동물용 항균제와 대체제를 둘러싼 최신 동향 (PART-32)
임진우 2018-08-13 09:44:48

이인호
전 식약처 국가항생제 내성
안전관리사업 전문위원

 

가축 및 가금의 생산성 향상을 위해 사용되던 사료첨가용 항균성물질(AGPs)의 사용을 제한하거나 원천 사용금지 시키기 위한 제도가 EU 및 미국은 물론이고 태국, 필리핀을 비롯한 동남아시아국가로까지 확대되어 시행되는 것이 확인되는 지경에 이르고 있다. 고밀도 사육의 식용동물 생산에 있어서, 질병에 대한 저항성을 높이기 위해 예방적으로 사용하던 AGPs의 대체제로 무엇이 유효한가를 평가하는 것이 필요하다. 스트레스나 감염증에 의한 영향을 경감시키기 위해 영앙적인 면에서의 연구와 함께, AGPs대체제를 양축농가들이 사용하는 것이 가능하게 되었으나, 지금까지도 현재 시판되는 AGPS대체제 작용기전의 최신 동향까지도 소개해서 관련업계의 요구를 충족시키는 발표자료는 그리 많지 않다.
AGps무첨가로 육성된 가축의 항병성(抗病性)의 개선은 가축의 건강, 복지 및 생산효율뿐만 아니라, 가축생산물의 미생물학적인 안전성을 향상시키는 접근의 열쇠가 되는 특징이되고 있다. 최근, 가축용 사료 중의 치료수준 이하의 AGPs의 전면 사용금지나 사용제한을위한 법률제정에 의해, 가축의 생산성적 및 일반적인 건강상태를 개선하기 위한 생균제와 유산균가공체(사균제)의 사용이 다시 관심을 집중시키고 있다.
여기에는 유산균 비아포균, 아포균, 진균 및 효모가 포함해서 단독 도는 복수의 생균으로구성된 제품으로 제공되고 있다. 제안되고 있는 작용기전(Mechanisms)도 과거와는 달리최근 들어서는 세포간 정보전달(Quorum sensing, QS) 간섭의 접근을 포함해서 세포 또는 개체 내에서 게놈(Genome)에 의해서 발현되는 RNA, 단백질 등(-ome) 생명현상과 관련된 중요한 물질에 대한 대량의 정보를 획득하여 이를 전산학적 기법으로 분석하여 전체적인 생명현상을 밝히기 위한 학문인 오믹스(Omics)와 생균제의 개념이 합성된 생균제유전체학(Probiogenomics)이라는 신종 용어가가 이미 사람 생균제 분야에서 통용되고 있고, 선진국에서는 가축 생균제 분야에서도 적용을 하는 지경에 이르고 있다(관련자료1,2).따라서, 본고에서는 계속해서 본 주제와 관련된 최신의 지식과 정보를 정리해서 제공함으로써 독자들의 이해를 돕고자 한다.

 

 

장관미생물총의 균형과 면역조절
장관은 인체와 축체의 면역시스템과 미생물간의 미묘한 상호작용에 의해 균형이 잘 조절되는 복잡한 생태계이다. 건강한 사람과 가축의 경우 장점막을 통한 미생물, 항원, 잠재적인 알레르기 유발물질 등과 같은 거대 분자들의 이동은 다양한 보호 메커니즘에 의해 조절된다. 첫째로 상피세포로 이루어진 장벽은 오직 작은 분자 물질만을 통과시키고 거대분자와 미생물은 통과할 수 없도록 되어있어, 아직까지 장점막은 제한적이지만 영구적인 ‘생리적’ 이동수단으로 여겨진다. 이런 ‘생리적’ 이동수단은 인체와 축체내 면역 시스템이감염성 미생물이나 독소 들을 통과시키지 않으면서, 인체와 축체내에 필요한 물질을 얼마나 잘 구분하여 통과시키고 조절하는데 있어서 중요하다. 이를 위해, 장은 장연관임파조직(GALT)이라는 매우 복잡한 면역 방어 시스템을 가지고 있다. 예를 들어, 파이어스 패치(Peyer’s patches)와 수지상 세포는 장내강(lumen)에 있는 세균을 잡아들일 수 있다. 수지상 세포는 자기 항원과 외부 항원에 대한 면역반응에 있어서 중심적인 역할을 한다. 항원과의 접촉은 수지상 세포의 성숙을 유도하며, 이 세포의 기능과 표현형의 변화를 일으킨다. 비록 성숙한 수지상 세포는 T세포를 활성화시켜 Th1/Th2 극성화를 유도하지만, 염증이 없는 상태에서는 미성숙한 상태로 남아있어, 작동자 T세포(Effector T cell)를 제거하고, 상황에 따라 조절T세포의 상향 및 하향 조절을 유도한다.
이 시스템은 ‘좋음’과 ‘나쁨’을 구별하듯이 ‘자기(Self)’와 ‘비자기(Non-selt)’ 사이를 구분하는데 매우 중요하며, 인체와 축체내에서 ‘병원균’과 ‘공생균’을 구분하는 것을 의미한다. 최근 이과정에서 Toll-like receptors(TLRs)의 역할이 잘 보고되어 있다(Dogi 등, 2008). 인체나 축체가 공생균이나 생균제와 면역 균형을 유지하기 위해 상호작용을 하는 여러 가지작용기전(Mechanisms)들이 많이 보고되어 있다. 특정 세균이 인체나 축체내 면역세포와상호작용을 하고, 면역세포는 그 반응으로 사이토카인(Cytokines)을 분비하는데, 이를 측정함으로써 특정 세균이 면역세포에 직접적인 영향을 주는것으로 밝혀졌다. 사이토카인은 다양한 면역 반응을 매개하는 물질로써 특정 사이토카인의 과잉생산은 Th1이나 Th2로 편향된 면역시스템의 불균형을 초래한다.
장내 정상 세균총은 다양한 장 기능에 영향을 주고 영양, 상피 방벽의 무결성 유지와 점막면역의 발달에 중요한 역할을 한다. 소화 흡수되지 않은 유당과 같은 당류는 세균의 이당류 분해효소에 의해 단쇄 지방산(SCFA’s)으로 전환되어 대장점막에 의해 에너지원으로 이용된다. 단쇄지방산들은 장내 상피 세포들의 발달을 촉진하며, 세포의 증식과 분화를 조절한다. 엽산과 비타민 K와 같은 비타민들과 영양소는 장내 세균에 의해 만들어진다. 숙주의 면역체계와 비병원균 사이의 관계가 병원균의 장내 정착 (Colonization)으로부터 숙주를 보호하는데 중요하다. 이 점에 관해서, 장내 세균을 상대적으로 비특이적인 지방산과 과산화물들로부터 높은 특이성을 갖는 박테리오신까지 다양한 물질을 생산해 잠재적으로 병원성을 갖는 세균을 억제하거나 사멸시킬 수 있다.
장내 세균총간의 면역학적 상호작용이 교란되면, 숙주가 정상 세균총의 구성원을 아군이아닌 적으로서 인식하기 시작하고 결과적으로 염증성 장질환과 같은 질병을 유발하는 부적절한 염증 반응을 개시할 수 있다. 어떤 경우에서는, 장상피세포의 손상으로 인해 장벽 누수가 유발되어 일부 세균이 장으로부터 점막아래 구역에 접근할 수 있게 되고 심지어 체순환(Systemic circulation)에 접근하여 심각한 패혈증을 일으킬 가능성이 있다. 장내 세균과 질병의 연관성연구, 장내 세균의 다양성 연구, 장내 세균이 생성하는 대사산물의 총체적 변화에 대한 연구는 유전체학, 유전자메타분석 및 대사체학과 같은 현대 기술이 적용되면서 가능해졌다.

 

생균제에 기대되는 효과와 작용기전
축산현장에서 생균제에 기대되는 효과는 생산성향상과 각종 질병의 대책으로 대별(大別)된다. 숙주에 투여된 균체성분(유산균가공체를 포함)이나 생균체가 장내에서 증식될 때에 생산되는 대사산물은 장내 상재세균 또는 숙주의 장관면역에 대해서 복잡하게 작용해서 생산성의 향상이나 각종 질병의 대책에 기여하는 것으로 고려되고 있다.
생균제는 장 점막, 파이어스 패치, 장간막 임파절에서 수지상 세포의 분포를 조절하여 생체내에서 수지상 세포를 매우 효율적으로 조절한다(Wang 등,2009). 생균제의 면역 관용(면역 반응을 일으키는 물질에 생체가 반응하지 않는 현상) 반응은 장내 미생물 군집이 인체와 축체내 장 점막 및 면역 시스템과 잘 조화를 이룰 수 있도록 유도하여, 염증 반응을 회피하고 증상완화를 유지하는데 중요한 작용을 한다. 많은 유산균이 생균제(Probiotics)로 사용되고 있다. 생균제 효과는 미생물학적, 생리학적 혹은 면역학적인 효과라 할 수 있다. 생균제는 전통적으로 인정되던 효과 외에도 최근 들어서는 고초균 MoriDNJ+유산균가공체EF2001+베타 글루칸 합제로 된 복합생(사)균제의 미발표 시험결과에서 보듯이 PRRS나 PED의 증상 경감 내지는 치료효과를 높이는 것에도 도움이 되는 효과를 나타냄으로써
새로운 주목을 받고 있다.
현재 국내에서 사료첨가제 형태로 사용되는 생균제의 생균은 그람양성균으로서, 두꺼운펩티도글리칸(Peptidoglycan)층을 지니고, 리포테이코익산(Lipoteichoic acid, LTA), 테이코익산, 균체외다당(Extracellular polysaccharide, EPS)등의 균체외 성분이 공재(共在)하고 있다 이러한 균체성분이나 균체내 성분으로서 핵산은 숙주의 장관면역세포표층에 존재하는 Toll양수용체(Toll-like Receptors, TLRs)에 의해 인식되어, 복수(複數)의 신호전달경로를 거쳐서, 장관내 뿐만 아니라 전신성으로 면역을 조절하는 것이 보고되고 있다. 이러한 작용기전을 통한면역조절작용은 생균제효과의 하나로서 인식되고 있다(관련자료3).
투여된 생균제가 장관내에서 생성하는 대사산물은 세균-세균간 및 세균-숙주간 상호작용을 지닌다. 이와같은 상호작용의 해명은 감염증을 포함한 각종 질환의 병태(病態)형성에 불가결(不可缺)하고, 세균전체를 포착하는 메타게놈 외에도, 대사산물을 망라적(網羅的)으로 해석하는 메타볼롬(Metabolome)해석이 근년 주목을 받고 있다.

 

맺으며
생균제나 유산균가공체(열처리 사균제)와 관련된 지식과 정보는 날로 선진화 되는 경향을나타내고 있어, 지금까지 관행적 또는 전통적으로 알아오던 생균제 및 유산균가공체(열처리 사균제)관련 지식이나 정보만을 가지고는 현재 축산현장에서 벌어지는 사물의 현상을과학적으로 설명하는 것이 어려운 시대에 이미 접어들고 있다. 한마디로 말해서 생존을 위한 전문지식의 게속적인 습득과 현장에서의 적용과 활용을 병행해서 하는 일에 게으름을 피우면 설 땅이 없어지는 시대라는 것을 관련업계 종사자들은 분명히 알아야 한다는 것을 강조드리면서 본고를 마친다.

 

 

 

<월간 피그 2018년 8월호>

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