[논문]Effect of caffeine on the antibacterial activity of Lactobacillus casei: caffeine and antibacterial activity of L. casei

Jang, Eunjeong; Park, Jin A; Kim, Young Ha; Kim, Ho

doi:10.7744/kjoas.20190080

[국내논문] Effect of caffeine on the antibacterial activity of Lactobacillus casei: caffeine and antibacterial activity of L. casei 원문보기

Korean journal of agricultural science, v.46 no.4, 2019년, pp.981 - 989

Jang, Eunjeong (Division of Life Science and Chemistry, College of Natural Science, Daejin University) , Park, Jin A (Division of Life Science and Chemistry, College of Natural Science, Daejin University) , Kim, Young Ha (Division of Life Science and Chemistry, College of Natural Science, Daejin University) , Kim, Ho (Division of Life Science and Chemistry, College of Natural Science, Daejin University)

Abstract ▼ AI-Helper

Coffee is a popular beverage worldwide, and the scale of consumption is growing rapidly. Many studies have shown that increased coffee consumption has various effects on human health, including beneficial effects on liver diseases, clinical type 2 diabetes, and Parkinson's disease. However, the influences of coffee or caffeine (a component of coffee) on the gut microbiota have not been examined in detail. Here, we tested whether caffeine could alter the antimicrobial activity of L. casei against E. coli. Interestingly, we found that treatment with 0.3 mg/mL caffeine increased the antimicrobial activity of L. casei against E. coli. This activity was not associated with the release of lactic acid but did appear to be related to a heat-labile factor present in the L. casei culture supernatant. Our analyses suggest that the putative antimicrobial factor found in the culture supernatant of L. casei treated with caffeine may be bacteriocin. Taken together, our results suggest that caffeine, which is an ingredient of coffee, increases the antimicrobial activity of L. casei against E. coli through the enhanced production of bacteriocin. These findings also suggest that coffee consumption affects the ability of beneficial bacteria to decrease pathogenic bacteria and/or prevent the progression of bacterial infection-associated diseases in the gut.

Keyword

표/그림 (4)

그림 Fig. 1. Effect of caffeine on the antimicrobial activity of L. casei against E. coli.
그림 Fig. 2. Role of lactic acid in the ability of caffeine to increase the antimicrobial effect of L. casei.
그림 Fig. 3. Nature of an antimicrobial factor present in the culture supernatant of L. casei.
그림 Fig. 4. Culture supernatant of caffeine-treated L. casei causes membrane damage to E. coli.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

하지만 이와 같은 유산균의 항균력에 직접적인 영향을 미칠 수 있는 음식물 속 물질에 대한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 본 연구에서 커피 속 카페인이 유산균의 항균력에 미치는 영향을 평가해보고자 하였다.
L. casei 배양상등액의 항균효과가 대장균의 세포막 손상과 관련이 있는지를 확인해보고자 하였다. 시험관에 대장균과 L.
, 2014). 따라서 연구자 등은 최근 다량 섭취되고 있는 커피 속 카페인이 L. casei의 항균력에 미치는 영향을 확인해 보고자 하였다. 1 mg/mL 농도의 카페인 자체가 항균력을 나타내기 때문에(Al-Janabi, 2011), 연구자 등은 L.
casei가 나타내는 항균력의 주요 요소로 고려된다(Tagg and Dierksen, 2003). 따라서 연구자 등은 카페인 자극 후 나타나는 L. casei의 증가된 항균력이 젖산 생성량 변화와 연관이 있는지를 확인해보고자 하였다. 이를 위해, 카페인(0.
, 2014). 연구자 등은 카페인 자극으로 증가하는 L. casei의 항균력이 상대 세균의 세포막 손상과 관련이 있는지 확인해보았다. 이를위해, L.
본 연구는 커피의 주성분인 카페인이 장내 유익균으로 알려져 있는 유산균의 항균력에 미치는 영향을 확인하는 것이다. 이를 위해 L.

제안 방법

대장균(E. coli)을 LB 배지 이용 밤새 배양하여 예비 배양액을 준비한 다음, 멸균된 새 배지에 1 × 106 CFU/mL로 접종하였다.
coli)을 LB 배지 이용 밤새 배양하여 예비 배양액을 준비한 다음, 멸균된 새 배지에 1 × 10⁶ CFU/mL로 접종하였다. 이때 카페인을 처치한 L. casei 배양상등액을 대장균 배양액에 10% 농도로 함께 첨가하였다. 처치 후 37℃ 배양기에서 24시간 동안 호기 배양한 다음, microplate reader(Bio-Rad, Hercules, USA)를 이용하여 655 mm의 흡광도로 대장균의 생육을 측정하였다(Gustine al, 2019).
casei 배양상등액 속 항균물질이 열에 대해서 안정성이 있는지를 알아보기 위해 100℃에서 20분 동안 열처리하였다.
이를 위해L. casei 배양액에 카페인을 농도 별로(0.3 - 1.2 mg/mL) 밤새 처치한 뒤 성장률 변화를 확인하였다. 그러나 1.
casei의 성장률 감소는 관찰되지 않았다(결과 미제시). 카페인의 직접적인 항균효과를 완전히 배제하기 위해서 가장 낮은 0.3 mg/mL 카페인 농도를 적용하여 이후 실험을 진행하였다. 다음으로 카페인(0.
3 mg/mL 카페인 농도를 적용하여 이후 실험을 진행하였다. 다음으로 카페인(0.3 mg/mL)을 처치 후 밤새 배양한 L. casei의 배양상등액을 대장균에 처치한 다음 대장균의 성장률 변화를 확인하였다. 기존 연구 결과처럼, 대장균에 대한 L.
casei의 항균력이 카페인의 직접적인 항균 효과에 기인할 수 있음을 보여준다. 이를 확인하기 위해, 대장균에게 카페인을 직접 처치한 후 성장률 변화를 확인하였다. Fig.
casei의 증가된 항균력이 젖산 생성량 변화와 연관이 있는지를 확인해보고자 하였다. 이를 위해, 카페인(0.3 mg/mL)을 밤새 처치한 L. casei의 배양상등액에서 pH 변화를 측정하였다. Fig.
casei의 배양상등액을 100℃에서 20분 동안 열처리 하였다. 열처리 상등액을 대장균에 처치하고 대장균의 성장 변화를 확인하였다. 앞서 결과처럼, 카페인 자극 L.
casei의 항균력이 상대 세균의 세포막 손상과 관련이 있는지 확인해보았다. 이를위해, L. casei 배양상등액을대장균에게 처치한 다음 세포막 손상 여부를 PI 염색으로 확인하였다. PI는 손상된 세포막을 통해서만 세포 속으로 유입되는 물질이기 때문이다(Mirnejad et al.
본 연구는 커피의 주성분인 카페인이 장내 유익균으로 알려져 있는 유산균의 항균력에 미치는 영향을 확인하는 것이다. 이를 위해 L. casei에 카페인(0.3 mg/mL)을 처치한 후 배양상등액을 분리하고 항균력을 평가하였다. 그 결과 병원성 대장균에 대한 L.
casei 배양상등액을 대장균 배양액에 10% 농도로 함께 첨가하였다. 처치 후 37℃ 배양기에서 24시간 동안 호기 배양한 다음, microplate reader(Bio-Rad, Hercules, USA)를 이용하여 655 mm의 흡광도로 대장균의 생육을 측정하였다(Gustine al, 2019).

대상 데이터

Lactobacillus casei (KACC 12413)는 농촌진흥청으로부터 Escherichia coli (KCCM 21052)는 한국미생물보존센터로부터 분양 받아서 사용하였다. 세균 배양 용 배지는 농촌진흥청과 한국미생물보존센터에서 각각 추천하는 배지로, L.
Lactobacillus casei (KACC 12413)는 농촌진흥청으로부터 Escherichia coli (KCCM 21052)는 한국미생물보존센터로부터 분양 받아서 사용하였다. 세균 배양 용 배지는 농촌진흥청과 한국미생물보존센터에서 각각 추천하는 배지로, L. casei는 MRS 배지(Difco MRS, BD, USA), E. coli는 LB (Luria-Bertani) 배지(Difco, USA)를 각각 사용하였다. 분양 받은 균주는 1 mL의 액체배지에 넣어 24시간 배양하였으며, 활성화 된 균주의 용액을 3 mL의 액체배지에 넣어 24시간, 2차 계대 배양하여 실험에 사용하였다(Bellavia et al.

데이터처리

모든 실험은 3회 반복으로 행하여 표준오차로 나타내었고 SIGMA-STAT professional statistics software program(Jandel Scientific Software, USA)의 t-test를 이용하여 유의성을 검정하였다(Ghadbane et al., 2013).

이론/모형

병원성 세균에 대한 억제능력은 현탁도법으로 확인하였다. 대장균(E.
casei 배양상등액 속 항균물질이 열에 대해서 안정성이 있는지를 알아보기 위해 100℃에서 20분 동안 열처리하였다. 항균시험은 현탁도법으로 수행하였다(Ghadbane et al., 2013).

성능/효과

1A). L. casei 배양상등액 처치가 대장균 성장률을 약 24% 정도 감소시켰다. 카페인으로 자극 후 분리한 L.
casei 배양상등액 처치가 대장균 성장률을 약 24% 정도 감소시켰다. 카페인으로 자극 후 분리한 L. casei 의 배양상등액의 항균력은 약 39%를 나타났다. 이 결과는 카페인 자극이 병원성 대장균에 대한 L.
일부 연구에서 고농도의 카페인 자체가 유의한 항균효과를 나타낸다고 알려 졌다(Al-Janabi, 2011). 이는 본 실험에서 확인된 카페인 자극 후 증가된 L. casei의 항균력이 카페인의 직접적인 항균 효과에 기인할 수 있음을 보여준다. 이를 확인하기 위해, 대장균에게 카페인을 직접 처치한 후 성장률 변화를 확인하였다.
병원성 대장균에 대해 항균 효과를 나타내는 카페인의 농도가 논문 별로 상이하게 제시되어온 측면이 있지만, 1 mg/mL 이상의 카페인 농도에서 높은 항균력이 나타남은 분명하다(Al-Janabi, 2011). 이 결과를 종합하면, 카페인이 L. casei의 항균물질 생산과정을 촉진시켜 항균력 강화에 관여함을 보여준다.
하지만 카페인 처치가 pH 변화에 미치는 영향이 없었다. 이 결과는 카페인 자극으로 증가하는 L. casei의 항균력이 젖산 생산과 그로 인한 pH 변화와 무관함을 보여준다.
, 2013). Fig. 4에서처럼, 카페인으로 자극한 L. casei 배양상등액 처치가 대장균의 세포막을 강하게 손상시킴을 확인하였다. 그 손상 정도가 양성대조군으로 사용한 EDTA에 의한 그것과 유사함을 확인하였다.
3 mg/mL)을 처치한 후 배양상등액을 분리하고 항균력을 평가하였다. 그 결과 병원성 대장균에 대한 L. casei 의 항균력이 카페인 처치 후 유의하게 증가함을 확인하였다. 젖산 생산으로 낮은 pH환경을 유도하는 과정이 L.
casei 항균력과는 무관하였다. 오히려 L. casei 배양상등액 속 항균물질이 열저항성 특징을 보인다는 사실을 확인하였다. 마지막으로 카페인 자극 L.
casei 배양상등액 속 항균물질이 열저항성 특징을 보인다는 사실을 확인하였다. 마지막으로 카페인 자극 L. casei의 배양상등액이 대장균의 세포막을 강하게 손상시킴을 확인하였다. 많은 유산균들의 항균력이 박테리오신이라는 항균펩타이드와 연관이 있다는 점, 그리고 박테리오신이 높은 열저항성과 세포막 손상을 통해 항균력을 나타낸다는 점들을 감안해 볼 때, 본 연구는 L.
casei의 배양상등액이 대장균의 세포막을 강하게 손상시킴을 확인하였다. 많은 유산균들의 항균력이 박테리오신이라는 항균펩타이드와 연관이 있다는 점, 그리고 박테리오신이 높은 열저항성과 세포막 손상을 통해 항균력을 나타낸다는 점들을 감안해 볼 때, 본 연구는 L. casei의 항균력을 높여주는 카페인의 효과가 박테리오신의 생산량증가와 밀접하게 연관되어 있음을 보여준다.

참고문헌 (25)

Al-Janabi AA. 2011. Potential activity of the purine compounds caffeine and aminophylline on bacteria. Journal of Global Infectious Diseases 3:133-137.

상세보기
Bellavia M, Rappa F, Lo Bello M, Brecchia G, Tomasello G, Leone A, Spatola G, Uzzo ML, Bonaventura G, David S, Damiani P, Hajj Hussein I, Zeenny MN, Jurjus A, Schembri-Wismayer P, Cocchi M, Zummo G, Farina F, Gerbino A, Cappello F, Traina G. 2014. Lactobacillus casei and bifidobacterium lactis supplementation reduces tissue damage of intestinal mucosa and liver after 2,4,6-trinitrobenzenesulfonic acid treatment in mice. Journal of Biological Regulators and Homeostatic Agents 28:251-261.

상세보기
Betrosian AP, Douzinas EE. 2009. Ampicillin-sulbactam: an update on the use of parenteral and oral forms in bacterial infections. Expert Opinion on Drug Metabolism & Toxicology 5:1099-1112.

상세보기
Caballero-Guerrero B, Lucena-Padros H, Maldonado-Barragan A, Ruiz-Barba JL. 2013. High-salt brines compromise autoinducer-mediated bacteriocinogenic Lactobacillus plantarum survival in Spanishstyle green olive fermentations. Food Microbiology 33:90-96.

상세보기
Escribano J, Ferre N, Gispert-Llaurado M, Luque V, Rubio-Torrents C, Zaragoza-Jordana M, Polanco I, Codoner FM, Chenoll E, Morera M, Moreno-Munoz JA, Rivero M, Closa-Monasterolo R. 2018. Bifidobacterium longum subsp infantis CECT7210-supplemented formula reduces diarrhea in healthy infants: a randomized controlled trial. Pediatric Research 83:1120-1128.

상세보기
Falagas ME, Grammatikos AP, Michalopoulos A. 2008. Potential of old-generation antibiotics to address current need for new antibiotics. Expert Review of Anti-infective Therapy 6:593-600.

상세보기
Ghadbane M, Harzallah D, Laribi AI, Jaouadi B, Belhadj H. 2013. Purification and biochemical characterization of a highly thermostable bacteriocin isolated from Brevibacillus brevis strain GM100. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 77:151-160.

상세보기
Grassl GA, Faustmann M, Gill N, Zbytnuik L, Merkens H, So L, Rossi FM, McNagny KM, Finlay BB. 2010. CD34 mediates intestinal inflammation in Salmonella-infected mice. Cellular Microbiology 12:1562-1575.

상세보기
Gustine JN, Au MB, Haserick JR, Hett EC, Rubin EJ, Gibson FC, Deng LL. 2019. Cell wall hydrolytic enzymes enhance antimicrobial drug activity against mycobacterium. Current Microbiology 76:398-409.

상세보기
Hernan MA, Takkouche B, Caamano-Isorna F, Gestal-Otero JJ. 2002. A meta-analysis of coffee drinking, cigarette smoking, and the risk of Parkinson's disease. Annals of Neurology 52:276-284.

상세보기
Inoue M, Yoshimi I, Sobue T, Tsugane S, Group JS. 2005. Influence of coffee drinking on subsequent risk of hepatocellular carcinoma: A prospective study in Japan. Journal of National Cancer Institute 97:293-300.

상세보기
Mirnejad R, Vahdati AR, Rashidiani J, Erfani M, Piranfar V. 2013. The antimicrobial effect of lactobacillus casei culture supernatant against multiple drug resistant clinical isolates of Shigella sonnei and Shigella flexneri in vitro. Iranian Red Crescent Medical Journal 15:122-126.

상세보기
Mitchell C, Balkus J, Agnew K, Lawler R, Hitti J. 2009. Changes in the vaginal microenvironment with metronidazole treatment for bacterial vaginosis in early pregnancy. Journal of Women's Health 18:1817-1824.

상세보기
Moeinian M, Ghasemi-Niri SF, Mozaffari S, Abdolghaffari AH, Baeeri M, Navaea-Nigjeh M, Abdollahi M. 2014. Beneficial effect of butyrate, Lactobacillus casei and L-carnitine combination in preference to each in experimental colitis. World Journal of Gastroenterology 20:10876-10885.

상세보기
Nakayama T, Oishi K. 2013. Influence of coffee (Coffea arabica) and galacto-oligosaccharide consumption on intestinal microbiota and the host responses. FEMS Microbiology Letters 343:161-168.

상세보기
Ritter SC, Yang ML, Kaznessis YN, Hackel BJ. 2018. Multispecies activity screening of microcin J25 mutants yields antimicrobials with increased specificity toward pathogenic Salmonella species relative to human commensal Escherichia coli. Biotechnology and Bioengineering 115:2394-2404.

상세보기
Sharma A, Srivastava S. 2014. Anti-Candida activity of two-peptide bacteriocins, plantaricins (Pln E/F and J/K) and their mode of action. Fungal Biology 118:264-275.

상세보기
Stalb S, Barth SA, Sobotta K, Liebler-Tenorio E, Geue L, Menge C. 2018. Pro-inflammatory capacity of Escherichia coli O104:H4 outbreak strain during colonization of intestinal epithelial cells from human and cattle. International Journal of Medical Microbiology 308:899-911.

상세보기
Tagg JR, Dierksen KP. 2003. Bacterial replacement therapy: Adapting 'germ warfare' to infection prevention. Trends in Biotechnology 21:217-223.

상세보기
Teng D, Wang X, Xi D, Mao R, Zhang Y, Guan Q, Zhang J, Wang J. 2014. A dual mechanism involved in membrane and nucleic acid disruption of AvBD103b, a new avian defensin from the king penguin, against Salmonella enteritidis CVCC3377. Applied Microbiology and Biotechnology 98:8313-8325.

상세보기
Thongprayoon C, Kaewput W, Hatch ST, Bathini T, Sharma K, Wijarnpreecha K, Ungprasert P, D'Costa M, Mao MA, Cheungpasitporn W. 2019. Effects of probiotics on inflammation and uremic toxins among patients on dialysis: A systematic review and meta-analysis. Digestive Diseases and Sciences 64:469-479.

상세보기
Tran KT, Coleman HG, McMenamin UC, Cardwell CR. 2019. Coffee consumption by type and risk of digestive cancer: A large prospective cohort study. British Journal of Cancer 120:1059-1066.

상세보기
Trivedi D, Jena PK, Patel JK, Seshadri S. 2013. Partial purification and characterization of a bacteriocin DT24 produced by probiotic vaginal Lactobacillus brevis DT24 and determination of its antiuropathogenic Escherichia coli potential. Probiotics and Antimicrobial Proteins 5:142-151.

상세보기
van Dam RM, Feskens EJ. 2002. Coffee consumption and risk of type 2 diabetes mellitus. Lancet 360:1477-1478.

상세보기
Zelber-Sagi S, Salomone F, Webb M, Lotan R, Yeshua H, Halpern Z, Santo E, Oren R, Shibolet O. 2015. Coffee consumption and nonalcoholic fatty liver onset: A prospective study in the general population. The Journal of Laboratory and Clinical Medicine 165:428-436.

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증