• Subject : Study on animal probiotics for various purpose

  • 최근 마이크로바이옴은 기존의 개별 미생물 분석 연구뿐만 아니라 기주 생물과 미생물 간의 상호작용을 유전체학에 기반하여 연구가 진행되며, 최근 인체 공생 미생물과 인체와의 상호작용 연구가 활발해지면서 마이크로바이옴에 대한 연구가 활발히 진행되었다. 특히, Next Generation Sequencing 기술에 대한 접근성이 높아지면서, 연구실 수준에서는 다양한 미생물 유전체 연구가 이루어져 왔다. 이러한 많은 연구결과를 토대로 미생물 유전체 기술 및 결과들을 축산에 적용시키는 성과들에 대한 관심이 높아지고 있으며, 지금까지 진행된 축산 미생물 연구에 대해서 소개하고자 한다. 첫 번째 주제는 반려동물 마이크로바이옴 연구이며, 반려동물은 효율보다는 같이 살아야하는 가족이기에 행복한 삶이 우선이기에, 반려동물의 건강한 삶을 위해서 마이크로바이옴 연구를 수행하고 있다. 건강한 개체와 IBD 개체 간의 동정한 미생물 비교를 통해서, 건강한 개체에 살고 있는 우수한 미생물이라고 추정되는 균주에 대해서 유전체 데이터 분석을 통해 유전체 지도를 완성하고, NCBI에 있는 기존 균주와의 비교 유전체 연구를 통해 균주 특이적인 유전자를 발굴했다. 락토바실러스 에시도필러스(C5)의 경우에는 다른 균주보다 탄수화물 소화관련 유전자가 많았으며, 락토바실러스 루테리(C1)의 경우에는 인간 균주들과 많은 균주 특이적인 유전자를 공유하고 있었다. 발굴한 균주들을 이용하여, 정상견과 환자견에게 급여한 결과 장내 메타지놈의 변화를 알 수 있었으며 여러 가지 생체 데이터 분석을 통해서 이는 장내 환경개선에 도움을 주고 있음을 알 수 있었다. 두 번째 주제는 돼지 마이크로바이옴 연구이며, 반려견과 마찬가지로 건강한 돼지에서 균주에 대한 유전체 데이터를 분석하여 NCBI 내의 다른 균주와 비교하여 균주 특이적인 유전자를 발굴하였다. 하지만 현장에서는 좋은 균주를 사용하여도 효과를 보기 힘들다는 결과가 많이 나와있었고, 이러한 고민에 대한 해결방법을 찾던 중 다른 농장보다 미생물 급여를 하는데, 그 양이 굉장히 많은 농가의 재미있는 미생물 급여 효과를 알 수 있었다. 이 때문에 미생물의 급여를 통해서 자돈의 장내에서 일어나는 일에 대해 연구를 시작했으며, 그 대상은 돼지 소장의 면역기관에 대한 전사체 분석과 분변 마이크로바이옴이었다. 소장에서는 면역 유전자의 발현에 변화가 있었으며, 분변에서는 미생물의 다양성이 증가하고 특정 미생물의 군집이 늘어는 변화를 관찰할 수 있었다.

  • 기타 등등

신동현

전북대학교 산학연구본부
동물분자유전육종사업단

• Subject : Systems Toolsets to Investigate Microbiome

  • 마이크로바이옴 조사의 복잡하고 역동적인 특성 때문에 유전체 수준의 인실리코 계산 및 유전체에 걸친 인비보 실험 측정을 포함한 시스템-생물학적 접근법을 활용하고자 하는 요구가 많아지고 있습니다. 이 강의에서는 개별 박테리아 또는 미생물군을 연구하기 위해 적용 할 수 있는 3가지 시스템생물학 툴셋에 해당하는 범-유전체 분석, 전사 조절 네트워크 분석 및 유전체 수준의 대사 모델링을 소개합니다. 범-유전체 분석을 이용하여 소에서 요네병을 일으키는 M. avium subsp. Paratuberculosis 신규 분리균주의 유전체 특징을 연구하였습니다. 기계 학습 기반 전사 인자 예측 및 실험적 검증과 ChIP- exo의 통합을 통해 박테리아에서 연구가 거의 되지 않은 전사 조절 네트워크의 연구 방법을 설명합니다. 마지막으로, 유전체 수준의 대사 모델링은 박테리아의 물질/에너지 대사를 이해하기위해 필요한 현상 설명 및 예측 기능을 제공하였으며, 이러한 연구 방법은 미생물 군집 연구에 필요한 대사 상호 작용을 연구하는데 활용할 수 있습니다.

김동혁,

울산과학기술원,
에너지및화학공학부

• Subject : Companion Animal Disease and Microbiome
  • 유도현, 박진호*

  • 통상적으로 반려동물이라 함은 개와 고양이를 지칭한다. 반려동물 임상은 아픈 동물을 진단하고 치료하며, 나아가 보호자의 상처까지 보살필 수 있는 수의학 고유 분야일 수 있다. 그러나 한편으로 반려동물 질병은 당뇨와 같은 호르몬질환, 종양, 소화기질환, 발작과 같은 뇌 질환, 자가면역 질환 등과 같이 사람에서 관찰할 수 있는 모든 질병을 포함하고 있어, human disease의 small population으로 대표될 수 있다. 이는 실험동물이 보여주지 못하는 ‘실제적인’ 데이터를 제공하며, 수의학 임상정보 회고분석, clinical trial 등은 질병 고유의 병태생리접근에 보다 더 기여할 수 있다. 또한 이러한 반려동물에게 CT, MRI, 분자생물학, 마이크로바이옴과 같은 최신 의학적 기술을 접목한다면 보다 유용한 clinical data를 얻어 낼 수 있을 것이다. 본 발표를 통해 마이크로바이옴 분석 기술을 적용할 수 있는 반려동물 질환에 대해서 선행연구 조사, 그리고 미래 기술 접목 가능성에 대해서 논해보고자 한다.

유도현,

경상대학교 수의과대학

• Subject : Development of dog dressing agent (LAB0120) using dog-derived microorganisms
  • 이성호*, 황영민, 박영빈, 김민주, 김양선, 김정애, 정민영, 신동현

  • 국내외 반려동물 관련 시장규모는 나날이 증가하고 있다. 특히 국내의 경우 연평균 12% 이상의 성장률을 보이고 있으며 2018년 기준 26,510억 원을 넘어서고 있다. 이 산업에는 반려동물산업에 대한 서비스업을 포함돼있고 이 서비스업은 그 종류와 질이 크게 향상하며 산업비중의 큰 부분으로 자리잡고 있다. 그러나 사료, 간식, 질병(치료, 예방)등의 필수 관리분야의 비중 여전히 70% 이상을 상위한다. 견주들의 가장 큰 관심사 역시 반려견의 건강, 미용에 집중되어 있다. 또한 인체에서 건강을 위한 간식, 건기식의 개념으로 유산균은 특별한 이유나 과학적 근거가 필요 없을 정도로 유행 이상으로 자리잡고 있으며 이는 발효, 유산균, 장건강, 마이크로바이옴 과 같은 키워드를 유행시켰다. 반려견 시장은 사람에서의 소재, 서비스들이 선책적으로 반영이 되는 시장으로 최근 트랜드에 맞춘 질병 등에 대한 저항성을 갖게 하는 반려견 유산균 제품을 개발하게 되었다. 일반적으로 유산균은 장내면역활성을 증대시키고 알러지 등의 과민반응을 감소시키지만 의약품 등에서 발생하는 부작용 없이 편하고 안전하다는 이유로 각광받고 있다. 최근 종별, 지역별 장내미생물균총은 상이하며 상이한 균총 자체가 각 개체에 미치는 영향들이 연구되어 자폐, 치매 등의 신경 질병 등에도 영향을 끼친다는 연구들이 지속되어 분변은행, 종별 맞춤 음식(사료) 등이 연구, 처방되고 있다. 사람의 처방식과 같은 개체별 중점도입이 어려운 사료시장이지만 본 연구개발에서는 개유래 유산균을 이용하여 종마다 다른 균, 균총의 특성에 자체 미생물 종이라는 컨셉과 효과를 부각시키고 보다 확실한 균주선발(내산성, 내담즙성, 항생제 내성, 병원균 저항성, 면역수치개선 등)을 통해 2종의 균주를 선발하였다. 특히 세균성 질병(설사)유발 가능성을 예방하기 위한 Lactobacillus reuteri 균을 이용하여 생리활성물질인 reuterin 발현 가능성을 확인하고 면역 증가 가능성을 확인하였다. 또한 개발된 제품은 안전성 확인을 거치고 반려견에 임상테스트를 통해 장내 결착도 상승, IgG 수치 상승, IgE 수치가 낮아짐을 확인하였고 판매를 시작하였다. 시제품의 초도 판촉, 판매 이후 꾸준한 판매 가능성 성장이 주목되고 있다.

이성호,

우진비앤지(주)

• Defining the Molecular Network Between the Host and Microbiota in Regulation of Intestinal Inflammation

  • 동물의 체내 특히 장관에 존재하는 장관미생물인 Gut microbiota는 미생물 대사산물이나 항원으로서의 작용 등을 통해 장관면역을 조절한다. 본 발표에서는 단일 장내미생물이나 장내미생물이 생산하는 장관대사산물이 어떠한 기전을 통해 장관면역세포의 기능성을 조절하는지 소개하고 이를 바탕으로 Diet-microbiota-metabolite axis 조절을 통한 장관면역 조절 전략에 대해 논의 하고자 한다. 또한 축산분야에서 근래 주목받고 있는 장관미생물과 가축의 생산성 및 면역력간의 상관관계 연구에 대한 소개와 이를 바탕으로 축산분야에 적용 가능한 장내미생물 조절 전략에 대해 소개 하고자 한다.

김명후,

부산대학교 생명자원과학대학,
동물생명자원과학과

• Subject : Bovine Gut Microbiome

  • In beef cattle, male castration in young period results in later onset of obese phenotype and increased meat tenderness of the carcass. However, the knowledge of the effect(s) of male castration, followed by hypogonadism, on host metabolism is scarce. In the current study, metagenomics and metabolomics approaches were used to evaluate the intestinal microbiota and host metabolism of male, castrated male (CtM), and female Korean brown cattle (n = 30), the Hanwoo, and Holstein Friesian cattle (n = 15). In postpubescent CtM cattle, the serum testosterone level was low, and the animals possessed distinct rectal microbial and serum metabolic profiles, with significantly higher levels of serum branched-chain amino acids (BCAAs) than age-matched male controls. Microbial and metabolic profiling of the different intestinal compartments of adult CtM Hanwoo (n = 10) revealed a strong positive correlation of the serum BCAA levels and the presence of bacteria representing two unclassified genera from the family Peptostreptococcaceae, and the genera Butyrivibrio, Acetitomaculum, and Atopobium, in the small intestine. Fresh striploin meat from CtM carcasses (n = 5 for each) was characterized by higher intramuscular fat accumulation, with significantly higher levels of several amino acids (including BCAAs) and ketone body (i.e., β-hydroxybutyrate) than male carcasses. Thus, the data suggest a link between male castration, alterations of the intestinal microbiota, and systemic amino acid metabolism in ruminants.

Jin-Woo Bae,

Department of Biology,
Kyung Hee University

• Agro-Life Eco Livestock Ecosystem Establishment Plan
  • 이학교*, 최연재, 허재영

  • 우리나라는 1968년 축산진흥정책 장려로 축산업이 활성화되었고 2010년에는 축산물 안전성, 친환경축산, 농가경영 안정, 생산기반 유지 및 미래성장산업화로 정부정책이 변화되었다. 또한 경제성장과 더불어 삶의 질 추구가 사회전반에 증대되면서 축사 주변 거주민의 쾌적한 생활환경 보존이 요구됨에 따라 축산업 허가제가 시행되었고 가축사육 제한구역이 설정되었다. 또한 악취방지법이 2005년에 시행되었고 총 민원 발생건수 대비 축산악취 관련건수가 약 36%로 가장 높았고 축산악취 민원 중 양돈농가에서 발생되는 민원이 34.6%로 가장 많았다. 악취문제를 포함한 가축의 생산성저하, 질병, 분뇨처리는 축산 4대 현안으로 대두되고 있으며 돼지의 경우 감염성 질병 및 소모성 질병 증가로 가축의 폐사가 증가함에 따라 생산성이 저하되고 이는 분뇨처리 지연과 돈사 악취발생을 야기하게 된다. 이런 개별적인 사안은 상호 강한 연관성을 가지고 있으며 축산농가에서는 이를 해결하기 위한 목적으로 미생물제품을 사용하고 있으며, 거의 모든 양돈농가는 상업용 환경개선제품을 사용하고 있는 실정이다. 돼지의 경우 미생물을 급여하게 되면 소화력이 개선되어 분에서 발생하는 암모니아, 황화수소 및 휘발성지방산 등 악취발생량을 감소시키고 정상적인 장내 미생물총을 유지하여 증체량, 사료효율 및 면역력이 개선되어 생산성이 향상된다. 또한 환경개선용 미생물을 분뇨에 처리하면 액비화 과정에서 발생되는 악취물질과 잔여물을 동시에 저감 할 수 있다. 이와 같이 가축의 생산성향상, 질병예방, 악취저감 및 분뇨처리 등 미생물을 활용한 다양한 연구결과가 보고되고 있으며 국내에서 약 332개 업체가 축산용 미생물을 취급하고 있다. 미생물이 효과적으로 가축 장내에서 작용하려면 사료가공에 따른 미생물의 열안전성, 유통기간에 따른 생균수 안정성, 소화효소와 담즙산 분비에 대한 생존성, 장 상피세포 부착능력 등이 요구된다. 하지만 유전자조작, 캡슐화 및 동결건조 등 특별한 제형화 과정 없이 품질의 안정성을 유지하기에는 어려움이 있는 것이 현실이다. 또한 제품의 취급방법, 유효기간, 보관 및 유통방법에 대한 규정이 미흡하고 제품의 표기정보와 생균수 및 균주가 상이한 제품이 다수 존재하여 상업용 미생물제품의 법적규정 및 관리강화에 대한 의견이 주장되고 있다. 따라서 본 농생명 에코축산 생태계 구축방안에서는 미생물제제의 품질관리 기반으로 농가적용, 효과평가, 에코프로바이오틱스 솔루션 인증, 유통·판매·마케팅을 통한 브랜드 구축 등 세계유일의 미생물로 축산물을 생산하는 토털케어 시스템에 대한 현장중심의 현안해결형 연구를 진행하였다.

이학교,

전북대학교,
동물생명공학과