[논문]해조류 유래 후코이단(Fucoidan) 경구 투여가 조피볼락(Sebastes schlegelii)의 고수온 내성 및 Streptococcus iniae 감염 저항성에 미치는 영향

송준영; 최영준; 이남실; 노치원; 김아란; 도용현; 최혜승

doi:10.5657/kfas.2022.0567

[국내논문] 해조류 유래 후코이단(Fucoidan) 경구 투여가 조피볼락(Sebastes schlegelii)의 고수온 내성 및 Streptococcus iniae 감염 저항성에 미치는 영향
Effect of Oral Administration of Seaweed-derived Fucoidan on the Resistance of the Rockfish Sebastes schlegelii to High Temperature and Streptococcus iniae Infection 원문보기

한국수산과학회지 = Korean journal of fisheries and aquatic sciences, v.55 no.5, 2022년, pp.567 - 574

송준영 (국립수산과학원 병리연구과) , 최영준 (국립수산과학원 병리연구과) , 이남실 (국립수산과학원 병리연구과) , 노치원 (국립수산과학원 병리연구과) , 김아란 (국립수산과학원 병리연구과) , 도용현 (국립수산과학원 남동해수산연구소) , 최혜승 (국립수산과학원 병리연구과)

Abstract ▼ AI-Helper

Immunostimulating effects of fucoidan administration to rockfish Sebastes schlegelii at a concentration of 20 g/kg of diet were evaluated under high water temperature condition. The oral administration of fucoidan mixed with feed at a concentration of 20 g/kg of diet for 2 weeks increased the interleukin 1β gene in the intestine and kidney of fish by 5.7 and 6.3 times, respectively. In addition, when the water temperature was gradually increased from 24 to 31.4℃ for 2 weeks, LT50 delayed by 24 h in the fucoidan treated group compared to that in the control group, and mortality also reduced. Streptococcus iniae infection at a concentration of 1.50×100 CFU/fish at 28℃ delayed LT50 by 12 h in the fucoidan-treated group. Furthermore, the overall survival rate was 0% in the control group and 20% in the fucoidan-treated group. This study confirmed the applicability of dietary additives such as fucoidan as an immune activator of rockfish under high temperature condition.

주제어

표/그림 (5)

표 Table 1. Primers used in this study
표 Table 2. RT-qPCR condition for quantifcation of gene expression
그림 Fig. 1. Concentration of blood biochemical indicators in the fish administrated with fucoidan (20 g/kg of diet). ALT, Alanine transaminase; BIN, Blood urea nitrogen; GLU, Glucose; GPT, Glutamate pyruvate transaminase; GOT, Glutamic oxaloacetic transaminase; Mg, Magnesium; Na, Sodium; Cl, Cloride.
그림 Fig. 2. The expressions of immune related genes in spleen, kidney and intestine of rockfish Sebastes schlegelii fed the experimental diets containing 20 g/kg of diet of fucoidan.
그림 Fig. 3.Survival rates of (rao)ckfish Sebastes schlegelii. a, Survival rates( bo)f the fish exposed to high water temperatur(ec )up to 31.4°C after administration of fucoidan (20 g/kg of diet); b, Survival rates of the fish experimentally infected with various concentrations of Streptococcus iniae; c, Survival rates of the fish experimentally infected with S. iniae (1.46×100 CFU/fish) after administration of fucoidan (20 g/kg of diet).

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 우리나라에서 고수온에 의한 피해가 가장 큰 품종인 조피볼락을 대상으로 미역(Undaria pinnatifida) 유래의 후코이단 투여에 의한 면역 활성 효과를 조사하기 위하여 후코이단 흡착 사료를 경구투여 하고, 고수온에 대한 내성 효과와 세균성 병원체 Streptococcus iniae에 대한 방어 효과를 조사하여 그 결과를 보고하고자 한다.
후코이단은 인체, 동물 등에서 면역 상승 효과, 항산화 효과, 항균 및 항바이러스효과 등 면역학적 효능이 있는 것으로 알려져 있으나, 어류에 대한 면역 활성 효능에 관하여는 연구가 많이 이루어져 있지 않다. 이에 따라, 본 연구에서는 후코이단을 조피볼락에 투여하여 고수온기 면역 증강 및 세균 감염에 대한 폐사 저감 효과를 조사하였다.
우리나라는 여름철 고수온과 적조 등으로 인해 해마다 양식수산물의 피해가 발생함에 따라, 본 연구에서는 고수온 피해가 가장 큰 품종인 조피볼락을 대상으로 후코이단을 이용한 면역활성 효과에 관하여 조사하였다. 후코이단의 면역 활성 효과는 다양한 연구에 의해 검증되었으며, 본 연구를 통해 후코이단 투여가 조피볼락의 고수온 내성 및 세균 감염에 대한 저항성에 효과가 있는 것으로 판단됨에 따라 고수온 대응을 위한 면역활성제로서의 가능성을 검증하였다.

제안 방법

조피볼락에 안전한 투여 농도를 결정하기 위하여, 조피볼락 성어(평균 체중 229.4±23.5 g)를 10마리씩 400 L 유수식 수조에 순치한 후 제작한 후코이단 사료를 조피볼락에 2주간(수온 24–25.5°C) 경구투여하였다(일 사료공급량, 어체중의 3%)
조피볼락(평균체중 229.4±23.5 g)을 10마리씩 400 L 유수식 수조에 순치한 후, 20 g/kg of diet 농도의 후코이단 흡착사료를 2주간 경구투여 하였다(일 사료공급량, 어체중의 3%)
모든 실험은 duplicate로 진행하였으며 2주간의 사료 투여 후, 조피볼락(성어) 10마리(duplicate 수조에서 5마리씩 임의로 채취)의 미병부에서 혈액을 채취하여 5000 rpm에서 10분(4°C) 원심분리하여 혈청을 분리하였다. 혈액분석장비 DRI-CHEM NX500I (Fujifilm, Tokyo, Japan)를 이용하여 매뉴얼에 따라 혈액 생화학적 지표인 alanine transaminase, blood urea nitrogen, glucose, glutamate pyruvate transaminase (GPT), glutamic oxaloacetic transaminase (GOT), magnesium (Mg), sodium (Na), cloride (Cl)을 분석하였다. 또한, 병리학적 병변을 조사하기 위하여 간, 신장, 비장 및 소화관 조직을 채취하여 10% 중성 포르말린에 고정하였으며, 일반적인 조직 시료 처리절차를 통하여 조직 절편을 제작하여 분석하였다.
혈액분석장비 DRI-CHEM NX500I (Fujifilm, Tokyo, Japan)를 이용하여 매뉴얼에 따라 혈액 생화학적 지표인 alanine transaminase, blood urea nitrogen, glucose, glutamate pyruvate transaminase (GPT), glutamic oxaloacetic transaminase (GOT), magnesium (Mg), sodium (Na), cloride (Cl)을 분석하였다. 또한, 병리학적 병변을 조사하기 위하여 간, 신장, 비장 및 소화관 조직을 채취하여 10% 중성 포르말린에 고정하였으며, 일반적인 조직 시료 처리절차를 통하여 조직 절편을 제작하여 분석하였다. 혈액생화학적 지표의 결과와 조직병리학적 분석 결과에 따라, 이후의 실험에 대한 투여 농도를 결정하였다.
RNeasy mini kit (Qiagen, Amtsgericht Düsseldorf, German)을 사용하여 매뉴얼에 따라 각 샘플조직으로부터 total RNA (ribonucleic acid)를 추출하여 Nano Vue(GE, USA)에서 RNA 농도와 순도를 확인하였다
조피볼락(평균체중 14.96±1.78 g)을 10마리씩 40 L 사각 유리수조에 순치 한 후, 20 g/kg of diet 농도의 후코이단 흡착사료를 2주간 경구투여 하였으며(일 사료공급량, 어체중의 3%), 사료 투여시기의 수온은 24–25.5°C를 유지하였다
2주간의 사료 투여 후, 사료 공급을 중단하고 매일 1°C정도 수온을 점진적으로 상승하여 폐사가 발생할 때까지(31.4°C) 수온을 올렸으며, 폐사율을 관찰하여 후코이단 투여에 의한 고수온 내성 효과를 확인하였다.
혈액생화학적 분석과 조직병리학적 검사를 통하여, 후코이단의 안전한 투여 농도는 20 g/kg of diet 이하로 확인하였으며, 후코이단 20 g/kg of diet 의 농도를 면역활성 효과와 질병방어 효과 실험을 위한 투여 농도로 결정하였다.

대상 데이터

본 연구에서 조피볼락의 면역 활성 조사를 위해 사용한 후코이단은 미역 유래의 후코이단(Fucoidan, ≥90%, Haerim Fucoidan Co., Ltd., Wando, Korea) 제품을 구입하여 사용하였다

데이터처리

모든 데이터의 통계 처리는 Graphpad Prism 9을 사용하여 분석하였다.

성능/효과

조피볼락에 후코이단(20 g/kg of diet)을 2주간 경구투여한 결과, 대조구와 비교하여 신장과 소화관(장)에서 interleukin-1β(IL-1β)의 발현량이 유의적으로 증가함을 확인하였다(P<0.05)
후코이단의 안전한 투여 농도 결정을 위해 0, 10, 20, 40 g/kg of diet 농도로 사료에 혼합하여 2주간 경구투여하고 혈액생화학적 지표의 변화를 분석한 결과, 후코이단 40 g/kg of diet의 투여 그룹에서 대조구 또는 다른 그룹과 비교하여 혈액의 GOT, GPT, Mg, Na의 값이 유의하게 감소함을 확인하였다(Fig. 1).
1). 또한, 병리조직학적 검사 결과, 후코이단 투여구(10, 20, 40 g/kg of diet)에서 간혈관 주위 면역세포 침윤이 다소 관찰되었으나, 신장 세뇨관, 사구체, 비장, 소화관(장)의 특이적 병변은 나타나지 않아 후코이단 투여에 따른 조직병리학적 독성은 나타나지 않는 것을 확인하였다(data not shown).
iniae 균주의 농도는 25°C 내외의 수온에서 조피볼락 치어에 30%의 폐사를 일으키는 것으로 확인된 농도였으나, 28°C의 수온에서 실험한 결과 100%의 높은 폐사가 발생한 것으로 보아 고수온에 의한 조피볼락의 스트레스와 면역 저하로 세균의 병독성이 더욱 증가한 것으로 추측되었다
우리나라는 여름철 고수온과 적조 등으로 인해 해마다 양식수산물의 피해가 발생함에 따라, 본 연구에서는 고수온 피해가 가장 큰 품종인 조피볼락을 대상으로 후코이단을 이용한 면역활성 효과에 관하여 조사하였다. 후코이단의 면역 활성 효과는 다양한 연구에 의해 검증되었으며, 본 연구를 통해 후코이단 투여가 조피볼락의 고수온 내성 및 세균 감염에 대한 저항성에 효과가 있는 것으로 판단됨에 따라 고수온 대응을 위한 면역활성제로서의 가능성을 검증하였다.

후속연구

고수온 조건에서 S. iniae 의 강한 병원성으로 인하여 후코이단 투여그룹에서도 조피볼락 치어의 높은 폐사가 나타났으나, 대조구와 비교하여 20% 높은 생존 효과를 보였으므로 조피볼락의 성장 단계별 후코이단의 효능에 관한 연구가 더 필요한 것으로 사료된다.

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저자의 다른 논문 :

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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