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청국장의 발효균인 Bacillus subtilis가 알레르기 예방효과가 있는가 ?
입력일:2005-06-12 / 조회수:7524 / 추천수:275 / 작성자:한만용
이글은 2003년 한국학술진흥재단에 신진교수 연구과제 지원 신청서를 쓰면서 정리한 것입니다. 연구비를 따려고 하니 확실하지 않은 정보를 과장되게 쓴 것이 있고 논리 비약이 있읍니다. 그러나 제가 알고 있는 것을 정리하였으니 어떤 분들에게는 도움이 되리라 여겨집니다. 이번에 신청한 연구자금을 따지 못하였지만 다른 연구자가 언젠가는 이런 연구를 할 것이라 믿고 있습니다.
연구 제목 : 청국장 발효균인 Bacillus subtilis가 알레르기 환자의 T 림프구 사이토카인 IL-4, IL-5와 IFN-γ 분비에 영향을 주는가에 관한 연구
I, 연구 목적
청국장의 발효균인 Bacillus subtilis가 유산균과 같이 면역조절능력이 있어 알레르기 예방 효과가 있는지를 확인한다. 이를통해 김치와 된장과 같은 발효식품의 하나인 청국장의 소비 감소와 알레르기 질환의 증가의 연관성을 찾고자 한다.
II, 연구 내용 및 배경
II. I 연구 요약
생활환경의 변화로 국내에서도 알레르기 질환이 증가하고 있다. 이러한 증가 원인을 위생이론(Hygiene Hypothesis)으로 설명하려는 시도가 있어왔다. 감염이 감소하면서 알레르기가 증가하였다는 위생이론을 뒷받침하는, 확인된 균주로는 A형 간염, 홍역, 결핵 및 장내 세균(Gut colonization)이 있다. 장내 세균의 하나인 유산균의 섭취를 늘리면 알레르기 예방효과가 있다는 사실은 잘 알려져 있다. 이와달리 국내에서 많이 소비되는 청국장의 발효균인 Bacillus subtilis가 유산균과 같이 알레르기 예방효과가 있는지는 불확실하다.
본 연구는 청국장의 발효균인 Bacillus subtilis가 유산균과 같이 알레르기 환자에 대해 면역조절능력을 가지고 있는지 확인하기 위한 것이다. 이를위해 집먼지 진드기에 과민한 천식환자에서 채취한 T 림프구에 다양한 균주(L. acidophilus, B. subtilis와 B. cereus)와 다양한 조건(생균과 사균, 자극 시간의 차이)으로 자극을 주어 알레르기 여부의 지표로 많이 활용되고 있는 IL-4, IL-5 와 IFN-γ의 분비에 어떤 영향을 주는가를 확인하는 연구이다.(요약 그림)
II. II 연구 배경
1. 생활환경의 변화로 인하여 알레르기 질환은 증가하고 있다.
알레르기 질환은 외국에서 지속적으로 증가하고 있다(1). 국내에서도 소아를 대상으로 한 조사에 의하면 천식의 유병률이 1964 년에는 3.2% 였지만 1983년에는 5.7% 그리고 1990년에는 10.1% 로 보고되었고, 1995년 ISAAC 역학조사에서 초등학생의 15.9%가 천명음 과거력이 있다하여 유병률이 증가하는 것으로 알려져 있다(2). 이러한 유병률의 증가는 생활환경의 변화가 주 요인으로 여겨진다.
인간의 생활환경은 출생 전과 후로 구분할 수 있으며 출생 전은 산모와 관련성이 많고 출생 후의 환경은 성장하면서 각종 감염성 질환에 이환여부, 실내 환경, 실외 환경- 대기오염, 음식물-식습관 및 직업환경이 영향을 끼친다(2). 이러한 관련성 중에서 역학조사에 의하면 형제 수가 많으면 알레르기 발생이 감소한다는 보고가 있었다(3).
이 연구를 중심으로 하여 “위생이론 (Hygiene hypothesis)”이 광범위한 지지를 획득하고 있다. 이는 감염이 면역조절을 일으키어 알레르기 발생을 감소시킨다는 이론이다. 이론의 개념은 미생물이 Th1 사이토카인의 표현을 증가시키고 이의 반대작용으로 Th2 사이토카인의 감소로 이어지는 면역조절이 이루어진다는 것이다(4).
즉 감염이 감소하여 Th2 사이토카인이 증가하고 이는 IgE 생산을 유도하여 알레르기 질환이 증가한다는 것이다.
2. 위생이론이 알레르기 증가 원인의 기본 연구 주제가 되었다.
이와 같이 사회가 서구화되면서 감염이 감소하고 Th1 면역 반응이 줄어들어 알레르기 질환이 증가하고 있다는 위생이론을 지지하는 많은 연구가 있다.
역학조사에서 밝혀진 감염과 알레르기 질환과의 관계는 형제 수, 탁아시설(Day Care), A형 간염, 홍역, BCG 접종, 장내 세균(Gut colonization) 과 농부들이 일하는 환경 속의 내독소(Endotoxin)가 거론되고 있다(5). 3세 이전의 Epstein Barr 바이러스도 면역조절을 일으키는 것으로 보인다(6).
이러한 바이러스, 세포내(intracellular) 세균감염과 몇 개의 세포 외 감염균이(7) Th1 면역 반응을 유도하여 오래 지속되는 기억 면역으로 알레르기 소인이 있는 환아의 편향된 Th1/Th2 균형을 예방 또는 역전 시킬 수 있는 것으로 생각되어지고 있다. 이는 어떤 특정 균을 일정한 시기에 감염을 유발하면, 알레르기 소인이 있는 환아들의 면역 조절능력을 향상시켜 알레르기 질환으로의 이행을 억제할 수 있음을 의미한다. 이러한 감염 중 특히 장내 세균에 대한 연구는 영아에서 알레르기 질환 예방을 위한 감염의 역할을 시사한다(8).
3. 장내 감염의 역할로 Probiotics 에 대한 연구가 증가하였다.
역학조사에서 음식매개나 Orofecal 감염에 의해서 알레르기 예방이 가능하다는 보고가 있었다(9).
신생아 시기에 미생물 총의 변화가 숙주인 사람에게 영향을 주어 소화기관 내의 미생물군총에 변화를 줄 수 있다. 이는 특정 미생물총에 노출이 되면 알레르기 예방 이 가능하다는 것을 시사한다. 이는 위생이론의 연장선상 속에서 적극적으로 받아들여지고 있다. Probiotics이 아토피 예방에 관여한다는 실험실 보고가 있은 후(10) 임상에서 많은 연구가 있었다.
Probiotics는 사람의 소화기에 공생하는 살아있는 균으로 이들은 여러 분비물을 생산한다. 이러한 균들은 소화기의 미생물총(微生 物叢)에 유익한 활동을 하여 살아있는 숙주인 사람에게 유익하다. 이러한 Probiotics의 대부분은 소화기관내에 부착능이 있어 오랫동안 거주할 수 있는 능력을 가진 Bifidobacteria와 Lactobacilli 균주를 일컫는다 (11).
Probiotics 가 아닌 균주는 오랫동안 소화기 관내에 살아갈 수 없으며 대부분 미생물총에 어떤 영향도 주지 못한다. 평상시에 Probiotics는 음식 첨가물로 많이 애용되고 있다. 또한 이는 소화기관 내 점막의 면역학적 변화를 유도하여 설사와 같은 치료로도 사용되고 있다 (12).
현재 임상연구가 진행되어 효과가 입증된 균주로는 L. acidophilus (NCFB1478), L. casei Shirota strain, Lactobacillus GG(ATCC53103), B. lactis Bb12, L. johnsonii LJ1과 L. reuteri 가 있다(13). Probiotics는 현재 1) 장관내 감염에 대한 면역력을 증가시켜주고, 2) 신체 면역을 증가시키며, 3) 설사를 예방하고, 4) 대장암을 예방하고 5) 고콜레스테롤을 예방하고 6) 유당의 활성도를 도와주며 7) 위장질환을 예방하고 8) 장내 점막을 안정화시킨다. 마지막으로 음식 알레르기로 유발되는 아토피 피부염을 예방하는 효과가 있다(14).
4. 음식 알레르기 예방을 위해 Probiotics 임상연구
이러한 음식 알레르기 예방효과로서의 Probiotics 임상 연구는 다양한 방면으로 진행되어 왔다. 요구르트 생산에 사용되고 있는 발효된 Lactobacilli는 다양한 활성화를 보여준다. 유산균을 사용하여 알레르기 예방이 가능한가에 대한 임상 연구는 현재 다음과 같다(최신연구동향).
* Lactobacillus GG 로 강화한 특수분유를 먹인 우유 알레르기 환아에서 아토피 소견 및 검사소견이 호전되었다(Majamaa, 1997) (15).
* Lactobacillus GG 로 아토피 피부염환아들에게 특수분유에 첨가하고 먹였을 때 Probiotics를 먹인 아이에서 SCORAD가 의미있게 감소하였다 (Isolauri, 2000)(16).
* L rhamnosus GG 를 투여한 알레르기 위험 소아에서 항 염증 작용이 있는 IL-10이 증가하였다(Pessi, 2000 년) (17).
* 산모에게 Lactobacillus GG 를 투여한 후 산모의 아이가 아토피 피부염 위험도가 감소하였다(Kalliomaki, 2001년) (18).
* 임신과 모유수유 중에 L rhamosus GG 를 투여한 산모 아이가 아토피 피부염 위험도가 감소하고 TGF-2 의 양이 모유에서 더 많았다(Samuli, 2002년 ) (19).
* 아토피 피부염이 있는 환아에게 L. rhamnosus와 L reuteri 를 투여하였을 때 치료효과가 의미있게 있었다(Rosenfeldt, 2003년) (20).
아직 국내에는 Probiotics을 활용한 알레르기 예방에 관한 연구는 없다.
5. 발효식품에 대한 국내 연구 현황
예전부터 한국인은 많은 양의 발효식품의 하나인 김치를 소비하였다. 또한 콩의 발효식품인 간장, 된장과 청국장은 한국인의 주요 식품이다. 발효채소로 김치는 Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus brevis, L. plantarum 등이 활용된다(21). 된장의 스타터로는 저장성 곰팡이중의 하나인 Asp. flavus 에 의하며, 간장은 Asp. oryzae 와 Asp soyae 에 의한다. 청국장의 스타터는 Bacillus subtilis가 활용되고 있다.
전통적으로 콩은 동양에서 발효식품으로 많이 활용되었다. 이에는 인도네시아에서 많이 소비되는 Tempeh가 있다. 간장을 중국은 Chinang-Yu, 인도네시아는 Kecap, 일본에서는 Shoyu, 필리핀에서는 Toyo, 태국은 See-iew, 서구에서는 Soy sauce 라 부른다. 국내에서 된장이라 불리는 식품을 일본에서는 Miso, 중국은 Ching, 인도네시아는 Tauco, 태국은 Tao-Chieo 라 하였다. 청국장으로 일본에서는 Natto 라 불린다. 이외에도 중국콩 치즈라 불리는 Sufu, 인도네시아의 Ontjom 등이 있다 (22).
이러한 발효 식품의 기능성에 관한 연구가 국내외에서 진행되고 있다. 일본 연구자들이 된장과 간장의 연구에서 항암성(23), 항돌연변이원성 및 항산성 물질 (24)을 발견하여 발표하였고, 국내 연구진들도 된장에서 면역 조절물질 (25), 배추김치 분획물에서 항발암효과 (26), 김치에서 분리된 유산균의 항돌연변이효과 (27), 된장에서 분리한 리놀레산의 항돌연변이 및 항발암효과 (28) (29), 된장 추출물의 항암 항산화 효과 (30) (31) (32), 동치미에서 분리한 유산균 효과 (33), 유산균의 항발암성 효과 (34) 등이 있다.
6. 청국장의 발효균인 Bacillus subtilis가 항 알레르기 효과가 있을까 ?
결국 발효식품의 다양한 효과는 발효균과 발효식품에서 발생하는 생체반응조절물질들의 분석에 의해 이루어진다. 국내 발효식품의 연구에서는 아직 추출물에 대한 연구만이 진행되고 있다. 요구르트의 효능은 요구르트내의 유산균에 의한 효과와 요구르트에 함유된 펩타이드, Folic aicd, 콜린(Choline) 등과 같은 다양한 생체조절물질에 의한 효과로 나눌 수 있다 (35). 이와같이 발효식품인 된장이나 청국장도 콩이 발효되어 발생한 물질들과 발효균의 효과로 나누어 연구될 수 있다. 이제까지 국내연구진들은 청국장의 항돌연변이효과 (36), 항산효과 (37)에 대한 연구를 진행하였으며 일본 연구자들에 의해 혈압강하효과 (38)와 혈전용해효과 (39)를 확인하였다. 이렇게 콩이 발효되어 생산한 물질들이 다양한 효과가 있다는 것은 된장이나 청국장에 대한 연구로 입증되었으나 아직 콩을 발효시키는 Bacillus subtilis이 어떤 역할을 하는가는 잘 알려져 있지 않다.
Bacillus subtilis는 그람 양성균으로 1997년 유전자 서열이 완전해독 되었다 (40). Bacillus 속은 분류학적으로 매우 복잡하다. 가장 흔한 토양 미생물인 Bacillus cereus는 식중독의 원인균이며, 신생아와 같이 면역조절능력이 떨어지는 환자에게 기회감염을 일으키며, 수막염과 안구 감염의 원인균이 될 수 있다 (41). 또한 탄저병의 원인균으로 알려진 Bacillus anthracis 는 미국에서 생물학적 테러균으로 사용되었다 (42). 이러한 균주는 대부분 30-45 도를 최적성장 온도로 발육하며 3그룹의 균주로 나뉘어진다. Bacillus cereus 와 Bacillus anthracis 와 달리 청국장의 발효균으로 활용되는 B. subtilis, B, licheniformis 균주는 독성이 적은 것으로 알려져 있지만 섭식하기에는 아직 의심스러운 점이 있다 (43). 이러한 균주에 의해 발생하는 식중독도 B cereus 에 의한 증상과 유사한 것으로 알려져 있다. 그러나 청국장에서 발효되는 균주의 양과 발효균 일정한 온도에서 가열한 후의 효과에 대해서는 여전히 의문스러운 점이 남아있다. 그러므로 이러한 살아있는 B. subtilis 가 유산균과 같이 Th1 세포를 자극하는지 알고자 한다. 또한 일정한 온도로 가열하여 생균이 없어진 것을 확인한 후 유산균과 같이 사균에서도 면역조절능력이 있어 알레르기 유발 사이토카인을 억제하는가를 확인하고자 한다.
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