Salmonella Gallinarum 감염닭의 대식세포에서 표고버섯 균사체 발효 미강생물전환소재에 의한 면역조절효과 Immunomodulation by Bioprocessed Polysaccharides from Lentinus edodes Mycelia Cultures with Rice Bran in the Salmonella Gallinarum-infected Chicken Macrophages원문보기
본 연구에서는, 표고버섯 균사체 발효 생물전환공법으로 생산된 미강생물전환소재(BPP-RB)가 가금티푸스의 주요 원인균인 S. Gallinarum에 감염된 닭 유래 대식세포주 HD-11에 미치는 효과를 조사하였다. 그 결과, 미강생물전환소재 추출액은 S. Gallinarum 277에 대한 직접적인 성장억제 효과를 보여주지 않았으며, 총단백질 및 분비단밸질 발현 양상에 어떠한 변화도 유도하지 못하였다. 하지만, 미강생물전환소재 추출액은 (i) HD-11 대식세포의 탐식 능력(phagocytic activity)을 활성화하였고, (ii) Th1-type cytokines(tumor necrosis factor-${\alpha}$, interleukin $(IL)-1{\beta}$, iNOS)과 immunosuppressive cytokine IL-10의 발현 증가를 유도하였으며, (iii) Th2-type cytokines (IL-4, IL-6)의 발현은 감소시키는 것으로 확인되었다. 이러한 결과를 종합하면, 미강생물전환소재는 가금 농장에서 가금티푸스 및 다른 Salmonella종의 감염을 예방하기 위한 사료첨가제로서의 가능성을 가지고 있다고 사료된다.
본 연구에서는, 표고버섯 균사체 발효 생물전환공법으로 생산된 미강생물전환소재(BPP-RB)가 가금티푸스의 주요 원인균인 S. Gallinarum에 감염된 닭 유래 대식세포주 HD-11에 미치는 효과를 조사하였다. 그 결과, 미강생물전환소재 추출액은 S. Gallinarum 277에 대한 직접적인 성장억제 효과를 보여주지 않았으며, 총단백질 및 분비단밸질 발현 양상에 어떠한 변화도 유도하지 못하였다. 하지만, 미강생물전환소재 추출액은 (i) HD-11 대식세포의 탐식 능력(phagocytic activity)을 활성화하였고, (ii) Th1-type cytokines(tumor necrosis factor-${\alpha}$, interleukin $(IL)-1{\beta}$, iNOS)과 immunosuppressive cytokine IL-10의 발현 증가를 유도하였으며, (iii) Th2-type cytokines (IL-4, IL-6)의 발현은 감소시키는 것으로 확인되었다. 이러한 결과를 종합하면, 미강생물전환소재는 가금 농장에서 가금티푸스 및 다른 Salmonella종의 감염을 예방하기 위한 사료첨가제로서의 가능성을 가지고 있다고 사료된다.
In this study, we investigated the effect of bioprocessed polysaccharides (BPPs) from liquid culture of Lentinus edodes fungal mycelia containing rice bran (BPP-RB) on a chicken-derived macrophage cell line, HD-11, when infected with Salmonella Gallinarum, an etiological agent of fowl typhoid. Exper...
In this study, we investigated the effect of bioprocessed polysaccharides (BPPs) from liquid culture of Lentinus edodes fungal mycelia containing rice bran (BPP-RB) on a chicken-derived macrophage cell line, HD-11, when infected with Salmonella Gallinarum, an etiological agent of fowl typhoid. Experimental results demonstrated water extract of BPP-RB did not show growth inhibitory effects on S. Gallinarum 277. Protein expression profiles were also not altered by its treatment. Nonetheless, it could (i) enhance phagocytic activity of HD-11 cells, (ii) activate transcriptional expression of Th1-type cytokines such as tumor necrosis factor-${\alpha}$ and interleukin $(IL)-1{\beta}$, iNOS, as well as an immunosuppressive cytokine IL-10, and (iii) negatively regulate Th2-type cytokines such as IL-4 and IL-6. Together results suggest that BPP-RB may be applicable for preventing fowl typhoid or other Salmonella infections in poultry farms as a potential feed additive.
In this study, we investigated the effect of bioprocessed polysaccharides (BPPs) from liquid culture of Lentinus edodes fungal mycelia containing rice bran (BPP-RB) on a chicken-derived macrophage cell line, HD-11, when infected with Salmonella Gallinarum, an etiological agent of fowl typhoid. Experimental results demonstrated water extract of BPP-RB did not show growth inhibitory effects on S. Gallinarum 277. Protein expression profiles were also not altered by its treatment. Nonetheless, it could (i) enhance phagocytic activity of HD-11 cells, (ii) activate transcriptional expression of Th1-type cytokines such as tumor necrosis factor-${\alpha}$ and interleukin $(IL)-1{\beta}$, iNOS, as well as an immunosuppressive cytokine IL-10, and (iii) negatively regulate Th2-type cytokines such as IL-4 and IL-6. Together results suggest that BPP-RB may be applicable for preventing fowl typhoid or other Salmonella infections in poultry farms as a potential feed additive.
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문제 정의
하지만, 숙주 대식세포는 NO 생성을 통하여 이들 병원성 인자의 발현을 억제할 수 있다고 하였다32). 따라서 미강생물전환소재가 HD11 세포의 다양한 cytokines 발현을 조절한다는 사실로부터(Fig. 2), 이들 소재가 S. Gallinarum 277 감염 후 HD11세포의 cytokines 발현 또한 조절할 수 있는지 여부를 조사하였다. 본실험에서는, 앞선 대식세포의 면역반응 활성화분석 결과(Fig.
선행연구를 통하여, 본 연구팀에 의해 개발된 생물전환공법(bioconversion process)으로 생산된 천연물(강황) 유래 생물전환소재가 선천면역반응 조절을 통해 Salmonella 감염을 억제할 수 있음을 확인하였다16,20,21). 따라서, 본 연구에서는 표고버섯 균사체 발효 생물전환공법으로 생산된 미강생물전환소재(BPP-RB)가 S. Gallinarum에 감염된 닭 유래 대식 세포주로 알려진 HD-11에 미치는 면역조절 효과를 조사하고자 하였다.
미강의 섭취가 생체 내 Salmonella감염 확립을 효과적으로 방어할 수 있다는 기존 문헌 보고를 토대로19,24), 표고버섯 발효미강생물전환소재가 대식세포에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과, 본 연구의 미강생물전환소재가 HD-11 대식세포의 탐식 능력을 활성화하는 것으로 확인되었다(Fig.
제안 방법
Cytokine 발현 양상 분석을 위하여, 감염세포는 6 well plate (SPL Life Science)를 이용하여 위에서와 동일한 방법으로 준비하였다. 2차 PBS세척 후, total RNAs는 Trizol(Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)을 이용하여 제조사의 방법에 따라 추출 및 정제하였다. PrimeScriptTM 1st strand cDNA Synthesis Kit (TaKaRa BIO, Shiga, Japan)를 이용하여 cDNA를 합성하였다.
2차 PBS세척 후, total RNAs는 Trizol(Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)을 이용하여 제조사의 방법에 따라 추출 및 정제하였다. PrimeScriptTM 1st strand cDNA Synthesis Kit (TaKaRa BIO, Shiga, Japan)를 이용하여 cDNA를 합성하였다. 합성산물은 2 × SYBR Premix(Roche, Basel, Switzerland)와 LightCycler® 96 System(Roche, Basel, Switzerland)을 이용하여 quantitative realtime PCR (qRT-PCR)방법으로 정량 분석하였다.
대식세포 외부에 존재하는 균을 제거하기 위하여, 감염된 HD-11세포를 gentamicin (20 μg/ml)이 포함된 배지로 1시간 처리하였다.
대식세포의 탐식 능력이 미강생물전환소재에 의해 증가 된다는 실험 결과(Fig. 1)를 토대로, HD-11에서 미강생물전환소재에 의한 cytokines의 발현 양상을 조사하였다. 그 결과, 두 가지 농도(1%, 10%, v/v) 모두에서 tumor necrosis factor (TNF)-α, interleukin(IL)-1β, iNOS (inducible nitric oxide synthase), IL-10의 발현이 유의적으로 증가함을 확인하였다(p < 0.
시험균은 LB 배지에서 37℃, 19시간 진탕 예비 배양되었다. 배양균은 두 가지 농도(1%와 10%, v/v)의 미강생물전환소재 추출물이 함유된 LB 배지에 동량 접종 후(OD600 = 0.02), 동일한 조건으로 본 배양하였다. 균의 성장은 흡광도(OD600)와 direct plating에 의한 계수법(CFU; colony forming units)으로 측정되었다.
본실험에서는, 앞선 대식세포의 면역반응 활성화분석 결과(Fig. 2), 유의미한 결과를 보여주었던 IL1β, iNOS, IL-4, IL-6에 대하여 그 발현 변화를 조사하였다.
. 생산된 소재가 S. Gallinarum 277 및 HD-11에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 미강생물전환소재를 LB 또는 RPMI 1640 배지에 1% (w/v)가 되도록 혼합한 뒤, 37℃, 230 rpm에서 1시간 동안 진탕 배양 및 추출하였다. 배양수용액 추출물은 12,000 × g, 10분 동안 원심분리 한 후, 상층액을 0.
세균 단백질(총 단백질, 분비 단백질)의 발현 양상 분석을 위하여, 시험균을 위와 동일한 방법으로 예비 배양 후 본 배양(OD600= 1)하였다. 배양균을 원심 분리(13,500 rpm, 5분; LaboGene, Lynge, Denmark)하였고, 획득된 pellet은 총 단백질 분석을 위해 사용되었다.
최종 배양세포는 phosphate buffered saline (PBS)으로 세척 후 무항생제 배지로 교환하였고, S. Gallinarum 277을 1 × 106CFU/well (MOI = 10) 농도로 1시간 혹은 3시간 감염시켰다.
대상 데이터
S. Gallinarum 277은 국내 가금에서 분리된 가금티푸스 유발 병원성 Salmonella균주로서, 바이오포아(Yongin, Korea)에서 분양받아 사용하였다. 사용된 균주는 Luria Bertani (LB; BD Difco, Sparks, MD, USA) 배지에서 37℃, 230 rpm으로 진탕 배양하였다(Vision Scientific, Daejeon, Korea).
Gallinarum 277은 국내 가금에서 분리된 가금티푸스 유발 병원성 Salmonella균주로서, 바이오포아(Yongin, Korea)에서 분양받아 사용하였다. 사용된 균주는 Luria Bertani (LB; BD Difco, Sparks, MD, USA) 배지에서 37℃, 230 rpm으로 진탕 배양하였다(Vision Scientific, Daejeon, Korea).
데이터처리
실험 결과에 대한 유의성 검증은 GraphPad Prism 5.02(GraphPad Software Inc., San Diego, CA, USA)를 이용하여 Mann-Whitney test로 분석하였다. 본 연구에서는 결과값이 p < 0.
이론/모형
02), 동일한 조건으로 본 배양하였다. 균의 성장은 흡광도(OD600)와 direct plating에 의한 계수법(CFU; colony forming units)으로 측정되었다.
미강생물전환소재에 의한 HD-11의 탐식능 평가는 기존 문헌을 참고하여 수행하였다16). HD-11을 1 × 105 cells/well 농도로 24 well plate (SPL Life Science, Pochen, Korea)에 seeding하여 24시간 정치 배양하였다.
합성산물은 2 × SYBR Premix(Roche, Basel, Switzerland)와 LightCycler® 96 System(Roche, Basel, Switzerland)을 이용하여 quantitative realtime PCR (qRT-PCR)방법으로 정량 분석하였다. 본 연구에서 사용한 primers염기서열은 기존 문헌을 참고하였다16).
배양균을 원심 분리(13,500 rpm, 5분; LaboGene, Lynge, Denmark)하였고, 획득된 pellet은 총 단백질 분석을 위해 사용되었다. 상층액은 Vivaspin-500(Sartorius)을 이용하여 제조사의 방법에 따라 농축한 뒤, 분비 단백질 분석을 위해 사용되었다. 총 단백질 및 분비 단백질은 10% SDS-polyacrylamide gel을 이용하여 분리한 후, coomassie brilliant blue 염색(총 단백질) 혹은 silver 염색(분비 단백질)법으로 검출되었다23).
대식세포 외부에 존재하는 균을 제거하기 위하여, 감염된 HD-11세포를 gentamicin (20 μg/ml)이 포함된 배지로 1시간 처리하였다. 처리한 세포를 PBS로 2차 세척 후, 세포용해액(1% Triton X-100/0.9% NaCl)을 이용하여 감염세포 내 존재하는 병원균을 direct plating법으로 계수하였다.
상층액은 Vivaspin-500(Sartorius)을 이용하여 제조사의 방법에 따라 농축한 뒤, 분비 단백질 분석을 위해 사용되었다. 총 단백질 및 분비 단백질은 10% SDS-polyacrylamide gel을 이용하여 분리한 후, coomassie brilliant blue 염색(총 단백질) 혹은 silver 염색(분비 단백질)법으로 검출되었다23).
그 결과, 두 가지 농도(1%, 10%, v/v) 모두에서 tumor necrosis factor (TNF)-α, interleukin(IL)-1β, iNOS (inducible nitric oxide synthase), IL-10의 발현이 유의적으로 증가함을 확인하였다(p < 0.05; Fig. 2).
그 결과, 두 가지 농도(1%, 10%, v/v) 모두에서, 무처치 대조군(No infection) 및 병원균 단독 감염군(SG infection)에 비하여 미강생물전환소재 처치 감염군(SG infection + BPP-RB)에서 IL-1β, iNOS의 발현이 유의성 있게 증가됨을 관찰하였다(Fig. 3A; p < 0.05).
, 표고버섯 발효미강생물전환소재가 대식세포에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과, 본 연구의 미강생물전환소재가 HD-11 대식세포의 탐식 능력을 활성화하는 것으로 확인되었다(Fig. 1). 실제로 S.
. 따라서 이들 결과를 종합하면, 본 연구에서 사용된 미강생물전환소재가 적어도 Salmonella 감염 전후 닭 대식세포의 면역 활성을 조절할 수 있음을 보여준다. 향후, 추가 연구를 통하여 이러한 면역활성 조절이 가금 Salmonella 감염을 억제 혹은 예방할 수 있는지 확인할 필요가 있을 것이다.
실제로 S. Gallinarum 277 감염 1시간 후, 무처치 대조군(Control)에 비해 처치군(BPP-RB)에서 약 3.5배 많은 감염균이 대식세포 내에 생존하는 것으로 나타났다(Fig. 1; Control = 10.3 ± 0.6, 10% BPP-RB = 35.0 ± 8.9).
유사하게 감염 3시간 후, 처치군(BPP-RB)에서 약 1.7배 많은 감염균이 관찰되었다(Fig. 1; Control = 398.0 ± 19.3, 10% BPP-RB = 691.7 ± 128.2).
이러한 결과는 미강생물전환소재가 적어도 닭 대식세포에서 탐식능 활성화에 직·간접적으로 기여한다는 것을 암시한다.
05). 이러한 결과는 미강생물전환소재의 전 처리가 Salmonella 감염 후 대식세포에서 일어나는 cytokines 발현 양상을 확연히 조절할 수 있음을 암시한다.
2). 이러한 결과는 본 연구의 미강생물전환소재가 HD-11 세포에 작용하여 다양한 cytokines의 발현 변화를 유도 할 수 있다는 것을 암시한다.
동일하게, 총 단백질 및 분비 단백질 발현에서도 유의미한 변화를 나타내지 않았다(data not shown). 이러한 결과는 본 연구의 미강생물전환소재가 감염균에 직접적인 항균 및 대사 억제 효과를 발휘하지 못함을 암시한다.
후속연구
흥미롭게도, IL-6의 경우 친염증(pro-inflammatory) 및 항염증(anti-inflammatory) 활성 모두에 관여하는 반면28,29), IL10은 항염증 활성을 가지는 immunosuppressive cytokine으로 보고된 바 있다30). 본 연구에서 관찰된 다양한 cytokines의 발현 변화가 Salmonella 감염 개체(숙주)에 미치는 생물학적 중요성은 추후 연구를 통하여 규명할 필요가 있다고 판단된다.
. 본 연구에서는, 관찰된 미강생물전환소재에 의한 대식세포 활성화 관련 인자가 무엇인지 규명하지 않았지만, MGN-3을 포함한 다양한 미강 유래 생리활성 인자들이 대식세포의 탐식능 활성화에 기여할 것으로 추정한다.
따라서 이들 결과를 종합하면, 본 연구에서 사용된 미강생물전환소재가 적어도 Salmonella 감염 전후 닭 대식세포의 면역 활성을 조절할 수 있음을 보여준다. 향후, 추가 연구를 통하여 이러한 면역활성 조절이 가금 Salmonella 감염을 억제 혹은 예방할 수 있는지 확인할 필요가 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Salmonella의 특징은 무엇인가?
다양한 혈청형을 보유한 Salmonella는 장내세균과(Enterobacteriaceae)에 속하는 인수공통감염균으로서, 오염된 음식이나 물의 섭취, 또는 분변을 통한 직접 감염 등에 의해 사람과 동물 사이에 쉽게 전파 될 수 있기 때문에 공중보건학적으로 그 위험성이 강조되고 있다. Salmonella 감염을 예방하기 위한 지속적인 노력에도 불구하고, 한국, 북미, 그리고 유럽을 포함한 전세계 대부분의 국가에서 사람 및 가축에 대한 감염이 지속적으로 보고 되고 있으며1-4), 특히 가축농장의 경우, Salmonella 감염의 예방 및 치료를 위한 사회·경제적 손실도 막대한 실정이다5).
가금티푸스를 유발하여 양계 산업에 피해를 유발하는 병원균은 무엇인가?
Salmonella의 혈청형은 2,500여종 이상 존재하는 것으로 알려져 있고6), 혈청형 의존적인 숙주 감염 양상을 보이는 것이 특징이다7). 그 중, Salmonella enterica serovar Gallinarum biovar Gallinarum (S. Gallinarum)은 가금티푸스(fowl typhoid)를 유발하여 양계 산업에 막대한 피해를 유발하는 대표적인 병원균이다8). S.
쌀을 도정하고 남는 부산물의 생리활성 특징은 무엇인가?
미강(rice bran)은 쌀을 주식으로 하는 나라에서 쉽게 구할 수 있는 물질로서, 쌀을 도정하고 남는 부산물이다. 미강은 다양한 생리활성 성분(i.e., polyphenols, fatty acids, peptides 등)들을 함유하고 있으며, 항산화·항염증·항암효과 등을 발휘할 뿐만 아니라, 단순 섭취만으로도 Salmonella 감염을 방어하는데 효과적인 것으로 보고된 바 있다17-19). 선행연구를 통하여, 본 연구팀에 의해 개발된 생물전환공법(bioconversion process)으로 생산된 천연물(강황) 유래 생물전환소재가 선천면역반응 조절을 통해 Salmonella 감염을 억제할 수 있음을 확인하였다16,20,21).
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