[논문]박테리오파지와 유기산의 병용처리에 의한 효율적인 대장균 생육 억제

김선규; 문기성

doi:10.13103/jfhs.2019.34.6.591

박테리오파지와 유기산의 병용처리에 의한 효율적인 대장균 생육 억제
Synergistic Inhibition of Escherichia coli by a Combination of Bacteriophage and Organic Acid 원문보기

한국식품위생안전성학회지 = Journal of food hygiene and safety, v.34 no.6, 2019년, pp.591 - 594

김선규 (한국교통대학교 생명공학전공) , 문기성 (한국교통대학교 생명공학전공)

초록
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일부 대장균 균주는 독성을 가지고 있으며 이들을 제어하기 위해 박테리오파지와 같은 대체 항균물질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 E. coli DH5α 균주를 모델로 이 균주의 생육을 억제하는 박테리오파지 ECP27과 병용처리했을 때 상승효과를 나타낼 수 있는 항균물질을 탐색하였다. 후보물질로는 CaCl₂, 젖산, 구연산이 사용되었다. CaCl₂의 경우 6시간째 농도 의존적으로 생육억제 상승효과가 나타났으나 12시간째 E. coli DH5α의 생균수가 회복되는 추세를 보였다. 그러나 30 mM 농도에서 젖산과 구연산은 박테리오파지 ECP27과 병용처리 했을 때 E. coli DH5α의 생육저해에 대하여 6시간째 상승효과를 보였으며 12시간째 생균수가 검출되지 않았다. 또한 젖산과 구연산을 단독으로 처리했을 때 12시간째 E. coli DH5α의 생균수가 확인되지 않아 독자적으로도 항균력이 우수하였다. 따라서 박테리오파지와 유기산을 병용 처리하는 것은 대장균의 생육을 효과적으로 억제하는 좋은 전략이 될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Some strains of Escherichia coli are categorized as pathogenic bacteria and alternative antimicrobials including bacteriophages for controlling these bacteria have been studied. In this study we screened antimicrobial candidates that present synergistic inhibition of the growth of E. coli DH5α as a model when co-treated with the bacteriophage ECP27 to target the bacteria. As candidates, CaCl2, lactic acid, and citric acid were tested. CaCl2 showed a synergistic inhibition against the strain by dose-dependent manner at 6 h of incubation but the viable cell count was recovered at 12 h. However, lactic acid and citric acid at 30 mM concentration showed synergistic inhibitions at 6 h of incubation and cleared the viable cells of E. coli DH5α at 12 h when co-treated with the bacteriophage even though lactic acid or citric acid alone was effective. Therefore, co-treatment using the bacteriophage and organic acids such as lactic acid and citric acid can be a solution for synergistic inhibition of the growth of E. coli.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 E. coli DH5α 균주를 모델로 이 균주의 생육을 억제하는 박테리오파지 ECP27과 병용처리했을 때 상승효과를 나타낼 수 있는 항균물질을 탐색하였다.

제안 방법

E. coli DH5α에 대한 ECP27의 생육억제 효과를 상승시키기 위하여 ECP27 1 MOI를 기준으로 CaCl2의 농도를 달리하여 첨가한 후 E. coli DH5α의 생균수 추이를 관찰하였다(Fig. 3).
E. coli DH5α에 대한 ECP27의 생육억제 효과를 상승시키기 위하여 유기산(젖산, 구연산)을 적용하였다(Fig. 4, 5).
ECP27의 증식을 위해서 Escherichia coli DH5α를 LB (Luria-Bertani) broth (BD, Sparks, MD, USA)에 ECP27과 2.5:1의 비율로 접종하고 37°C에서 6시간 동안 진탕배양 하였다.
또한 식품에의 적용 용이성을 위하여 젖산 대신 동일한 농도의 구연산을 첨가한 후 경시적으로 E. coli DH5α의 생균수를 측정하였다.
박테리오파지 ECP27과 CaCl2의 병용처리가 E. coli DH5α의 생육억제에 상승효과를 발휘하는지 확인하기 위하여 E. coli DH5α를 5 mL의 LB broth에 대략 1.0 × 105 CFU/mL되도록 접종한 다음, ECP27을 1 MOI가 되도록 접종하였다.
박테리오파지 ECP27과 젖산(lactic acid)의 병용처리가 E. coli DH5α의 생육억제에 상승효과를 발휘하는지 확인 하기 위하여 E. coli DH5α를 5 mL의 LB broth에 대략 1.0 × 105 CFU/mL되도록 접종한 다음, 30 mM의 젖산을 첨가한 후 경시적(0, 6, 12시간)으로 E. coli DH5α의 생균수를 측정하였다.
본 연구에서는 직접적인 병원성 대장균 대상 시험에 앞서 비병원성 대장균(E. coli DH5α)을 모델로 사용하여 박테리오파지(ECP27)의 항균활성을 확인하였으며 더 나아가 CaCl2 및 유기산(젖산, 구연산)과의 병용처리를 통하여 항균 상승효과가 있음을 검증하였다.
접종액에 CaCl2의 농도를 달리하여 첨가(1, 10, 50, 100 mM)한 후 경시적(0, 6, 12시간)으로 E. coli DH5α의 생균수를 측정하였다.
하룻밤 배양한 E. coli DH5α를 5 mL의 LB broth에 대략 1.0 × 105 CFU/mL되도록 접종한 다음, ECP27을 0.01, 0.1, 1, 10 MOI (multiplicity of infection)가 되도록 각각 접종한 후 경시적(0, 6, 12시간)으로 E. coli DH5α의 콜로 니를 LB 고체배지 상에서 계수하였고 CFU(colony forming units)/mL로 나타내었다.

대상 데이터

대장균 박테리오파지 ECP27은 가천대학교에서 분양받아 사용하였다. ECP27의 증식을 위해서 Escherichia coli DH5α를 LB (Luria-Bertani) broth (BD, Sparks, MD, USA)에 ECP27과 2.
coli DH5α 균주를 모델로 이 균주의 생육을 억제하는 박테리오파지 ECP27과 병용처리했을 때 상승효과를 나타낼 수 있는 항균물질을 탐색하였다. 후보물질로는 CaCl₂, 젖산, 구연산이 사용되었다. CaCl₂의 경우 6시간째 농도 의존적으로 생육억제 상승효과가 나타났으나 12시간째 E.

성능/효과

E. coli DH5α를 LB broth에 ECP27과 2.5:1의 비율로 접종하고 37°C에서 6시간 동안 진탕배양한 후 배양액을 이용하여 증식된 박테리오파지를 계수한 결과 1.8 × 109 PFU/ mL로 나타났다(Fig. 1).
결과적으로 ECP27과 CaCl2 병용처리는 배양 6시간째에 CaCl2 농도 의존적으로 E. coli DH5α 의 생육억제에 상승효과가 나타났다.
coli DH5α의생균수가 회복되는 추세를 보였다. 그러나 30 mM 농도에서 젖산과 구연산은 박테리오파지 ECP27과 병용처리 했을 때 E. coli DH5α의 생육저해에 대하여 6시간째 상승 효과를 보였으며 12시간째 생균수가 검출되지 않았다. 또한 젖산과 구연산을 단독으로 처리했을 때 12시간째 E.
coli DH5α가 검출되지 않을 정도로 강력한 항균력을 가지고 있었다. 따라서 박테리오파지와 유기산을 병용처리할 경우 대장균의 생육을 짧은 시간에 효율적으로 억제할 수 있을 것으로 판단된다.
또한 젖산과 구연산 독자적으로도 12시간 경과 후에는 E. coli DH5α가 검출되지 않을 정도로 강력한 항균력을 가지고 있었다.
coli DH5α의 생육저해에 대하여 6시간째 상승 효과를 보였으며 12시간째 생균수가 검출되지 않았다. 또한 젖산과 구연산을 단독으로 처리했을 때 12시간째 E. coli DH5α의 생균수가 확인되지 않아 독자적으로도 항균력이 우수하였다. 따라서 박테리오파지와 유기산을 병용 처리하는 것은 대장균의 생육을 효과적으로 억제하는 좋은 전략이 될 수 있을 것이다.
Yeh 등(2018)은 갈은 소고기에 Salmonella 균주를 인위적으로 오염시킨 후 자외선, 유기산, 박테리오파지를 단독 혹은 병용 처리하여 그 효과를 비교하였다¹⁴⁾. 이 연구에서 박테리오파지와 자외선을 병용 처리했을 때 갈은 소고기에 오염된 Salmonella 균주를 효과적으로 제어하는 것으로 확인되었다. Valério 등(2017)은 E.
4, 5). 적용 결과 6시간 째 젖산과 구연산 모두 ECP27과 상승효과가 나타났으며 사용한 30 mM 농도에서 젖산보다 구연산의 효과가 더 우수하였다. 특히 앞의 CaCl₂와는 달리 12시간 후에는 시료에서 E.
즉, CaCl2 독자적으로는 E. coli DH5α에 대한 생육억제 효과가 전혀 나타나지 않은 반면, ECP27 1 MOI와 CaCl2 100 mM의 병용 처리는 ECP27 1 MOI 단독처리와 비교했을 때 2.1 Log CFU/mL의 생균수 차이가 확인되었다.

후속연구

그러나 각각의 인자를 개별적으로 처리하였을 때는 재증식을 방지하지 못했다¹⁶⁾. 이처럼 항균인자를 독자적으로 사용하는 것 보다는 병용 처리했을 때 그 효과가 우수하다는 것은 많은 연구를 통해서 증명되었으며 본 연구에서 수행된 박테리오파지와 유기산의 병용처리는 오염된 표적 대장균 균주를 완전히 제거시키는 효과를 기대할 수 있기 때문에 그 활용도가 크다고 할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	식중독의 증상은?	식중독을 일으키는 병원성 세균에 감염될 경우 구토, 설사, 복통 및 발열 등의 증상이 나타난다1). 이러한 식중독을 일으키는 대표적인 병원성 세균으로는 Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Salmonella enterica 등이 있다2).
	박테리오파지에 유기산을 적용하여 나타난 생육억제 상승효과는?	4, 5). 적용 결과 6시간 째 젖산과 구연산 모두 ECP27과 상승효 과가 나타났으며 사용한 30 mM 농도에서 젖산 보다 구연산의 효과가 더 우수하였다. 특히 앞의 CaCl2 와는 달리 12시간 후에는 시료에서 E.
	박테리오파지의 특성은?	따라서 이러한 항생제 내성 문제를 해결하기 위한 새로운 병원성 미생물 제어법이 필요한 실정이다. 박테리오파지 (bacteriophage)는 세균 숙주 특이적으로 작용하기 때문에 인체에 유해하지 않고 해당 병원성 세균만을 억제할 수있어 기존의 항생제 대체제로 많은 관심을 받고 있다9-12). 또한 박테리오파지는 항생제 대체제 외에 병원성 세균의 신속검출법 등에도 활용되고 있어 그 가치가 상승하고 있다13).

참고문헌 (16)

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저자의 다른 논문 :

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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].

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