최근 항생제의 남용으로 인체와 동물 모두에서 항생제 내성균의 문제가 크게 대두되고 있다. 전세계적으로 최소가공∙비가열 식품 및 천연 화장품의 소비가 확대됨에 따라, 식품 및 화장품에 사용되는 천연보존제의 개발이 필수적으로 요구되고 있다. 또한, 축산 분야에서는 가축 성장촉진용 사료첨가 항생제의 사용이 규제되어 가축의 성장 및 건강을 향상시키는데 큰 영향을 미쳐 농가의 경제적 손실이 발생하고 있다.
많은 연구진들은 동물의 건강을 보호하고 증진시키면서 식품의 안전성을 확보하기 위한 새로운 방법을 찾고 있다. 이러한 방법에 대한 많은 후보들 중 최근 연구자들은 장내미생물이 항균능력 뿐만 아니라 염증, 비만, 당뇨, 아토피, 암에 이르기까지 다양한 질병과 관련이 깊다는 사실을 기반하여 건강한 장내미생물 균총을 유지하기 위한 프로바이오틱스 및 프로바이오틱스가 분비하는 천연항균물질(박테리오신, 유기산 등)을 이용하여 항생제를 대체하고 항생제 내성균을 극복하고자 노력하고 있다.
서울대학교 농생명공학부 최윤재/조종수 교수 연구팀은 천연항균물질인 박테리오신의 생산을 증진시키기 위해 프리바이오틱스(prebiotics)에 소수성 잔기를 도입하여 개발한 고분자나노입자를 유산균에 도입함으로써 유산균에서 박테리오신의 생산 증진을 확인하여 세계적인 Nature 자매학술지인 SCIENTIFIC REPORTS에 2018년 4월 12일(목) 발표하였다(논문제목:A new way of producing pediocin in Pediococcus acidilactici through intracellular stimulation by internalized inulin nanoparticles). 또한, 위 내용의 산업적 적용을 위하여 현재의 결과를 바탕으로 ㈜ 인실리코와 함께 특허 공동 출원을 진행하였다 (출원번호: 1020170079520).
이번 연구는 유산균의 먹이가 되는 프리바이오틱스에 소수성 잔기를 도입하여 프리바이오틱스 고분자나노입자를 개발하였으며, 이를 유산균에 제공함으로써 생균제에서 항균물질, 즉, 박테리오신의 생산량을 향상시킬 수 있었다. 유산균에서 생산되는 박테리오신은 기존 유산균에서 생산된 박테리오신에 비해 발현양이 최대 4배 이상 증가되는 것을 확인하였으며, 병원균의 활성을 기존의 유산균보다 월등하게 억제하는 것을 확인할 수 있었다. 이는, 프리바이오틱스 고분자나노입자가 유산균 내로 도입되고 유산균 내부에서 mild stress를 유도함으로써 유산균의 defense mechanism을 개시하여 박테리오신의 분비를 유도하는 것으로 검증되었다. 또한, 이 연구에서 개발된 프리바이오틱스 고분자나노입자는 체내 및 유산균에는 독성을 나타내지 않음으로 상업적 이용이 가능하다는 것도 검증하였다.
이 연구는 세계적으로 처음 프리바이오틱스 고분자나노입자가 유산균 내로 도입이 되고 이를 통해 유산균이 생산하는 박테리오신을 증진시킨다는 것을 확인한 사례이다. 위 연구를 통해 박테리오신의 상업적 대량 생산 및 활용 가능성을 기대할 수 있으며, 가축의 항생제 대체 물질로 이용 가능할 뿐 아니라 식품의 천연 보존제 및 화장품의 항균성첨가제로서도 활용할 수 있을 것이다.