[기획]치료제 넘보는 유산균 식품의 현재와 미래①

[기획]치료제 넘보는 유산균 식품의 현재와 미래①

알레르기 개선 김치 유산균 제품 이달 첫 선 에이엠바이오-정대균 교수 RNA와 제휴 ‘나노락-K’ 소재 건강기능식품 양산 눈앞

뉴트리션 비즈니스저널 최신호(2011. 1. 4) 의하면 세계 프로바이오틱스(적당한 양을 섭취했을 때 건강에 도움이 되는 살아 있는 균) 시장은 2009년도 기준 전년대비 24% 신장했다. 저널은 또 프로바이오틱스는 앞으로도 기능성식품 시장을 리드해나갈 것으로 전망하고, 2011년도 성공을 거둘 유망한 건강기능식품 Top7에 올려놓았다. 이러한 프로바이오틱스 시장에 대한 핑크빛 전망에 따라 이 시장의 36%를 차지하는 유산균제품에 대한 관심도 증폭되고 있다. 우리나라에서는 이미 모 업체가 간기능 개선 유산균제품을 내놓고 단일 품목으로 1200억 원 이상의 매출을 올리는 쾌거를 이루기도 했다. 국내 유산균 시장은 1조4000억 원 규모를 형성하고 있지만, 대부분 발효유 제품이 주를 이루고 있는 실정이다. 이는 발효유 제품의 공급 용이성과 구입 및 섭취의 편리성에 기인하지만 한편으론 건강기능식품의 프로바이오틱스가 소비자 니즈를 충족시키지 못하고 있기 때문이라 해도 과언이 아니다. DSM의 유산균 사업이 Rosell에, Danisco가 Dupont에 각각 팔렸으며, DSM은 Martek의 오메가오일 사업을 사들이는 등 세계 프로바이오틱스 시장이 급격히 재편되고 있는 상황에서, 국내 시장은 프로바이오틱스 제조 및 취급의 어려움으로 인해 소비자들이 충분한 혜택을 받지 못하고 있으며, 기존 기업들의 폐쇄성 및 독점으로 인해 기술이 진보되지 못하고 있는 것도 발전을 저해하는 주요인으로 꼽힌다. 그러나 국내 프로바이오틱스 시장에도 ‘지구상에서 가장 깨끗한 고농축 유산균’이 개발되면서 서광이 비치기 시작했다. 세계 최초의 신기술인 ‘멤브레인(MCR) 유산균제조 공법’으로 g당 1조마리의 유산균이 함유된 ‘아만락’ 제품을 개발해 전 세계 24조원 규모 유산균 시장에 도전장을 내민 에이엠바이오(주)(www.ambio.co.kr)의 등장은 프로바이오틱스를 연구하는 학계는 물론 관련 제품을 출시하기를 원하는 업계에 희망을 안겨주고 있다. 그 첫 신호탄은 15일 지식경제부 지정 RIC 경희대 피부생명공학센터장인 정대균 교수(경희대 유전공학과)가 설립한 (주)RNA와의 만남이다. 에이엠바이오와 RNA는 이날 아토피 특허 유산균인 ‘락토콜’이 함유된 기능성식품과 콜레스테롤 저하 및 암세포를 줄여주는 특허 유산균을 이용한 기능성 식품의 생산 및 공동 마케팅에 관한 업무협약을 체결했다. 이에 본지는 이달 말 알레르기 특허 유산균인 락토콜이 함유된 기능성식품의 출시를 앞두고 국내 프로바이오틱스 시장에 새바람을 일으킬 이들 건강기능성 유산균제품의 특성 및 효용적 가치를 살펴보고 국내 프로바이오틱스 시장의 발전 방향을 짚어보는 기획물을 3회에 걸쳐 연재한다.<편집자> ----------------------------------------------- [글 싣는 순서] ① 알레르기 질환 잡는 특허 유산균 ② 콜레스테롤 저하 및 동맥경화 예방 특허 유산균 ③ 국내 프로바이오틱스 시장 현황 및 문제점, 전망 ----------------------------------------------- ◆ 알레르기 잡는 특허 유산균 '나노락-K' 등장 김치에서 분리한 유산균주를 이용해 아토피를 비롯한 알레르기 질환을 예방 또는 개선할 수 있는 건강기능성 유산균 제품이 이달 말 선보일 예정이다. 정부 당국이 집계한 우리나라 아토피 피부염 환자는 2001년 1,000명당 12명에서 2005년 91.4명으로 4년 만에 7배 이상 늘었다. 서구식 주거 형태와 대기오염 등 생활환경의 변화로 소아 면역체계가 약화되면서 급증하고 있는 것이다. 이들 아토피 환자들에게 부담 없이 먹으면서 상태를 개선할 수 있는 유산균 제품의 등장은 여간 반가운 소식이 아닐 수 없다. 세계 최초로 1조마리 유산균을 개발해 비상한 관심을 모았던 에이엠바이오(대표 조영재)는 김치유산균 중 기능이 우수한 ‘락토바실러스 프랜타럼(Latobacillus plantarum)’ 균주를 선별해 추출물 형태로 만든 ‘나노락(NanoLAC)-K’를 개발한 경희대 정대균 교수팀과 손잡고 빠르면 이달 말, 늦어도 다음 달 초엔 대량 생산을 통한 상용화에 나설 계획이다. 정 교수팀은 지난 5년간 ‘유산균 유전체 정보를 활용한 아토피 질환 예방 및 치료신소재 개발’에 관한 과학기술부 주관의 국가연구개발 사업을 실시하고 △김치에서 분리한 Th1 면역반응을 유도하는 락토바실러스 플랜타럼 K8 △락토바실러스 플랜타럼 K8 균주를 이용해 발효시킨 식품 △락토바실러스 플랜타럼 K8 균주를 포함하는 건강기능성식품 △락토바실러스 플랜타럼 K8 균주의 균체성분인 리포테이코익산(lipoteichoic acid) 또는 이를 포함하는 파쇄물을 함유하는 식품 등 4개 항목에 대한 특허를 2007년 7월 획득했고, 2010년에는 균체성분과 관련된 해외특허를 출원했다. 특허의 핵심은 락토바실러스 플랜타럼 K8 균주 또는 그 파쇄물과 균주를 배양한 배양물이나 발효식품을 섭취했을 때 아토피성 피부염, 과민증 두드러기 알레르기성 비염 천식 등 Th1/Th2 사이토카인의 평형이 깨져 발생하는 알레르기성 질환을 예방하고 치료할 수 있다는 것. 생균·발효식품 알레르기성 질환 예방·치료 라면·스낵·빵 등 다양한 분야에 적용 가능 연구팀은 김치에서 Th1 면역반응을 유도하는 락토바실러스 플랜타럼 K8을 분리했으며, 면역 관련 주 활성성분인 리포테이코익산(lipoteichoic acid)을 분리해 구조 규명에 성공하고 이를 포함한 균체성분 추출물을 ‘락토바실러스(Lb) 플랜타럼 K8'으로 이름 지었다. Lb 플랜타럼 K8 균주는 우리나라 김치 속에 포함돼 있는 유산균 중 적숙기에 나타나는 대표적인 유산균으로, Th1 사이토카인(cytokine 신체의 방어체계를 제어하고 자극하는 신호물질) IL-12, IL-23 발현을 유도하고, Th2 사이토카인 IL-4, IL-10을 억제하는 면역반응을 통해 면역조절, 항암활성, 항콜레스테롤 효과 등이 매우 우수한 것으로 알려졌다. 내산성, 내담즙성 및 효능이 뛰어나 유럽에서는 낙농유제품에 첨가해 사용하기도 한다. 연구팀은 락토바실러스 플랜타럼 K8 균주의 기능성분을 효율적으로 이용하기 위해 추출물형태의 'NanoLAC(나노락)-K' 제품을 개발, 유산균 생균으로는 적용할 수 없었던 △김치 라면 음료 등의 식음료제품을 비롯해 △햄 소시지 등 육가공제품 △우유 치즈 등 유제품 △피자 등 고지방 간이식품 △스낵 케이크 등 제과 제빵류 외에도 다양한 가공식품에 응용할 수 있도록 했다는 점에서 그 의미가 매우 크다. ◆ 락토바실러스(Lb) 플랜타럼 K8의 알레르기 치료 효능 △DNCB 유발 접촉성 피부염 모델에서 Lb.plantarum K8의 염증완화 효과 연구팀은 Lb 플랜타럼 K8을 섭취한 쥐의 비장세포가 대조군에 비해 분비된 알레르기반응의 지표인 면역글로블린E의 양이 유의적으로 감소했음을 밝혀냈다. 동물실험의 메커니즘은 다음과 같다. 실험용 쥐에 난백알부민을 흡착한 수산화알루미늄을 0일, 6일에 복강 주사하고, 13일 째 비장을 제거해 단일세포로 분리한 후 적혈구를 용혈시켜 비장세포를 얻었다. well 당 2×105 세포를 심고 난백알부민과 유산균을 처리해 3일간 배양한 후 Th1 사이토카인 IL-12와 Th2 사이토카인 IL-4를 측정한 결과 락토바실러스 플랜타럼 K8을 섭취한 군에서 IL-12가 증가한 반면 IL-4는 감소해 Th1/Th2 사이토카인 평형 조절을 통해 IgE 생성을 억제하는 것을 확인했다.<그래프1> 연구팀은 또 복막 비만세포로부터 히스타민 분비를 억제하는 효과도 규명했다. Lb 플랜타럼 K8 섭취군의 히스타민 분비는 대조군보다 약 40% 감소했는데, 이러한 결과는 난백알부민 특이 IgE의 감소와 일치하며 아토피 피부염의 가려움증을 완화함으로써 치료에 도움을 줄 수 있는 것으로 나타났다.<그래프2> 뿐만아니라 유산균으로부터 분리한 세포벽 중 하나인 리포테이코익산(lipoteichoic acid)을 순수 분리해 그람음성균의 세포벽 성분이 LPS에 의해 증가하는 연증유발 사이토카인 TNF-α의 발현을 억제시키며, pLTA의 전처리 시간이 길수록 내성이 강해지고 후처리에 의해서도 내성이 나타난다는 사실을 확인했다. 연구팀은 또 아토피 유발쥐에 Lb 플랜타럼K8을 4주간 투여한 결과 미투여 대조군에 비해 피부를 긁는 회수가 눈에 띄게 줄어들었다고 밝혔다. 아토피가 없는 보통 쥐의 경우 분당 40회인데 반해 아토피가 있는 쥐는 151회에 달했으며, 유산균을 투여한 실험군은 56회로 크게 개선됐다,<사진, 그래프3> 유산균 세포벽 성분인 LTA에 의해 긁기빈도수가 줄어듦. 연구를 주도한 정대균 교수는 “Lb 플랜타럼 K8은 내산성 및 내담즙성이 세계적인 상용 균주인 낙농 발효유산균주보다 우수한 것으로 나타났으며 장정착성 역시 우수한 것으로 실험관 실험에서 나타났다."며, "아토피 피부염 등의 알레르기 질환이 점증하고 있으나 이를 효과적으로 예방할 수 없는 상황에서 우리나라 전통식품인 김치에서부터 분리한 락토바실러스 플랜타럼 K8을 이용한 생균제 개발로 아토피 피부염 등과 같은 여러 알레르기 질환을 예방해 국민 건강을 증진시킴으로써 국가 경제 발전에 기여할 수 있게 됐다.”고 말했다.

김현옥 기자

 

[기획]치료제 넘보는 유산균식품의 현재와 미래②

동맥경화 예방하는 김치 유산균 식품 상품화 박차 락토바실러스 플랜타럼, 항산화·콜레스테롤 흡수 억제 유산균 파쇄물 ‘나노락-K’ 혈장지질 줄이고 HDL 늘려

식생활 양식의 서구화로 동물성 지방 섭취가 늘어나면서 동맥경화, 심근경색, 고혈압과 같은 순환기계 질환이 국민의 주요 사망원인으로 꼽히고 있다. 콜레스테롤 및 포화지방산 함량이 높은 식품의 빈번한 섭취는 혈장 콜레스테롤 및 중성지질의 농도를 상승시킴으로써 동맥경화를 일으키는 요인으로 작용한다는 것이 전문가들의 의견이다. 또한 이들의 지질과산화 역시 동맥경화의 인자로 인식되고 있다. 그동안 동맥경화증의 가장 큰 원인으로 콜레스테롤을 지목했으나, 최근에는 염증과 동맥경화의 관계를 규명한 여러 연구들에 의해 염증은 동맥경화의 시초와 진행에 중요한 역할을 한다는 사실이 밝혀져 동맥경화를 염증성 질환으로 받아들이는 경향이다. 이러한 상황에서 특허 받은 김치유산균을 사용해 만든 건강기능식품으로 콜레스테롤 수치를 개선하거나 동맥경화를 예방, 개선할 수 있는 시대가 열렸다. 1조마리 고농축 유산균 ‘아만락’을 개발해 화제가 되고 있는 유산균전문 바이오벤처기업인 에이엠바이오(주)(대표 조영재 www.ambio.co.kr)는 (주)알엔에이(대표 정대균)가 개발해 특허를 받은 김치유산균 ‘락토바실러스 플랜타럼K'(Lactobacillus plantarum)을 원료로 콜레스테롤 저하 및 동맥경화 예방에 좋은 건강기능성식품을 조만간 선보일 예정이다. 알엔에이의 김치유산균은 항산화효과 및 혈관내피세포의 산화적 손상에 대한 보호 효과와 염증인자 유발 억제효과가 있는 것으로 동물실험을 통해 규명됐다. 회사 측에 따르면 이 유산균은 지질과산화를 억제하고 혈장 지질 함량을 저하시켜 동맥경화에 수반되는 TNF-α 및 매개물질인 MCP-1, 8-iso-PGF2α의 생성을 억제하는 효과를 나타냈다. 에이엠바이오와 알엔에이는 RNA 특화공정으로 기존 유산균 제품들과 차별화해 효과를 극대화한 유산균 추출물을 원료로 건강보조식품 및 식품첨가제 상품화를 위한 막바지 작업에 박차를 가하고 있다. 빠르면 4월 중 출시될 이 제품의 혈중 콜레스테롤의 저하 및 HDL(고밀도지단백질) 상승 효과를 고지방 식이로 유도된 마우스를 대상으로 한 in vivo 실험의 결과로 자세히 살펴본다. ----------------------------------------------- [글 싣는 순서] ① 알레르기 질환 잡는 특허 유산균 ② 콜레스테롤 저하 및 동맥경화 예방 특허 유산균 ③ 국내 프로바이오틱스 시장 현황 및 문제점, 전망 ----------------------------------------------- ● 김치유산균의 항산화 및 콜레스테롤 저하 효과 ◇ 항산화능 유산균 및 유산균 추출물의 활성산소(free radical/ DPPH) 소거능은 <표 1>과 같다. 전반적으로 조사한 유산균 모두에서 활성산소 소거능이 나타났으나, 그중에서도 특히 김치에서 분리한 락토바실러스 플랜타럼(Lactobacillus plantarum)의 효과가 가장 컸다. 리놀레익산(linoleic acid)을 이용한 지질과산화 억제에서 유산균은 23~54% 정도의 억제율을 보였으며, 유산균 자체보다는 추출물에서 높은 항산화 효과를 나타냈다(표 2). in vivo 시료인 마우스의 brain homogenate를 이용한 지질과산화 억제실험에서도 김치유산균의 세포내 물질이 가장 높은 35%의 억제효과를 보였다. 또한 유산균의 세포 내 물질은 DPPH 활성산소를 소거하는 항산화 활성을 나타낸다. 동맥경화의 한 유발인자인 혈관내피세포 및 대식세포에서의 산화적 손상에 대한 보호효과도 커, 내피세포의 산화적 손상으로 인한 증식 감소를 유산균 및 세포 내 물질 첨가에 의해 30% 가량 회복시켰다. 따라서 지질과산화를 억제하고 혈관내피세포를 보호함으로써 동맥경화의 발병을 억제할 수 있을 것으로 연구팀은 내다봤다. ◇ 김치유산균 파쇄물에 의한 동맥경화 억제 정도 동맥경화 모델계를 이용해 정상식이군, 고지방식이군, 3% 유산균 파쇄물(나노락-K) 첨가 고지방 식이군, 3% 유산균 첨가 고지방 식이군으로 실험했다.<그림1> 그 결과 총 콜레스테롤 함량은 정상 식이군에 비해 고지방 식이군에서 8% 정도 증가한 반면 유산균 파쇄물을 첨가한 고지방 식이군은 유산균 파쇄물을 첨가하지 않은 고지방 식이군에 비해 총 콜레스테롤 함량이 10% 이상 감소했다. 중성지질 함량은 고지방 식이에 의해 25% 증가하나 유산균 파쇄물에 의해 15% 감소하는 것으로 나타났다. 혈장 중 HDL-콜레스테롤 함량은 정상 식이군에 비해 고지방 식이군에서 27%나 줄어들었다. 반면 유산균 파쇄물을 첨가하지 않은 고지방 식이군에 비해 유산균 파쇄물을 첨가한 식이군에서는 HDL-콜레스테롤 함량이 25%이상 유의적으로 증가했다. 이로써 연구팀은 유산균 파쇄물 또한 유산균 세포질 분획물과 마찬가지로 총 콜레스테롤 및 중성지질의 함량을 감소시키고 HDL-콜레스테롤 함량을 증가시켜 혈장 중 지질 함량을 변화시킴으로써 동맥경화를 억제할 수 있음을 알 수 있다고 말했다. 중성지질도 감소 혈관 내피세포 보호·염증인자 억제 라면·두유 등 다양한 가공식품에 적용 가능 ◇ 동맥경화 모델계에서 간의 지질과산화, 염증관련 사이토카인 및 전구물질 측정 유산균 세포질 분획을 경구 투여한 쥐에서 동맥경화 병변에서 나타나는 간에서의 지질과산화, 사이토카인 및 전구물질을 지표로 동맥경화를 억제할 수 있는 지를 조사했다. 그 결과 고지방 식이로 인해 지질과산화 지표물질인 MDA의 양이 18% 가량 증가했지만 유산균 파쇄물(나노락-K)의 투여로 정상수치까지 떨어진 것을 확인했다. 지질과산화 정도 측정시 지표로 사용되는 물질로서, 혈관을 수축시키고 동맥경화의 잠재적 중재물질로 알려진 8-iso-prostaglandin F2α (8-iso-PGF)도 김치유산균 자체보다는 유산균 파쇄물(나노락-K)이 더 효과적으로 감소시켰다. 따라서 연구팀은 김치유산균의 세포질 분획의 섭취로 산화생성물을 감소시킴으로써 동맥경화를 예방할 수 있을 것이란 결론을 내렸다. 동맥경화와 염증관련 병변에서 동반되는 TNF-α 및 MCP-1의 생성도 고지방 식이에 의해 증가됐으나 유산균 파쇄물(나노락-K)의 섭취로 눈에 띄게 감소해 동맥경화를 예방할 수 있을 것으로 판단했다. 혈장 중의 콜레스테롤 및 중성지질의 함량 증가 또한 동맥경화의 한 요인인데, 유산균 파쇄물(나노락-K)의 섭취는 고지방식이에 의한 혈장 지질 함량 증가를 유의적 수준으로 감소시키는 것으로 밝혀졌다. ◇ 열안정성 및 pH 안정성 항동맥경화 김치유산균 파쇄물의 사업화를 위해 배지를 최적화했고 열안정성 및 pH 안정성을 DPPH 활성산소 소거능을 이용한 항산화 활성을 측정한 결과 김치유산균 추출물은 열 및 pH 안정성이 우수해 라면, 두유와 같은 다양한 식품에 적용이 가능한 것으로 나타났다. ◇ 콜레스테롤 흡수 억제 및 혈중 지질 개선을 통한 동맥경화예방 연구팀은 “김치유산균인 락토바실러스 플랜타럼 K는 콜레스테롤 수송단백질인 에이비씨에이1 수송단백질을 발현을 유도해 이들의 작용으로 장관에서 콜레스테롤 흡수를 억제하고, 혈중 HDL 지단백을 높이고 LDL 지단백을 낮춰 혈중 지질을 개선할 수 있다”며 따라서 “특허받은 김치유산균의 생균주나 파쇄물, 균주를 배양한 배양물이나 그 발효식품을 섭취했을 때 혈중 콜레스테롤 저하 및 혈중 지질 개선을 통해 동맥경화를 예방할 수 있다”고 결론지었다.

김현옥 기자