Multi-functional properties of lactic acid bacteria strains derived from canine feces

저자: Liu Y; Wang J; Zheng H; Xin J; Zhong Z; Liu H; Fu H; Zhou Z
출처: - (2024)
DOI/링크: https://doi.org/10.3389/fvets.2024.1404580
연구 계열: Topics/Natural Product Efficacy Evaluation
투고일: 2024-03-21

TL;DR

개 분변에서 분리한 11개의 유산균 균주는 항병원성, 접착, 항산화, 안전성 등 다양한 프로바이오틱 특성을 보유하고 있으며, 특히 Lactobacillus acidophilus (L177)이 우수한 활성을 나타냈다. 이들 균주는 개용 식이 보충제로서의 잠재력을 보여주며 추가 생체 내 검증이 필요하다.

1. 연구 배경 및 동기

다루는 문제: 개는 식이 변화, 환경 변화, 면역 저하로 인해 위장염, 췌장염, 염증성 장질환 등 소화기 질환에 취약하다. 항생제의 과다 사용은 다제내성균의 발생을 촉진하고 장내 미생물 균형을 교란하므로 안전한 대체 방법이 필요하다.
기존의 공백 / 왜 필요한가: 인간용 프로바이오틱 균주에 대한 연구는 많으나 개용 프로바이오틱 균주 개발 및 승인에 관한 연구는 부족하다. 숙주 종 특이성이 중요하므로 개 분변에서 분리한 유산균의 항산화 및 대사산물 평가를 포함한 포괄적 특성화가 필요하다.

2. 관련 연구

기존 연구 흐름: 유산균은 감염성 병원체 예방, 면역 조절, 알레르기 및 비만 감소, 항산화 능력, 비타민 생체이용률 증가, 불안감 감소 등 다양한 건강상 이점을 제공하는 것으로 알려져 있다. 기존 연구는 개 유산균의 산 및 담즙염 내성, 항균 활성, 항생제 감수성을 평가했으나 항산화 및 대사산물 평가는 부족했다.
이 논문의 위치: 본 연구는 개 분변 유래 유산균 균주를 대상으로 항병원성, 접착, 안전성, 항산화 능력, 대사산물을 포함한 포괄적 평가를 수행하여 개용 맞춤형 다기능 프로바이오틱 개발의 공백을 메운다.

3. 핵심 기여

개 분변 48개 샘플에서 206개 유산균 균주 분리 및 11개 후보 균주 선별
항병원성(E. coli, Staphylococcus aureus, Salmonella braenderup, Pseudomonas aeruginosa에 대한 억제 및 공응집 능력), 접착성(세포 표면 소수성, 자기응집, 바이오필름 형성, Caco-2 세포 접착), 안전성(항생제 감수성, 용혈 부재) 평가
항산화 능력(H2O2 내성, DPPH 및 hydroxyl radical 소거 능력) 및 대사산물(EPS, GABA, BSH) 생산 능력 평가
Lactobacillus acidophilus (L177)을 포함한 우수 균주 식별 및 개용 식이 보충제 후보로 제시

4. 제안 방법론

전체 접근 논리: 개 분변에서 유산균을 분리하고 성장 성능, 산 및 담즙염 내성을 기준으로 11개 후보 균주를 선별한 후, 프로바이오틱 특성에 대한 포괄적 평가를 수행했다.
단계:
- 건강한 성견 48마리 분변 샘플 수집 및 MRS 배지에서 유산균 분리, 16S rDNA 시퀀싱으로 종 동정
- 성장 곡선 측정으로 최고 성능 균주 선별 및 산(pH 2.0, 3.0, 4.0) 및 담즙염(0.1, 0.3, 0.5%) 내성 평가
- Oxford cup 방법으로 항균 활성 및 공응집 능력 평가, Caco-2 세포 접착 및 자기응집 능력 측정
- 항생제 감수성 및 용혈 검사로 안전성 평가, DPPH 및 hydroxyl radical 소거 능력으로 항산화 능력 평가, EPS, GABA, BSH 생산 능력 측정

5. 실험 설정

항목	내용
대상/재료	건강한 성견 48마리 분변 샘플에서 분리한 206개 유산균 균주 중 11개 후보 균주
처리 조건	산 내성(pH 2.0, 3.0, 4.0에서 2시간), 담즙염 내성(0.1, 0.3, 0.5% 농도에서 2시간), 37°C 배양
대조군	항균 활성 평가: MRS 액체 배지(공백 대조), 성장 곡선: MRS 액체 배지(음성 대조)
측정 방법	생존율(%), 억제 구역 직경(mm), 공응집률(%), 항생제 감수성(%), 용혈 여부, DPPH 및 hydroxyl radical 소거율(%), EPS/GABA/BSH 생산량

6. 실험 결과 분석

지표	변화(Δ)	조건 · 유의성
항균 활성	11개 유산균 균주 모두 4가지 병원성 세균(E. coli, Staphylococcus aureus, Salmonella braenderup, Pseudomonas aeruginosa)에 대해 강한 억제 효과 및 공응집 능력 나타냄	세포 무함유 상층액(CFS) Oxford cup 방법
접착 능력	11개 균주 모두 높은 세포 표면 소수성, 자기응집 능력, 바이오필름 형성 능력, Caco-2 세포 접착 능력 보유; L177이 다양한 접착 실험에서 강한 활성 나타냄	자기응집, 바이오필름 형성, Caco-2 세포 접착 평가
안전성	11개 균주 모두 대부분의 항생제에 감수성; L102, L171, L177이 최고 감수성률 85.71%; 모든 균주에서 용혈 미발생	항생제 감수성 및 용혈 검사
항산화 능력	모든 균주가 우수한 H2O2 내성, DPPH 및 hydroxyl radical에 대한 높은 소거 능력 나타냄	H2O2 내성, DPPH 및 hydroxyl radical 소거 능력 평가
대사산물 생산	11개 균주 모두 exopolysaccharide (EPS), γ-aminobutyric acid (GABA), bile salt hydrolase (BSH) 포함 높은 수준의 대사산물 생산	대사산물 정량 분석

제안 기전(인과 사슬): 유산균 균주 → 병원성 세균 억제 및 공응집 → 장내 미생물 조절 → 장 건강 개선; 유산균 균주 → EPS, GABA, BSH 등 대사산물 생산 → 항산화 및 면역 자극 → 숙주 건강 증진

7. 비판적 평가

강점

개 분변 유래 균주로 숙주 종 특이성 확보하여 효과적인 정착 및 상호작용 가능성 높음
항병원성, 접착, 안전성, 항산화, 대사산물을 포함한 포괄적 다기능 평가로 프로바이오틱 잠재력 입증
L177 등 우수 균주 식별로 개용 식이 보충제 개발의 구체적 후보 제시

한계 · 의문

생체 내(in vivo) 효능 검증 부재로 실제 임상 적용 가능성 미확인
개 분변 샘플 48개로 제한되어 유산균 다양성의 대표성 제한 가능
대사산물의 정량적 수치 미제시로 균주 간 생산량 비교 어려움

8. 향후 연구 방향

분리 균주의 생체 내 효능 검증 및 개에서의 임상 시험 수행
개의 장내 미생물 구성 변화 및 면역 반응에 미치는 영향 평가
다양한 개 품종, 연령, 건강 상태에서의 프로바이오틱 효과 검증

9. 결론

개 분변 유래 11개 유산균 균주는 항병원성, 접착, 항산화, 안전성 등 다양한 프로바이오틱 특성을 보유하고 있으며, 특히 L177이 우수한 활성을 나타낸다. 이들 균주는 개용 식이 보충제로서의 높은 잠재력을 보여주며, 추가 생체 내 연구를 통해 실제 임상 적용 가능성을 검증할 필요가 있다.

Keywords

lactic acid bacteria, canine probiotics, antimicrobial activity, adhesion, antioxidant capacity, metabolites, Lactobacillus acidophilus, dietary supplement

원문 그림

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