[논문]에센셜 오일이 항균 활성에 미치는 효과

박상남; 강윤정

doi:10.22156/cs4smb.2020.10.04.104

에센셜 오일이 항균 활성에 미치는 효과
The Effect of Essential Oils on Antimicrobial Activity 원문보기

융합정보논문지 = Journal of Convergence for Information Technology, v.10 no.4, 2020년, pp.104 - 114

박상남 (경동대학교 임상병리학과) , 강윤정 (상지대학교 임상병리학과)

초록
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본 연구는 식물에서 항생제로 알려진 11 가지 에센셜 오일(피톤치드)을 선별 한 후 혼합한 정유를 사용하여 최고의 항생제를 조사하였다. 최소억제농도 (MIC)와 최소사멸농도 (MBC) 측정 결과 Essential Oil B와 E가 목적 균의 억제효과가 높았다. 이 실험에 사용 된 S. aureus를 함유하는 모든 그람 양성 박테리아는 높은 항생제 활성을 나타냈다. 그리고 그람 양성 박테리아에서 A. baumanii와 곰팡이에서 C. albicans만이 높은 항생제 활동을 보였다. 우리의 실험에 사용 된 에센셜 오일은 항생제 활성이 뛰어난 천연 항생제 및 자연 의학의 에센셜 오일을 사용한 주요 연구와 비교할 때 더 우수한 항생제 활성을 보였다. 시험에 사용한 공시물질인 Essential Oil이 어떤 항균활성의 기전을 가지는지 알 수 없으나 다른 선행 연구결과와 비교해 볼 때 세포벽의 합성저해기전으로 해석하고 있다. 이러한 결과로부터, 항생제 활성을 갖는 일부 물질 또는 기능성 제품이 개발 될 것으로 예상된다.

Abstract ▼ AI-Helper

We investigated the best antibiotics using blending oils after screening 11 kinds of essential oil known as antibiotics from plants. The minimum inhibitory concentration (MIC) and the minimum killing concentration (MBC) were found to be essential for essential oils B and E to inhibit target bacteria. All gram-positive bacteria containing S. aureus used in this experiment were shown highly antibiotic activity. And only A. baumanii in gram-positive bacteria and C. albicans in fungi were shown highly antibiotic activity. The essential oils used in our experiments showed better antibiotic activity compared to major studies using natural antibiotics with excellent antibiotic activity and essential oils from natural medicine. It is not known what mechanism of antimicrobial activity the essential oil used in the test has, but it is interpreted as a synthetic inhibitory mechanism of cell wall compared with other previous studies. From these results, it is expected that some substances or functional products with antibiotic activity will be developed.

주제어

표/그림 (15)

표 Table. 1. Essential Oils List
표 Table 2. Blending Oil List
표 Table 3. 13 test strains used in the experiment
그림 Fig. 1. Average of Disk diffusion graph for Content Oil and Oil Name
표 Table 4. Disk diffusion results of 11 essential oils against 12 species
표 Table 5. ANOVA Table of Oil Name, Content Oi
표 Table 6. Average Disk diffusion of essential oil type and oil content sorted in descending order
표 Table 7. MIC Results of 11 Essential Oils for 12 Species (Unit μg/mL
표 Table 8. ANOVA table of MIC, MBC Results of 11 Essential Oils for 12 Species (Unit μg/mL)
그림 Fig. 2. Average of Disk diffusion graph for MIC results
표 Table 9. MBC Results of 11 Essential Oils for 12 Species (Unit μg/mL)
그림 Fig. 3. Average of Disk diffusion graph for MBC results
표 Table 10. Disk diffusion results of four essential oils for 12 species after blending
그림 Fig. 4. Average of 4 kinds of oil antibacterial test result graph after Blending
표 Table 11. ANOVA Table for Species, Oil Name

AI 본문요약
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문제 정의

Blending Oil에서는 BO1을 제외하고는 나머지의 blending Oil에서 높은 항균 활성을 보여 blending에 의한 상승효과에 기인한 것이라고 하겠다. 또한 Oil의 농도 또한 50%의 농도에 서도 일부 균종에서 항균활성을 보여 이러한 결과를 뒷받침한다고 하겠다. 현재의 결과로 볼 때 그람양성세균에서 S.
즉. 미생물의 최소억제농도를 0.0625 ㎍/㎖의 농도를 유의한 억제농도로 판단했을 때 공시균종과 공시한 Essential Oil에서 디스크확산법과 동일한 결과로 해석되어 디스크확 산법의 결과를 뒷받침한다고 하겠다. 이는 미생물의 최소살해농도 또한 같은 결과로 해석된다고 하겠다.
본 연구 이전의 예비연구에서 혼합한 정유의 효과성이 입증이 되었기 때문에 11종의 정유를 먼저 screening 한 후 선택된 물질을 대상으로 다시 혼합하여 가장 효능이 탁월한 조성을 도출하는 데에 목적이 있다. 이로 인해 보다 항균능을 높일 수 있는 방안을 제시하고, 나아가 천연물질을 이용하여 다양한 기능성 소 재로의 활용과 임상실험을 위한 기본적인 결과물을 제공하기 위함이다.
본 연구 이전의 예비연구에서 혼합한 정유의 효과성이 입증이 되었기 때문에 11종의 정유를 먼저 screening 한 후 선택된 물질을 대상으로 다시 혼합하여 가장 효능이 탁월한 조성을 도출하는 데에 목적이 있다. 이로 인해 보다 항균능을 높일 수 있는 방안을 제시하고, 나아가 천연물질을 이용하여 다양한 기능성 소 재로의 활용과 임상실험을 위한 기본적인 결과물을 제공하기 위함이다.

제안 방법

각 균들을 항생제 감수성 검사 배지에 도말 접종한 후, 직경 8㎜의 멸균된 paper disk (Advantec Filter Paper, Toyo Roshi Kaisha Ltd, Japan)에 원액을 비롯한 5단계 희석한 시료 (원 액, 80%, 70%, 50%, 30%)와 음성대조군은 0.85% 생리식염수를 각 15 μL씩 흡수하게 하고 용매를 휘발 시킨 후 평판배지 표면에 밀착시켜 37 ℃에서 24시간 배양하여 나타난 clear zone의 크기를 측정 하였다.
정유, 지표물질, 항생물질을 99% 알코올로 0~20 μg/mL 농도로 희석하였다. 각각의 균주의 농도는 탁도계를 사용하여 조절한 뒤 100배 희석하여 본 실험에 사용하였다. 멸균된 Kahn tube에 MHB (Muller Hinton broth) 500 μL 에 Oil 500 μL을 연속적으로 희석시킨 뒤 균 희석액 500 μL를 순차적으로 첨가한 뒤 18~22시간 동안 37°C에서 배양하였다.
혼합을 위한 실험은 항균효과를 혼합 기준으로 하였다. 각각의 조성에 대해서는 Table 2에서 레몬 오일 (Limonen)을 base로 하여 #1에서는 라벤더 오일 (Lavender Oil)을, #2 에서는 페파민트 오일 (Mint Oil)을, #3에서는 유칼립튜스 오일 (Eucalyptus Oil) 을, #4 에서는 티트리 오일 (Tea tree)을 각각 30%의 농도로 혼합 하였다
멸균된 Kahn tube에 MHB (Muller Hinton broth) 500 μL 에 Oil 500 μL을 연속적으로 희석시킨 뒤 균 희석액 500 μL를 순차적으로 첨가한 뒤 18~22시간 동안 37°C에서 배양하였다. 그 후 육안상으로 탁도를 관찰한 후 음성, 양성 대조군과 비교한 뒤 균의 생육 곡선 상에서 균의 생장이 검출되지 않는 최소 농도를 MIC로 설정하였다.
연구에 사용된 실험물질에 대해서는 Table 1과 같이 에센셜 오일 A를 포함하여 11종을 대상으로 시행하였다. 혼합을 위한 실험은 항균효과를 혼합 기준으로 하였다. 각각의 조성에 대해서는 Table 2에서 레몬 오일 (Limonen)을 base로 하여 #1에서는 라벤더 오일 (Lavender Oil)을, #2 에서는 페파민트 오일 (Mint Oil)을, #3에서는 유칼립튜스 오일 (Eucalyptus Oil) 을, #4 에서는 티트리 오일 (Tea tree)을 각각 30%의 농도로 혼합 하였다

대상 데이터

연구에 사용된 실험물질에 대해서는 Table 1과 같이 에센셜 오일 A를 포함하여 11종을 대상으로 시행하였다. 혼합을 위한 실험은 항균효과를 혼합 기준으로 하였다.
항균력의 평가를 위해 사용된 균주로는 Table 3에서 그람양성균 7종과 그람 음성균 5종 그리고 1종의 진균을 포함하여 총13종의 공시균주를 사용하였다.

데이터처리

그룹간의 항균 활성정도를 비교하기 위하여 분산분석 (ANOVA, Analysis of variance)을 이용하여 통계처리 하였으며, 검정의 판정 기준인 유의수준 α는 모두 0.05로 설정하여 분석을 수행하였다.
수집된 데이터의 분석을 위해 통계 분석 프로그램 Minitab 19.2(USA, Minitab Inc.)를 이용하였다. 그룹간의 항균 활성정도를 비교하기 위하여 분산분석 (ANOVA, Analysis of variance)을 이용하여 통계처리 하였으며, 검정의 판정 기준인 유의수준 α는 모두 0.

이론/모형

에센셜 오일에 대하여 목적 균주에 대한 최소억제농도 분석은 Broth Dilution Method를 사용하여 수행 한다[7]. 정유, 지표물질, 항생물질을 99% 알코올로 0~20 μg/mL 농도로 희석하였다.
에센셜 오일에 대한 항균활성은 paper disc 법을 이용하여 측정하였다[7]. 각 균들을 항생제 감수성 검사 배지에 도말 접종한 후, 직경 8㎜의 멸균된 paper disk (Advantec Filter Paper, Toyo Roshi Kaisha Ltd, Japan)에 원액을 비롯한 5단계 희석한 시료 (원 액, 80%, 70%, 50%, 30%)와 음성대조군은 0.

성능/효과

11종의 에센셜 오일에 대한 disc diffusion을 이원 배치 분산분석으로 확인한 결과 Table 5와 같이 Oil 의 비율(P-값=0.000)과 Oil의 종류(P-값=0.000)의 P값이 모두 유의수준 0.05보다 작기 때문에 통계적으로 각 그룹 간의 평균 차이가 있다는 것을 확인할 수 있다. Disc diffusion실험에서 Oil 원액에 대해서는 clear zone 직경이 Essential Oil C(Mean=25.
albicans에서만 활성을 보였다. 70%의 농도 역시 Essential Oil D와 E에서 높은 활성을 보였고 활성이 높은 균종으로는 MRSA와 B. cereus에서 가 장 큰 활성을 보였다. 그 외 50%의 농도에서는 B.
Blending Oil 4종에 대하여 13종의 공시균종에 대한 디스크 확산법에 대한 결과에서 30 ㎜ 이상의 높은 활성을 기준으로 볼 때 blending Oil 전에서와 같이 원액의 농도에서 그람양성세균에서 BO2, BO3, BO4에서 높은 활성을 보였다. BO2, BO3, BO4 중에서는 BO2과 BO4에서 가장 높은 활성을 보였다.
Blending한 Oil 4종으로 다시 Disc diffusion, MIC, MBC 실험을 한 결과에 있어서 먼저 Disk diffusion실험에서 Table 11과 같이 이원배치 분산분석 결과, Species(P-값=0.029)과 Oil의 종류(P-값 =0.000)의 P값이 모두 유의 수준 0.05보다 작기 때문에 통계적으로 각 그룹 간의 평균 차이가 있다는 것을 확인할 수 있다. Oil 원액에 대해서는 clear zone 직경 이 적은 차이로 Blending Oil #4가 가장 넓었으며 80%에서는 Blending Oil #2와 Blending Oil #4가 가장 넓었다.
cereus에서 가 장 큰 활성을 보였다. 그 외 50%의 농도에서는 B. cereus에만 활성을 보였고 30%의 농도에서는 30 ㎜ 이상의 활성을 보이는 오일은 관찰되지 않았다. 따라서 현재의 결과로 볼 때 Essential Oil의 원액 (100%)과 70%의 농도에서 가장 유용한 활성을 보였다.
그 외의 Pine Oil과 잣솔방울, 일본산 편백오일, Limonene과 한국산의 편백오일에서 항균활성이 다소 낮은 결과를 보였다. 그람음성세균에서는 A. baumannii에서만 앞선 그람양성세균에서와 같은 결과를 보였고 C. albicans에서는 모든 오일에서 높은 활성을 보였다. 이 러한 결과들은 80%의 농도에서는 Essential Oil D와 E에서 가장 높은 활성을 보였다.
그러나 포유동물세포에 서는 40s Ribosome이 형성되므로 상기한 항생물질에는 영향을 받지 않는다. 네 번째로 핵산 합성 억제에 대한 작용기전은 핵산의 기능이나 구조를 변화시켜 미생 물의 증식을 억제하는데, 이러한 항생물질은 숙주세포에서도 독성을 나타내어 임상적 이용에는 제한이 따른 다. 대표적인 항생물질로는 Mitomycin은 DNA와 결 합하여 DNA 의존 RNA 합성을 저지하는 작용이 있고 Actinomycin의 경우 중합된 DNA를 해리시켜 단백질의 합성을 억제하여 항암작용을 나타내는 것으로 알려져 있다.
cereus에만 활성을 보였고 30%의 농도에서는 30 ㎜ 이상의 활성을 보이는 오일은 관찰되지 않았다. 따라서 현재의 결과로 볼 때 Essential Oil의 원액 (100%)과 70%의 농도에서 가장 유용한 활성을 보였다. 한편 가장 활성이 높은 Essential Oil은 A, C, D 그리고 E에서 가장 큰 활성을 보였다.
대표적인 항생물질로는 Mitomycin은 DNA와 결 합하여 DNA 의존 RNA 합성을 저지하는 작용이 있고 Actinomycin의 경우 중합된 DNA를 해리시켜 단백질의 합성을 억제하여 항암작용을 나타내는 것으로 알려져 있다. 마지막으로 경쟁적 대사 길항제의 경우로 대 사과정에 관여하는 효소들은 그 기질과 유사한 구조를 가진 물질에 의하여 효소의 작용이 저지되는데, 이러한 저지물질은 효소와 결합하여 정상적인 효소기질 반응이 저지되고 따라서 다음의 촉매반응이 일어나지 못하여 대사과정이 중단되므로 항균과 항암작용을 나타낸다. 여기에 가장 대표적인 물질로는 Sulfonamides, Trimethoprim, Methotrexate (MTX), Purine 등이 여기에 속한다.
Table 4의 결과와 같이 그람양성은 공시균주인 대부분에서 높은 항균활성을 보였으며, 그람음성균종에 비해서 그람양성 균종에서 효과가 뚜렷하였다. 반면, 그람음성은 A. baumaniii에서만 높은 활성을 보였고 그 외 균종에서는 유의한 활성이 관찰되지 않았다. Fungus인 C.
본 실험결과에서도 11종의 Essential Oil에 대하 여 13종의 그람양성균과 그람 음성균 그리고 진균인 C. albicans에 있어서 농도에 있어서 디스크 확산법에 서 Oil 원액 (Oil 100%, 15 ㎕ 분주)에서 가장 높은 활성을 보였다. 즉 높은 활성을 보이는 30 ㎜ 이상의 활 성을 보이는 그람양성세균에서 Essential Oil A, C, D 와 E에서 높은 활성을 보였다.
80%에서는 Essential Oil D와 E의 억제효과가 높았고 70%에서도 역시 80%에서의 결과와 같았으며 50%와 30%에서도 결과는 Fig 1과 같았다. 여러 가지 농도의 Oil로 disc diffusion 실험을 한 결과 Essential Oil E의 70% 농도에서 가장 넓은 clear zone의 직경을 얻을 수 있었으므로 가장 효과가 있다고 볼 수 있다. 항균활성이 높은 Essential Oil으로는 A, C, D, E Oil에서 가장 높은 활성이 관찰되었다.
4를 보 면 30%는 상대적으로 억제효과가 떨어짐을 보여주고 있다. 여러 가지 농도의 Oil로 disc diffusion 실험을 한 결과 원액과 70% 농도에서 넓은 clear zone의 직경을 얻을 수 있었다. Table 9과 같이MIC 실험에서는 Blending Oil #4가 낮은 농도에서도 비교적 잘 억제가 일어났으며 MBC실험에서는 Blending Oil #2가 Blending Oil #4보다 더 낮은 농도에서도 억제시키는 것으로 나타났다.
우리의 실험에 사용된 에센셜 오일은 항생제 활성 이 뛰어난 천연 항생제 및 자연 의학의 에센셜 오일을 사용한 주요 연구와 비교할 때 더 우수한 항생제 활성을 보였다. 시험에 사용한 공시물질인 Essential Oil이 어떤 항균활성의 기전을 가지는지 알 수 없으나 다른 선행 연구결과와 비교해 볼 때 세포벽의 합성저해기전으로 해석하고 있다.
2, 3과 같이 나타내었다. 이를 종합하여 Table 7, 9와 같이 Essential Oil B와 E가 다른 Oil보다 목적균의 억제효과가 높았다는 것을 알 수 있었다.
albicans에 있어서 농도에 있어서 디스크 확산법에 서 Oil 원액 (Oil 100%, 15 ㎕ 분주)에서 가장 높은 활성을 보였다. 즉 높은 활성을 보이는 30 ㎜ 이상의 활 성을 보이는 그람양성세균에서 Essential Oil A, C, D 와 E에서 높은 활성을 보였다. 이 중에서 Essential Oil E (Tea Tree Oil)에서 가장 높은 활성을 보였다.
최소사멸농도는 MIC의 결정을 위한 각 시간대별 배양 시료 100 μL를 취해 각 균의 기초선택배지에 도말하여 24~48시간 동안 37 °C에서 배양한 후, 생성되는 colony 수를 관찰하였을 때 목적 균을 완전하게 사멸 (99%)시키는 최소 농도를 MBC로 설정하였다.
여러 가지 농도의 Oil로 disc diffusion 실험을 한 결과 Essential Oil E의 70% 농도에서 가장 넓은 clear zone의 직경을 얻을 수 있었으므로 가장 효과가 있다고 볼 수 있다. 항균활성이 높은 Essential Oil으로는 A, C, D, E Oil에서 가장 높은 활성이 관찰되었다. Table 4의 결과와 같이 그람양성은 공시균주인 대부분에서 높은 항균활성을 보였으며, 그람음성균종에 비해서 그람양성 균종에서 효과가 뚜렷하였다.
또한 Oil의 농도 또한 50%의 농도에 서도 일부 균종에서 항균활성을 보여 이러한 결과를 뒷받침한다고 하겠다. 현재의 결과로 볼 때 그람양성세균에서 S. aureus, S. epidermidis, MRSA, E. fecalis 등에서 높은 활성을 보여 상기한 균종들은 우리 생활환경 중에 널리 분포되어져 있는 세균과 원내 감염균으로 널리 알려져 있는 CNS (Coagulase negative staphylococcus), MRSA 등에 있어서 30 ㎜ 이상의 항균 활성을 보여 원내감염지표로서도 매우 의미 있는 결과로 생각된다. S.

후속연구

aureus인 VRE (Vancomycin Resistance Enterococcus), VRSA (Vancomycin Resistance Staphylococcus aureus) 등에 대한 항균활성에 대한 연구가 필요하다고 사료된다. 그람 음성세균은 오염의 지표로 많이 활용되고 있는 대장균과 장내세균과 원내 감염균의 대표적인 녹농균 등에 대한 항균 활성과 진균인 Aspergillus, Penicillum 등에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 사료된다. 작용기전으로는 세포벽합성저해, 세포막의 기능저해, 단백질의 합성저해, 핵산합성의 저해 그리고 경쟁적 대사길항으로 나눌 수 있다.
albicans에서는 모든 Oil에서 높은 항진균의 활성을 보였다. 따라서 향후 최근 super bacteria로 알려져 있는 vancomycin에 대한 저항성을 가지는 Enterococcus 또는 or S. aureus인 VRE (Vancomycin Resistance Enterococcus), VRSA (Vancomycin Resistance Staphylococcus aureus) 등에 대한 항균활성에 대한 연구가 필요하다고 사료된다. 그람 음성세균은 오염의 지표로 많이 활용되고 있는 대장균과 장내세균과 원내 감염균의 대표적인 녹농균 등에 대한 항균 활성과 진균인 Aspergillus, Penicillum 등에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 사료된다.
시험에 사용한 공시물질인 Essential Oil이 어떤 항균활성의 기전을 가지는지 알 수 없으나 다른 선행 연구결과와 비교해 볼 때 세포벽의 합성저해기전으로 해석하고 있다. 이러한 결과로부터, 항생제 활성을 갖는 일부 물질 또는 기능성 제품이 개발될 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대표적인 항생제 내성균으로 원내감염의 주요 원인균인 균은 무엇인가?	선행 연구에 의하면 식중독 및 각종 염증성 질환을 일으키는 황색포도알균 (Staphylococcus aureus)과 MRSA(메티실린 내성 황 색포도알균 감염), 그리고 여성의 가려움증과 질염 등을 일으키는 진균의 일종인 캔디다균에 대해서도 높은 항균력을 나타냈으며, 이외에도 에센셜 오일이 다양한 종류의 진균류와 그람음성 장내세균인 대장균 및 녹농균 과 다양한 종류의 진균류에 대해서도 항진균 효과를 나타내는 것으로 보고되고 있다. 그 중 MRSA(methicillin resistant staphylococcus aureus)는 대표적인 항생제 내성균으로 원내감염의 주요 원인균이다[3-5]. 외에도 자폐증세를 보이는 어린이나 우울증 증상이 있는 노인들에게 자신감과 스트레스 완화효과를 갖게 해주는 것으로 보고되고 있다[2,6].
	본 연구에서 에센셜 오일에 대한 항균활성은 어떤 방법을 사용하여 측정하였는가?	에센셜 오일에 대한 항균활성은 paper disc 법을 이용하여 측정하였다[7]. 각 균들을 항생제 감수성 검사 배지에 도말 접종한 후, 직경 8㎜의 멸균된 paper disk (Advantec Filter Paper, Toyo Roshi Kaisha Ltd, Japan)에 원액을 비롯한 5단계 희석한 시료 (원 액, 80%, 70%, 50%, 30%)와 음성대조군은 0.
	essential Oil의 내성에 관한 특징은?	외에도 자폐증세를 보이는 어린이나 우울증 증상이 있는 노인들에게 자신감과 스트레스 완화효과를 갖게 해주는 것으로 보고되고 있다[2,6]. 더욱 중요한 것은 이처럼 에센셜 오일이 강력한 항균작용을 가지면서도 기존의 항생 제의 큰 문제점인 내성이 없다는 것이다[6]. 이는 항생제 남용의 심각성을 고려할 때 에센셜 오일를 통한 자연치유적 효과는 시사하는 바가 크다고 할 수 있다.

참고문헌 (11)

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S. K. Kang, Q. S. Auh, Y. H. Chun & J. P. Hong. (2010). Effect of Chamaecyparis obtusa tree Phytoncide on Candida albicans. Journal of Oral Medicine and Pain, 35(1), 19-29.
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Y. T. Jung, I. S. Lee, K. Whang & M. H. Yu (2012). Antioxidant Effects of Picrasma quassioides and Chamaecyparis obtusa (S. et Z.) ENDL Extracts. Journal of Life Sci ence, 22(3), 354-359.

원문보기 상세보기
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K. Hamden, H. Keskes, S. Belhaj, K Mnafgui, A. Feki & N. Alloche. (2011). Inhibitory potential of omega-3 fatty andfenugreek essential Oil on key enzymes of carbohydrate-digestion and hypertension in diabetes rats. Lipids in Health and Disease, 10(1), 226. DOI : 10.1186/1476-511X-10-226

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A. E. Sadlon & D. W. Lamson. (2010). Imm une-Modifying and Antimicrobial Effects of Eucalyptus Oil and Simple Inhalation Devices. Altern Med Rev, 15(1), 33-47.

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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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