들은균자제가갖고있는고유의면역학적특정이있기에,모든사람을위한만능프로바이오틱스개념 은 사실 상 존재하기 힘들다. 따라서 환자나 반건강인의 면역학적 상태에 맞는 ‘맞춤형 푸로바이오틱스” 를 개발하고 이를 기능성 식품이나 치료용 제제 (파마바이오틱스)로 활용해야 할 것이다. 본 강연에서는, 어떠한 과학적 근거로 특정 균들을 선별할 것 인지, 작용을 나타내는 물질은 무엇이며, 작용 기작을 어떻게 규명할 것인지에 대해 논의할 계획이다. 강연 내용은 Bfidobacterium bifidum을 면 역조절 프로바이오틱스로 개발하는 실제 예를 중심으로 이루어질 것이며, 관련 내용은 최근 아래 저널 에 발표된 내용을 주로 다루고자 한다. 본 연구는 기초과학연구원의 지원으로 이루어진 연구 성과이다 (IBS; IBS-R005).

장내미생물은 생체로 유입된 음식을 대사하여 인체가 활용 가능한 형태로 제공하고, 장관세포의 분화 와면역시스템의활성을돕는한편체내지방축적및대사에도깊이관여하는등인체의건강항상성유 지에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다. 반대로 장내미생물은 제 1형 및 2형 당뇨병 (T1 & T2D), 염증성 장질환 (IBD), 위/장관암 뿐만 아니라 뇌를 비롯한 인체의 다양한 부위에서의 질환 발생과 도 연관이 있는 것으로 밝혀지고 있습니다. 최근의 많은 발전을 이룩한 미생물학적 방법론과 시스템 생물학이 대규모의 장내미생물 관련 정보의 해석에 적용되면서 우리는 장내미생물이 인체의 건강과 질병에 보다 많은 연관성이 있다는 것을 알게 되었으며, 이러한 정보들은 바이옴 (VIOME)과 데이투 DayTwo와 같은 장내미생물 전문 기업들이 개인 맞춤형 헬스케어 기술을 개발하는데 활용 되었습니다. 선제적으로 대규모의 장내미생물 프로젝트를 진행하였던 미국과 유럽의 경우에서처럼, 생체 정보와 통합된 장내미생물 정보는 미래의 질환 예방이나 개인 맞춤형 헬스케어 그리고 새로운 질환 치료법 개 발에 사용될 수 있을 것입니다. 장내미생물 정보에 기반한 개인 맞춤형 식이 및 헬스케어 개발을 위해 한국식품연구원 (KFRI) 에서는 현재까지 약 1,200명의 건강한 성인을 대상으로한 장내미생물과 메타데이터 정보를 확보하고 있으며, 금번 발표에서는 장내미생물의 역할과 기능, 장내미생물에 기반한 헬스케어 기술의 현황과 함께 한국식 품연구원의 간략한 연구 결과를 소개 드리고자 합니다.

김치 발효는 일반적으로 다양한 자연 발생 발효 유산균의 성장에 의해 진행되어 균일하고 안정적인 품질의 김치를 생산하기 어려운 경우가 있습니다. Leuconostoc mesenteroides를 스타터로 사용하는 것 은 한국 김치 산업에서 꾸준하고 양질의 상용 발효 김치를 생산하는 것으로 간주되어왔다. 김치의 주요 미생물 조성과 맛과의 관계에 관한 정보를 토대로 Leuconostoc mesenteroides DRC1506을 김치 종균으 로 선정 하였다. 이 균주는 유해한 biogenic amine을 생성하지 않아 산업적으로 안전하다고 판명되었다. 또한소비자관능평가를통해이균주로만든김치가다른산업용스타터로만든김치보다관능품질이 우수하다고 검증하였다. DRC1506은 기존의 발효에 비해 산을 적게 생성하고 만니톨을 많이 생성하는 것이 특징이다. 스타터 사용은 김치 산업에 있어 김치의 표준화를 가능하게 하고, 식품 관련 병원성 미생 물과 과숙에 영향을 미치는 미생물을 억제하여 유통기한 연장에 도움을 주었다.

인체에 존재하는 미생물의 수는 인간 전체 세포의 약 10배 이상이며, 미생물이 보유하는 유전자의 수 는 인간 유전체의 수백 배로 여겨진다. 이러한 미생물들이 인간의 입부터 결장까지 서식하고 있기 때문 에, 오늘날 많은 연구자들은 미생물군총이 인체의 건강과 질병에 미치는 영향에 대한 연구를 진행하고 있다. 인체의 장관에 정착한 장내 미생물군총은 병원성균의 침입을 방어하여 정상적인 면역작용을 돕거 나 비타민과 단쇄 지방산을 생산하여 영양분 흡수를 촉진하며, 면역체계의 확립에 관여하는 등 인체와 의 상호작용을 통해 주요한 기능을 수행한다고 알려져 왔다. 근래 장내 미생물군총에 대한 관심과 연구 가 지속되면서 장내 미생물군총은 장관 생리의 중요한 인자로 인정받고 있다. 또한, 미생물군총의 불균 형은 여러 질병과 연관되어 있다는 다양한 연구결과를 바탕으로 미생물군총을 조절하기 위한 프로바이 오틱스의 유용성에 대한 연구와 관심이 증대되고 있다. 산업화 측면에서도 건강효과가 입증된 프로바이 오틱스가 유가공 산업을 포함하는 식품산업에 상용되고 있고, 제약과 화장품 산업에 이르기까지 그 사 용분야가 다양해지고 있다. 본 발표에서는 장내 미생물군총의 일부분으로 인체에 유익한 효과를 지니는 프로바이오틱스의 건강증진 효과에 대한 연구 및 산업화 동향에 대한 정보를 제공하고자 한다.

우리몸에는우리몸을구성하는체세포의수보다더많은수의세균이살고있고이들의유전자수는 체세포의 그것 보다 100배 이상이라고 알려져 있다. 다양한 기능을 가진 수많은 미생물이 우리 몸에서 하 루24시간함께살아가고있기때문에어떤세균이우리몸에살고있는지가인체건강과밀접하게연관 되어 있다. 건강한 사람은 유익한 기능을 가진 균들이 많고 세균들의 다양성이 높은 것으로 알려져 있다. 프로바이오틱스는 이제 식품과 건강 기능 식품의 영역을 넘어 의약품이라는 새로운 연구 분야의 중심 에있다.세균의구성변화와대사조절그리고면역조절기능을통한질환의예방과치료라는의약품으 로서의 연구가 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 세균의구성을바꾸는데도움을주는성분인프리바이오틱스,한가지종류의균부터다양한종의혼 합체로써 사용되는 프로바이오틱스 그리고 건강의 사람의 장내 미생물 전체를 활용한 분변 미생물 이식 등 다양한 연구 분야와 앞으로 나아갈 방향에 대해 살펴본다.

염증성장질환은 인체의 면역계통 이상으로 정상 장 점막을 림프구가 비정상적으로 공격하여 파괴시 키며 장 점막에 염증과 궤양을 일으키는 자가면역성 질환이다. 입안에서부터 대장 및 직장까지 전 장에 걸쳐 불규칙적으로 발생하는 크론병(Crohn's disease)과 유독 대장에만 광범위하게 발생하는 궤양성대 장염(Ulcerative colitis)의 두 가지로 구별할 수 있다. 현재 원인은 불명확하나 서구화된 식생활, 유전적 인 소인, 선진국에서 주로 발병, 장내 미생물의 불균형 등이 복합적인 원인으로 작용한다고 판단된다. 이 와 같이 복합적인 원인에 의해 발생한다고 여겨지는 가운데 지금까지의 일부 연구를 통해 염증성장질환 과장내세균과의연관이최근대단히주목받고있고이에대한근거로서아래와같은이론들이제공되 고있다.1)면역이상에의한자연발생장염은반드시장내세균이감염되어야발생,2)염증성장질환환 자의장점막에는세균이비정상적으로과다증식,3)유해균이유용균보다많은균형이상발생,4)세균 제거기능이나 점막의 인체 방어기전 저하와 관련된 유전자적 소인 존재, 5) 장내 세균에 대한 내성이 저 하되어 과잉 면역반응으로 염증 발생, 6) Toll like receptor (TLR)가 장관상피 세포에 발현하여 세균의 ligand로 작용, 7) 항생제의 일부 치료 효과 등이 있다. 따라서 염증성장질환에서 장내 세균 이상은 흔히 관찰되는 현상이며 장내 세균과 인체와의 특정한 관계로부터 발병한다는 근거를 찾기 위한 연구들이 시 도되고 있다. 염증성장질환에서 관찰된 장내세균이상(dysbiosis)은 특히 장내 세균총의 다양성 저하가 대표적인 결 과이다. Firmicutes 감소와 Proteobacteria의 증가가 일돤된 결과로 나타나고 있고 특히 다양성 저하는 Firmucutes의 다양성 저하가 두드러지게 관찰된다. 그 중에서 Clostridium Leptum group의 Faecalibacterium prausnitzee 감소 연구가 많다. 그러나 Bacteroides, Bifidobacteria species, Lactobacillus species, Escherichia coli (E. coli)를 포함하는 Enterobacteriaceae에 대한 분석 결과는 연구마다 차이가 있 다.이는아마도샘플종류,채취부위및방법,환자의질병특징,생활환경,연령등이다양하여나타난 결과라고 판단되나, 그럼에도 불구하고 일관되게 실험적 결과로 나타나는 장내세균이상 소견을 통해 염 증성장질환의 발병 및 질병 경과와는 밀접한 상관관계가 있다고 판단된다. 분변미생물이식은 건강한 일반인으로부터 획득된 대변으로부터 멸균된 생리식염수를 사용하여 고 형물을 제거한 후 분변미생물용액을 제조하여 환자에게 투여하는 치료법이다. 현재 Clostridium difficile 감염에 의한 만성 장염에서는 치료법으로서 공인되었고 염증성장질환 등에서는 임상 시험 목적 으로 시술되고 있다. 최근 염증성장질환을 대상으로 임상연구가 시행되고 있고 현재까지의 연구결과를 통해 크론병보다는 궤양성대장염에서 좋은 효과가 나타난 것으로 보고되고 있다. 염증성장질환의 치료는 자가면역질환 치료의 개념으로 접근된다. 약물에 의한 면역조절 또는 면역억제를 통해 관해라고 일컬어지는 질병 최대 억제상태를 유도하여 이를 지속시키는 것이 치료의 핵심이 다.그러나안타깝게도발병이후평생질병억제를유도해야함에따라장기간약물복용에의한약물부 작용으로 대다수의 환자가 최종적으로 약물 무반응상태가 발생하여 염증성장질환과 이에 따른 합병증 에 치명적으로 노출되어 사망에 이르게 된다. 따라서 이와 같은 약물치료 이외에도 염증성장질환의 관 해유도및유지를위한또다른치료법개발이활발하게진행되고있다.그중앞서살펴본바와같이장 내 미생물과 염증성장질환과의 밀접한 관계를 활용하여 관해 유도 및 유지를 분변미생물이식을 통해 치 료적목적을얻고자연구되고있다.이를통해질병관리뿐아니라유효미생물발견에대한연구가병행 되어 최종적으로는 핵심 역할을 하는 장내 미생물 발견과 이를 활용한 프로바이오틱스, 프리바이오틱스 등의 치료제로 상업화 가능성이 높다.

황진희, 이우정, 박세욱, 최효주, 김민선, 홍진환, 곽효선*