들어가며

 

예전에는 항균성물질 대체제(Alternatives to Antimicrobials)라고 하면 전형적으로 생균제, 효소제, 약용식물, 효모 및 유기산제 등이 대표적으로 거론되었다. 아직도 국내외에서 발간된 서적 교재에는 이러한 성분들에 대한 내용이 기술되고 있는 것을 확인할 수 있다.

그러나 현재 국내 동물약품업계와 보조사료업계에서는 전술한 고전적인 항균성물질 대체제외에도 항균성 펩타이드제(AMPs), 사균제(Heat-killed Probiotics), 라이소자임(Lysozymes), 중쇄지방산(MCT), 박테리오파지(Bacterophages) 및 3세대 보호낙산(Protected Na-butyrates)을 비롯한 많은 항균성물질 작용을 하는 성분들이 판매하고 있으나(관련자료 1), 현재 국내에서 발간되는 서적 및 교재들은 관련업계가 기대하고 있는 수준과는 거리가 먼 내용들이 기술되고 있어, 관련업계 전문가들의 세상을 바라보는 시각(패러다임)에 대한 재조명을 요망하고 있다.

관련업계 종사자들과 양축농가들은 축산수의현장에서 벌어지는 현상에 대한 의문점을 과학적인 증거를 수반한 논리로써 증명하여 현장에서도 그대로 적용해서 생산성을 향상할 수 있는 내용 수준을 원하고 있다. 하지만 이러한 기대와는 달리 예전과 별로 변한 것이 없는 고전적이거나 원론적인 내용이 현재도 통용되고 있다.

또한, 현장에서 벌어지는 현상을 나열하는데, 이를 과학적인 증거를 통한 논리를 제시하지 못하는 현상이 되풀이되고 있어, <관련자료 2>에서 보는 바와 같이 선진국의 전문지식을 모두 자국어로 번역 발간해서 자국민의 지식수준을 높이며, G7국가의 위상을 지켜나가고 있는 일본과는 극단적인 대조를 나타내는 것을 볼 수 있다.

우리나라 관련업계 중에서 아직도 자신이 알고 있는 지식이나 아이디어를 남들과 공유하기를 극히 꺼리는 곳이 있다. 이는 동반성장을 하는데 장애 역할을 하는 분위기를 조성하고, 지식의 축적보다는 지식의 활용이 더 중요하다는 사실을 망각하면서 스스로 후진성을 면치 못하는 인사들을 볼 수 있다.

이제는 이러한 낡은 사고방식에서 벗어나 “특정 분야에 한정되지 않고, 지상에서 상상할 수 있는 다채로운 글을 쓸 수 있었던 것은 다른 분야의 학문에서 아이디어와 정보를 얻은 뒤 통합시켜 그것으로 현실을 새롭게 보았기 때문이다”라고 한 미래학의 태두, 앨빈 토플러의 말처럼 동물용 항균성물질 대체제(AGPs)를 선진국 수준의 차원에서 정확히 평가하고 실전에서 적용하기 위해서 여러 분야의 전문지식을 통합하고 고찰한 뒤에 나오는 과학적인 해석이 절대적으로 필요하다. 하지만 우리나라는 이 부분에서 아직도 후진성을 면치 못하는 부분이 많아 아쉬움을 남기고 있다.

따라서 본고에서는 계속해서 본 주제와 관련된 내용들을 종합적으로 정리해서 제공함으로써 독자들의 이해를 돕고자 한다. 

 

 

1. 장내세균총 조절과 관련된 신종용어의 정의

 

현재 동물약품 및 보조사료업계와 관련업계 종사자들은 생균제(Probiotics), 올리고당(Prebiotics) 및 이 둘의 합제인 신바이오틱스(Synbiotics)과 관련된 정의 및 내용들에 대해서는 잘 주지하고 있는 것을 볼 수 있다.

하지만 메타바이오틱스, 바이오제닉스, 싸이코바이오틱스라는 아직은 축산관련업계에서는 익숙지 못한 용어를 사용하면 어려워하거나 혼란스러워하면서 의사소통에 지장을 초래하는 것을 피부로 느끼는 경우가 많다. 그리하여 본 지면을 통해서 신종용어에 대한 정의를 해설함으로써 독자들의 이해를 돕고자 한다.

① 메타바이오틱스(Metabiotics)는?probiotic microorganisms의 구조 성분일 수 있고 또는 그들이 생산하는 물질일 수 있으며, 그러한 물질이나 정보로 사람의 생리적 기능, 유전자조절이 최적으로 유지되는 것을 변화시킬 수 있다. 또한 사람과 공생관계의 미생물을 변화시켜서 사람에게 영향을 줄 수도 있다.

② 바이오제닉스(Biogenics, 유산균 생성물질)는 다종의 유산균을 우유나 콩과 같은 배지를 이용하여 발효과정을 통해 생성되는 유용한 대사물질을 말한다.

③ ?싸이코바이오틱스(Psychobiotics)는 생균제 중에서 인간의 행동에 영향을 미치는 미생물로서 충분한 양을 섭취하면 정신질환을 앓고 있는 환자에게 건강효과가 있는 생균으로 정의되고 있다(Timothy, 2013).

 

2. 생균제와 사균제(Heat-killed Enterococcus faecalis) 관련 최신 동향

 

장내에는 생체의 면역기능을 자극하여 각종 세균의 감염을 예방하는 유익균과 장내 부패를 일으켜 발암물질이나 독소를 생성하는 유해균이 균형을 이루면서 안정된 장내 미생물 균총을 형성한다. 일반적으로 건강한 상태를 유지하려면 유익균이 장내 우세균이 되어야 한다.

장내에 서식하는 미생물은 음식의 섭취에 의해 많은 영향을 받는다. 장내 미생물 우점균뿐만 아니라 장내 미생물이 생성하는 효소의 활성에도 밀접한 영향을 미친다.

많은 유산균이 생균제와 사균제로 사용되고 있다. 생균제 효과는 미생물학적, 생리학적 혹은 면역학적인 효과라 할 수 있다. 이 중 면역학적 효과에서 생균제는 물론이고 최근 들어서는 사균제도 T cell를 활성화시킴으로써 자연살해세포(NK cells), 대식세포(macrophage) 활성화, lgA 분비 그리고 전통적인 Th1/Th2 면역 균형에 영향을 준다는 것이 밝혀짐으로써 주목을 받고 있다.

생균제는 전통적으로 식품이나 식품첨가물로써 이용되고 있으나, 최근 의학적 관심을 받으면서 선별된 특정 균을 이용하여 의약품 제제처럼 이용되어 설사, 과민성 대장증후군(IBS) 혹은 염증성 대장질환(IBO) 등의 예방에 사용되고 있다. 염증성 대장질환은 최근 생균제를 사용한 임상시험으로 보고된 질환이지만, 아직까지 논쟁의 여지가 있다. 염증성 대장질환은 크론병, 궤양성 대장염, 회장낭염 등 여러 종류의 질병 형태를 일컫는다.

유산균(Lactic acid bacteria, LAB)은 소화에 도움을 주며, 변비(Constipation)와 장 누수(leaky gut), 설사(Diarrhea)와 같은 장 질환을 억제하고 면역 기능을 활성화시키는 기능 및 체내 콜레스테롤 합성 저해, 지방 축적과 지방 대사를 억제하는 항비만 효과를 나타낸다. 또한 장점막 상피세포에 부착 서식하면서 병원성 미생물(Pathogenic microorganism) 증식 억제와 유익균(Beneficial microorganism) 증가, 상피세포(Epithelial cell) 보호, 영양소의 분해와 흡수 촉진 등의 역할을 통하여 장내 환경을 개선시킨다.

 

1) 생균제의 특징

 

① 생균제는 장점막층과 함께 살아있는 물리적 장벽을 구성하여 장 상피세포와 외부를 분리하여 외부 병원균, 독소 그리고 염증을 일으킬 수 있는 항원의 이동을 막는다.

② 장 세포의 미소융모에서 생균제는 점액(Mucus)의 분해를 막아주고 점액 유전자의 발현을 촉진한다.

③ 생균제는 밀착연결 단백질(Tight junction protein)의 발현에 영향을 주어 상피세포 장벽의 기능을 유지하거나 강화시켜줄 수 있다. 또한, 박테로이신이나 베타-디펜신 그리고 열 충격 단백질(Heat shock protein)의 분비를 통해 잠재적 항생제 활성을 나타낸다.

④ 생균제는 장 내강(lumen)에서 pH를 낮추어주는 짧은 지방산을 생성하여 산에 민감한 병원균을 억제하고, 장 상피세포에 에너지원으로 사용되도록 제공한다.

⑤ 앞에서 언급한 면역 효과 이외에도 생균제는 분비성 IgA의 발현을 증가시키고, 자연 살해 세포와 대식세포 활성을 강화시켜 장점막의 면역기능을 촉진한다.

 

2) 이상(理想)적인 생균제의 특성과 무효(無效)의 원인

 

가. 이상(理想)적인 생균제의 특징

① 동물 및 인간에게 병원성이 없어야 한다.
② 담즙 및 강산성에 대해서 내성이 있어야 한다.
③ 발효 중에 유산 또는 타 항균성 물질을 산생하여야 한다.
④ 시험관 내에서 용이하게 증식하여야 한다.
⑤ 생체 내에서 용이하게 증식하여야 한다.
⑥ 가공처리 후에도 생존율이 높아야 한다.
⑦ 사료에 혼합하여도, 실온에서도 생존하여야 한다.
⑧ 병원성미생물과 교잡종을 만들 가능성이 없어야 한다.

 

나. 생균제가 무효(無效)하게 되는 원인

많은 미생물이 생균제로서 유효한 것으로 알려지고 있지만, 실제로는 효과가 없는 것이 있다. 그 주요 원인을 분석하면 다음과 같이 요약된다.

① 미생물 외 동정이 정확하지 않은 경우
② 사용시에 있어서 미생물의 생존능력이 낮은 경우
③ 시험관 내의 성적이 일치하지 않은 경우
④ 산 및 담즙의 내용성(耐用性) 결여
⑤ 산 또는 타 항균성물질을 생산하지 않는다.
⑥ 생체 내에서의 생존율 및 집락형성률이 낮다.
⑦ 동물에 종특이성이 있어 사용된 동물에 부적당하다.
⑧ 증식부위까지 도달하지 않는다.
⑨ 질병의 제어에 대해서 생체 내 작용이 약하다.
⑩ 생산성 향상에 대한 생체 내 작용이 약하다.
⑪ 식이요법에 의해서 활성이 제어되는 것

 

3) 사균제에 의한 건강증진 효과의 차이

 

GRAS에 등록 및 미등록된 많은 생균제 미생물(Probiotic microorganisms)은 안전한 것으로 여겨지고 있을지라도, 생균투여가 특히 특정 군에서 위험이 없을까 하는 의혹이 늘 존재하고 있다(Boyle 등, 2006). 그러므로 생균제의 건강상 효과가 생균의 투여와 관련이 있는 위험 없이 얻어질 수 있는가에 대한 결정을 내리는 것에 대한 특별한 관심이 집중되고 있다(Adams, 2010).

Kartaria(2009) 등에 의해 발표된 총설논문(Nutr Rev, 67(9):546-550)과 2012년에 발간된 Lactic acid bacteria 4판 서적(671페이지)과 2018년에 발간된 Probiotics and Prebiotics in Animal Health and Food Safety(120페이지)에서 Nonviable Probiotics와 Killed 또는 Heat-killed Probiotics라는 용어로 사용되고 있는 사균제는 비록 현재도 사람과 가축에서 안전한 대체제(Safe alternatives)로 될 수 있을 것이냐에 대한 상당한 논란의 여지가 있어, 전문학계의 보다 심도 있는 검증과정을 필요로 한다.

하지만 현재는 숙주에 대해서 선천적인 면역계(Innate immune system)와 설사의 급성치료 등에 상당히 안전하고 유효하게 사용될 수 있는 성분이 될 수 있다는 것이 널리 알려지고 있다.  

유산균은 하나의 제제에 여러 가지 유산균을 배합하는 것이 어려워 유산균 종류가 다양하지 않고, 보관의 안정성 확보가 어렵다는 단점이 있다. 반면에 사균제는 유산균을 배양한 뒤에 동결건조해 과립화한 것으로 보관이 쉽고, 한 번에 많은 유산균을 투여할 수 있지만 한번 작용하고 빠져나가는 방식이라 장내세균총의 환경유지에 다소 한계가 있다. 

사균은 ▲균주 확인, ▲균수 확인, ▲어떤 방식으로 사균제를 제조하는지의 확인, ▲사균제 제조시 균체파손비율의 확인, ▲사균제 전문공장인지의 확인 등이 실제 현장에서 검증되어져야 한다. 사균처리에 의한 건강증진 효과의 차이(2018년 5월 일본 생균제학회 발표자료)는 다음과 같이 요약되고 있다(관련자료 3).

① 사균에 의한 처리방법에 의해서 같은 균주에서도 보건효과의 차이가 생긴다.
② 사균에 의한 처리방법에 의해 균체의 성분이나 균체 표층구조 등의 변화가 다르기 때문에 비교하는 보건효과에 차이가 생기는 것이 관찰된다.

③ 제품화를 고려하는 경우, 사균쪽이 관리나 품질보증이 용이하다는 것을 고려하여 불활화의 처리방법을 궁리함으로써 착안한 보건효과를 유지 또는 높일 가능성이 있다.

유산균이 죽었다고 다 같은 사균제 제품이 아니다. 유산균 사균제 제품은 균의 종류 및 가공방법 등에 따라 효과차이가 극명하게 발생하기 때문에 사균체 제품 선발 시, 전문적인 생산기술에 대한 노하우(Know-how) 여부를 반드시 점검해야 한다.

미생물 분야의 선진국인 일본은 20년전부터 유산균 사균제에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 유산균 사균제의 탁월한 면역조절효과가 인정되어 건강식품으로 판매되고 있다. 또한, 전문적인 유산균 사균제만을 제조하는 회사까지 등장하고 있다.

국내에서도 유산균 사균제의 강력한 면역조절효과로 20여곳 이상의 제약회사 및 건강식품회사에서 유산균 사균제 제품을 판매하고 있는 것으로 확인되고 있다. 최근 국내 축산업계에서도 사료에 유산균제 첨가에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.  

 

 

맺으며

 

최근 들어서 국내에서도 일본의 2대 사균제 전문회사 중 하나가 강원도 문막에 공장을 설립하여 이곳을 기점으로 말레이시아를 비롯한 세계 여러 나라로 수출하는 전진기지 역할을 담당하는 시대를 맞이하고 있다. 사용 범위도 확대되어 인체는 물론이고, 국내 업체를 통해서 사료첨가제로도 개발되어 사료공장에 적용하려는 단계에까지 이르고 있어 주목을 받고 있다.

사균제와 관련해서 사료산업과 필드에서의 실제 적용은 생균제에 비해서는 그 역사가 짧아서 앞으로도 해결되어야 할 과제들이 남겨진 것은 틀림없는 사실이다. 하지만 현재까지 면역 관련 효과는 분명히 입증되고 있고, 사람과 가축에서의 소회기성 질병에서도 효과를 나타낼 가능성이 높다는 것이 실제 사례와 논문을 통해서 확인되고 있다.

그러므로 축산사료 관련업계 종사자들의 실제 사용경험과 학자들의 과학적 실험을 통한 발표자료와 총설논문이 축적된다고 하면 그 평가는 분명히 검증되리라는 것을 확증하면서 본고를 마친다.

 

 

 

<월간 피그 2018년 6월 호>