동물용 항균제와 대체제를 둘러싼 최신 동향 <PART 26> - 인터뷰

들어가며

2009년 EU에 이어서 세계 2번째로 2011년 7월에 사료첨가용 항균성물질(AGPs)의 전면 사용금지를 선언한 이후, 기존에 이미 사용되던 AGPs대체제 외에도 위에서만 항균효과를 발휘하는 산성화제(Acidifiers)의 범주를 넘어서 위장관 전체에 걸쳐서 항균작용+융모촉진 효과가 확인되고 있는 3세대 보호처리낙산(3Generation Na-butyrate)을 비롯해 유기산과 약용식물 합제(organic acids+Essential oils)와 사균제(killed probiotics) 등 여러 제품이 새로운 주목을 받고 있다.

기체나 작은 지용성물질은 자유롭게 투과할 수 있고, 이온성 물질이나 큰 물질은 투과할 수 없으나, 낙산은 초산이나 프로피온산보다 분자량이 크지만 지방친화성이 높아 유해균으로 침투하는 투과성이 높으므로 항균력이 높다.

<표 1>과 <관련자료 1>에서 보는 바와 같이 1, 2세대와 3세대 보호처리낙산 제품은 작용기전과 주작용 부위 및 주효과는 엄연히 다름에도 국내에서는 전문지식의 부족과 사대주의적 사고방식에 휘둘려 비과학적인 논리로 시장질서를 어지럽히는 영업행위를 하는 것을 목격할 수 있다.

장에서 에너지 공급효과로 인해 융모촉진 발달효과는 확인되지만, 유해균에 대한 항균효과는 기대하기 어려운 것으로 판정받고 있는 코팅과 트리뷰트리온(Tributyrian) 제품(2세대) 및 장에서 융모촉진 효과 외에도 살모넬라를 비롯한 유해균에 대한 항균작용 효과가 추가적으로 확인되고 있는 3세대 보호처리낙산 제품이 위를 벗어난 전 장관에서 살모넬라를 비롯한 유해균 억제 효과를 발휘한다는 논리가 과학적으로 증명되기 위해서는 보다 많은 양의 낙산이 장관 내에 존재하도록 설계돼야 하므로 같은 3세대 유형의 제품이라고 해도 옥석을 가려야 할 것으로 여겨지고 있다.

AGPs 대체전략이 어느 사료첨가제 한 가지 성분을 사용한다고 해서 완전히 성공한다는 것은 어불성설이기 때문에 사양관리와 방역관리의 기본에 더 철저히 준수하면서 사료첨가제를 유효 적절히 사용하는 것은 재론의 여지가 없다.

최근 들어서는 동물용 항균제는 합제의 사용에 규제가 갈수록 엄격해져 사용에 제한을 받고 있는데 비해서, 비항균성 사료첨가제는 작용기전을 달리하는 합제(박테리오파지와 약용식물 합제, 유기산과 약용식물 합제 등)들의 작용기전과 효과에 대한 연구와 실제 적용이 활발해지고 있다.

현재는 새로이 부각되고 있는 사료첨가제 성분에 공통내성(Co-Selection) 현상이 일어났다는 보고는 없지만, 생균제 사례에서 보듯이 동물용 항균제 사용으로 인한 항균제 내성유전자가 언제 전이되어 존재할지는 아무도 장담할 수 없기 때문에 항상 주의를 필요로 하고 있다.

따라서 본고에서는 본 주제와 관련된 최신 동향을 정리해서 제공함으로써 독자들의 이해를 돕고자 한다.

살모넬라 병원성발현 조절기구와 3세대 보호(Protected) 처리 Na낙산 첨가 효과

1) 살모넬라 병원성 조절기구

살모넬라균이 가진 대표적인 병원성인자로써 살모넬라 병원성 발현에 필요한 다수는SPI(Salmonella pathogenicity island)로 불리는 유전자 괘(塊)로써 염색체상에 존재하고 있고, 동물숙주 세포내로 침투 시 SPI에서 합성한 분비시스템인 TTSS(TypeⅢ secretion system)를 이용하여 다양한 병원성인자를 숙주세포질 내로 분비하여 세포 내 정상기능을 교란시켜 살모넬라균의 침투와 세포 내 증식을 증진시키는 것으로 알려져 있다.

현재까지 22개의 SPI가 보고되고 있고, 이중 SPI1과 SPI2는 TISS를 암호화(Code)하고 있다. SPI1은 상피세포 침입에 필요한 병원인자(Virulences factors), SPI2는 탐식세포(Macrophages) 내 증식에 필요한 병원인자로써 동정되고 있지만, 현재로서는 양자가 다양한 숙주의 기능제어를 통해서 병원성 발현에 관여하는 것이 해명되고 있다.

- TTSS(Ⅲ형 단백질 수송장치)에 의한 살모넬라 감염전략

1990년대 들어서 【어떤 종의 병원 세균은 침상(Needle)의 분비장치를 이용해서 숙주세포 내로 병원인자(Effectors)를 주입한다는】 큰 발견이 사실이라는 것이 과학적 증거를 통해서 확인된 이후로, 세균학에 있어서 병원인자론이 크게 발전되었다. 그리고 현재 일본과 미국에서 2000년대 후반에 발간된 수의미생물학 서적과 가축의 세균감염증 병원성 서적에는 모두 TTSS와 SPI에 대한 내용이 수록되고 있다.

이 침상의 기관은 Ⅲ형 분비장치로 명명(命名)되어 지금까지는 많은 병원인자가 이 분비장치를 이용하는 것이 밝혀지고 있다. 흔히 병원인자와 상호작용하는 숙주측 인자와의 해석이 급속하게 진전되어, 적리균이나 살모넬라균 등 병원인자를 생산하는 다수의 병원균에서 병원성 발휘의 재정의가 이루어지고 있다.

TTSS는 그람음성 세균이 지니는 단백질 분비장치의 하나이고, 편모기부(基部)와 유사한 기부구조와 균체외막 표층으로 돌출된 침(Needle) 구조가 되는 장치(침복합체)에 의해 트랜스로콘(translocon)을 숙주세포막에 작용시켜, 세포막에 구멍을 내서 병원인자(Virulence factors)라 불리는 단백질을 숙주세포에 직접 수송하는 체계(System)이다. 병원인자는 숙주세포의 단백질과 상호작용 또는 길항함으로써 살모넬라에서 보는 바와 같이 숙주의 생리기능을 변화시킨다.

살모넬라는 감염단계에 반응해서 SPI1와 SPI2 의존적으로 병원인자를 숙주 내로 송치함으로써 자신의 감염을 성립시킨다. 살모넬라의 병원성 발현에서는 환경변화에 반응해서 유도된 병원인자가 TISS로 수송돼, 숙주의 고차원적 기능을 혼란시키는 것이 중요하다.

지금까지 감염 시의 숙주기능의 변화나 각 TTSS의 제어인자가 활성화하는 유전자수 등으로부터 미동정의 병원인자가 다수 존재하는 것이 예측되고 있지만, 병원인자의 동정 및 기능 해명의 연구는 서서히 계속해서 진행되고 있다. 하지만 특히 SPI2 병원인자에 대해서는 동정되고 있는 반수(半數) 가까운 병원인자 기능이 아직 밝혀지지 못하고 있다.

오른쪽 상단 그림에 코팅낙산, 에디믹스을 3세대보호처리낙산(3개 고치기)으로 고쳐주세요. 그리고 우측하단의 글박스는 삭제하고 박스를 2개 3개 위아래로 위치해서 넣어주면 됨

2) 3세대 보호처리 Na낙산 첨가효과

단쇄지방산(SCFA)의 하나인 낙산(Butyrates)은 인체에 유해한 미생물, 종양세포, 바이러스의 내부에 흡수되어 1) 양이온은 음이온으로 해리되어 세포 내 pH 변화를 일으켜 사멸시키거나 2) DNA합성 및 3) 대사과정에 필요한 단백질을 억제하는 방식 등으로 작용하여 유해한 세균 및 바이러스를 억제하는 것이 사람의료분야 시험을 통해 이미 입증되고 있다.

2000년대 들어서는 가금과 양돈분야에서 3세대 보호처리 Na낙산 실제 시험을 통해서도 국내외에서 그 효능이 입증되어, 현재 코팅 및 중성지방 구조에서 지방산 대신에 낙산 3분자가 결합된 낙산(Tributyrian) 제품이 국내 시장에서도 치열한 논리 경쟁을 펼치고 있다.
살모넬라는 장관 상피세포에 침입해, 병원성발현 조절기구에 관여하는 단백질 유전자인 SPS1에 의해서 만들어지는 침상(Needle)은 환경에 의해서 조절되는 단백질의 하나인 HiLA이 낙산의 첨가로 발현을 감소시킴으로써 SPI1을 활성화되지 못하도록 해, 살모넬라의 장 세포벽 부착능력을 감소시키는 기능을 해, 소염제 같은 역할(Anti-inflammatory effectors)을 하며, 살모넬라의 신호전달을 통한 정족수인식(Quorum Sensing,QS)을 저해함으로써 살모넬라가 독소를 분비하는 기능을 약화시켜 장 건강유지에도 기여를 한다.
또한, 낙산은 지방조직과 면역세포의 G단백질 수용체(G protein receptors, GPR) 41, 43을 자국해서 활성화시키는 기능이 있다. GPR41, 43수용체가 활성화되면 증체량이 개선되고 면역력을 증진시키는 효과를 나타낸다.

낙산은 축체에 흡수되어 장 상피세포의 길이(length)를 길게 하고, 융모의 수를 많게 하며, 융모의 두께를 얇게 하는 등의 3가지 작용으로 영양소의 흡수를 촉진시키므로 융모 탈락과 성장이 불안정한 어린가축(특히 자돈, 송아지, 토끼) 등에게는 효과가 우수하게 나타나고 있으며, 닭에서도 이러한 효과가 확인되고 있다.

또한 췌장효소와 호르몬(특히 인슐린) 분비를 촉진시키므로 반추동물에서는 케토시스 등의 예방효과가 있으며, 섭취량 제한이 있는 임신돈, 포유돈 등에서는 영양소 이용 흡수율을 높여준다.

특히, 낙산은 글루카곤성 펩티드(Glucagon like peptide2, GLP2)의 강력한 촉진인자로서, GLP2호르몬 분비가 촉진되면 ① 장 성장 촉진, ② 장 기능 향상 촉진, ③ 인슐린 분비 촉진, ④ IBD보조치료 효과(일반적으로 장질환을 가지고 있는 동물들은 낙산의 수치가 낮다)를 나타내는 것으로 보고되고 있다. 이외에도 3세대 은 저농도로 첨가시 독특한 향으로 인하여 섭취량 촉진작용을 하므로 향미효과를 나타낸다.

낙산의 유해세균, 바이러스 억제효과, 축체에 대한 효과 등으로 비특이적 설사, 폐사를 현격하게 감소시키며, 사료효율, 증체량 개선효과가 우수하다. 그러나 글리세롤에 낙산을 3분자 결합시켜 차세대 낙산제품이라고 홍보를 하고 있는 낙산 제품은 국내외 학회지에 발표된 효능시험를 통해 장관에 에너지 공급으로 융모촉진 효과가 공인을 받고 있는 것은 분명한 사실이나, 1번과 3번 결합 낙산은 흡수기전이 증명되나 2번 결합 낙산은 흡수기전이 확인되고 있지 못한 것으로 나타나, 낙산 고유의 냄새가 전혀 없기 때문에 향미제의 효과를 기대하기 어려운 특성을 나타내고 있다.

또한, 트리뷰트린 경우는 이유자돈의 경우 소화분비효소가 부족해지기 쉽기 때문에 분해되어 이용하는데 어려움이 있고, 이유자돈의 장내에 충분한 지방분해효소가 있어야만 효과를 발휘할 수 있는 특성을 지니고 있어 트리뷰트리온 제품 판매회사들은 이 부분에 대한 과학적 검증자료 제시를 통해 공개적인 공인을 받아야 할 것으로 여겨지고 있다.

낙산은 휘발성이 강해서 100% 무코팅 제품으로 사용하면 냄새 때문에 작업자들의 고통이 가중되어, 현재는 거의 사용되지 않고 있으며, 코팅이나 보호처리가 제대로 되지 못한 낙산은 염은 소장 앞부분에서 바로 흡수되기 때문에 장 하부까지 도달하지 못해, 전체 소화 장기내 목적한 부위까지 낙산을 방출하도록 처리하는 것은 필수적이다.

이러한 문제점을 기술적으로 해결한 3세대 보호처리 낙산은 250℃에서 30분간 안정하므로 어떠한 형태의 가공사료에도 역가 변화가 없이 사용할 수 있으므로 현재는 AGPs의 사료첨가 완전금지 이후로 과거부터 전통적으로 사용되던 무기 및 유기산과 병용해서 사료공장과 필드에서 널리 사용되고 있다

맺으며

2017년에 발간된 한국형 사양표준이나 국내에서 발간된 양돈영양학 서적 중에서 가장 후진성을 면치 못하고 있는 분야가 사료첨가제 관련부분이라고 해도 과언이 아니다. 현재 국내 사료공장과 현장에서는 여러 유형의 장관과 세균총을 건강하게 유지하는데 도움이 되는 사료첨가제들이 단일과 복합성분 형태 제품으로 판매되고 있고, 이들 제품과 관련된 과학적 증거자료들이 미국 축산학회지를 비롯한 여러 SCI등재논문에 발표되고 있는 것을 볼 수 있다.

이들 논문지에는 오래전부터 소개되면서 이미 일반화되어 실제 사용단계에 이르고 있는 내용들이 우리나라에서는 아직 소개조차도 안 되거나, 외국업체 관계자들에 의해서 오래된 것이 소개되는 것을 마치 첨단 내용이라도 소개받는 것처럼 착각을 하게 한다. 이번 호에 소개하는 3세대 보호처리 낙산도 그중에 하나라고 할 수 있다.

선진국에서는 현장에서 벌어지는 현상과 관련된 부분을 분자생물학적 차원으로 연결해서 답을 찾아내려는 노력이 계속되는 것이 확인되고 있으나, 국내에서는 전문가라 하는 사람들이 눈에 보이는 현상만 탐구할 뿐 배후의 진실을 과학적 증거와 융합학문적용을 통해 밝히려는 노력에는 후진성을 면치 못하고 있어 각성이 요망되고 있다.

본인이 본지를 통해서 계속해서 강조를 하고 있는 바이오필름, 쿼럼센싱은 물론이고 이번부터 새로이 소개하는 SPI, TTSS 같은 용어들은 결코 특정인만의 지식전유물이 아니기 때문에, 양돈농가들도 이런 용어들에 대한 지식을 마음대로 사용해서 지식의 폭을 넓힐 수 있도록 해야 하는 것이 전문가들의 책무 중 하나라는 것을 강조하면서 본고를 마친다.

<월간 피그 2018년 2월 호>