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JKFN Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition



Online ISSN 2288-5978

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Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53(5): 485-492

Published online May 31, 2024 https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.5.485

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Evaluation of Anti-Helicobacter pylori Activity of Novel Lactic Acid Bacteria

Ji-Hye Kim1 , Sung-Keun Jung1,2 , Young-Je Cho1,2 , and Byung-Oh Kim1 ,2

1School of Food Science, Kyungpook National University
2Research Institute of Tailored Food Technology

Correspondence to:Byung-Oh Kim, School of Food Science, Kyungpook National University, 80, Daehak-ro, Buk-gu, Daegu 41566, Korea, E-mail: kimb@knu.ac.kr

Received: January 8, 2024; Revised: April 18, 2024; Accepted: April 23, 2024

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

In this study, we aimed to isolate and identify strains of lactic acid bacteria from kkakdugi, to validate their potential use as alternative therapeutic agents against Helicobacter pylori. Eleven strains were identified, including Lactobacillus plantarum, Pediococcus pentosaceus, Lactobacillus brevis, Pediococcus acidilacti, and Leuconostoc mesenteroides. The paper disk method and urease inhibition activity were used to verify anti-H. pylori activity. Without pH adjustment, most strains exhibited an average inhibitory zone of 13.68 mm. However, when the pH was adjusted to 7.0, some strains showed inhibitory zones ranging from 11.65 to 13.15 mm. Nevertheless, upon comparison, it was observed that the antimicrobial activity was higher when the pH was not adjusted. On the other hand, antimicrobial activity against H. pylori G88026 strain was exhibited regardless of the pH. The results of urease inhibition confirmed a significant reduction of approximately 60∼90% in urease activity when the lactic acid bacterial culture supernatant was added. Except for the Lactobacillus sakei strain, the riaining strains exhibited potent urease inhibition activity. This suggests that the lactic acid bacteria isolated in this study could be promising candidates as alternative therapeutic agents against H. pylori.

Keywords: antimicrobial, Helicobacter pylori, kkakdugi, lactic acid bacteria, urease

국립암센터에서 발표한 2020년 대한민국 암 발생 순위를 보면 위암이 4위를 차지하고 있는데(Korea Central Cancer Registry, 2020), 이는 특유의 식습관과 헬리코박터균에 의한 것이다. 편모가 있는 나선균인 Helicobacter pylori는 전 세계적으로 심각한 만성 세균 감염의 가장 흔한 원인 중 하나이다. H. pylori의 감염은 만성 위염, 소화성 궤양, 위 점막 연관 림프 조직(MALT) 림프종 및 위 선암종과 병인적으로 관련이 있는 것으로 입증되었으며, H. pylori를 근절하면 H. pylori 관련 질환의 관리에 도움이 될 수 있다(Aumpan 등, 2023; Elbehiry 등, 2023). 2015년 H. pylori 위염에 대한 교토 글로벌 합의 보고서에서 H. pylori의 감염은 위암 발병에 중요한 역할을 하기에 H. pylori에 감염된 환자에게 제균 치료를 권고하였다(Sugano 등, 2015). H. pylori 제균 치료를 받은 환자가 받지 않은 환자에 비해 위암 발생 위험이 46% 감소하며, 사망률은 39% 감소하는 것으로 나타났다(Ford 등, 2020).

H. pylori 감염에서 염증 반응의 주요 원인은 위암 진행과 관련된 cytotoxin-associated gene A(CagA) 및 vacuolating cytotoxin A(VacA)이며, 이들은 위암에 관여하는 인자로 보고되고 있다(Suriani 등, 2008). CagA는 type Ⅳ 분비 시스템을 통해 위 상피 세포로 전달되고, 세포 내부에서 NF-κB 경로를 활성화하여 친염증성 사이토카인을 생성할 수 있다. 또한 VacA는 위 상피 세포에서 활성 산소종의 생성을 유도하고 친염증성 사이토카인의 생성을 야기할 수 있다(Jones 등, 2010).

H. pylori의 가장 큰 특징은 많은 양의 urease를 생산한다는 것이다. 산에 대한 H. pylori의 내성은 urease의 활성에 달려있다. Urease는 산성 조건에서 urea를 CO2와 암모니아로 가수분해하여 주변 환경을 알칼리화시켜 pH 2.0인 산성 환경에서도 생존이 가능하게 한다(Graham과 Miftahussurur, 2018). 이와 같이 H. pylori에 의해 분비되는 urease는 위액의 강한 산성 조건에서도 H. pylori가 생존할 수 있도록 도와주는 물질이라고 할 수 있다. Urease는 일차적으로 인체 위점막의 혈장 삼출액이나 조직액 내에 있는 요소를 분해하며, 위점막에 암모니아를 축적함으로써 세포 손상과 염증 발생의 가능성이 있다(Barer 등, 1988; Yang 등, 2004). 이러한 특성을 이용하여 H. pylori 진단에 임상적으로 유용한 검사로서 urease를 표적으로 하고 있다.

현재 일반적으로 H. pylori 제균 치료에는 proton pump inhibitor(PPI), clarithromycin, amoxicilline을 사용한 3제 요법을 1~2주 사용하고, 3제 요법에 반응하지 않으면 PPI, metronidazole, tetracycline, bismuth를 사용한 4제 요법을 권고하고 있다. 하지만 주요 항생제, 특히 clarithromycin에 대한 내성이 증가함에 따라 제균 성공률은 점차 감소하여 현재 약 70% 미만으로 감소하고 있다고 보고되고 있다. 이러한 배경 속에서 대체 치료 전략의 탐구는 상당한 관심을 받고 있으며, 프로바이오틱스가 유망한 방법으로 부상하고 있다(Goderska 등, 2018; Shim, 2023; Song, 2012).

우리나라에는 여러 가지 전통 발효식품이 있지만, 우리 식탁에서 가장 흔히 볼 수 있는 것은 김치이다. 김치는 배추, 무, 오이 등 재료에 따라 수백 가지 품종으로 분류되고 있으며, 다양한 양념과 함께 발효시켜 독특한 풍미와 맛을 가지고 있다. 또한 김치의 발효과정에서 유기산, 비타민, 박테리오신과 같은 유용 대사산물이 생성되어 항염증 및 항산화 등과 같이 생리학적으로 긍정적인 영향을 가져올 수 있다(Park, 2017). 주재료별 김치의 종류를 분류해 보면 한국에는 약 151종이 존재한다. 이렇듯 김치 종류는 다양하지만 발효과정 중 생산되는 젖산균은 김치의 종류와 상관없이 Lactobacillus 속, Leuconostoc 속이 우점종으로 존재하며, 김치의 종류와 제조 방법에 따라 Weissella속, Pediococcus속 등도 존재한다(Ko 등, 2013). 이와 같이 김치는 제조 방법이나 주재료가 정형화되어 있지 않기 때문에 발효과정 중 생성되는 젖산균의 생리적 특성에도 차이가 있을 것으로 추측된다. 김치 발효에 관여하는 젖산균은 탄수화물을 발효과정의 에너지원으로 사용하고 최종산물로 젖산과 아세트산을 생성한다. 젖산균은 장내 상피 세포에 부착하여 항균성 박테리오신, 젖산, 유기산, 과산화수소 등을 합성하여 병원균에 의한 독소 생산을 억제하고, 독소 수용체를 분해하는 메커니즘으로 항균작용을 가진다(Song 등, 2009). 깍두기에서 분리된 젖산균은 Bacillus속, L. monocytogenes, Salmonella typhimurium에 대해 높은 항균 활성을 가지는 것으로 나타났다(Ko 등, 2013).

프로바이오틱스 균주는 균종(species) 및 균주(strain) 별로 다양한 효능을 나타내고 있으며, 이러한 특성으로 신규 프로바이오틱스 균주의 분리 및 특성에 관한 연구가 지속되고 있다(Kang 등, 2022). 따라서 본 연구에서는 전통 발효 김치 종류 중 깍두기에서 신규 젖산균을 분리, 동정하고 이들 젖산균의 H. pylori 활성 억제 효과를 확인함으로써 H. pylori 감염 및 관련 위 질환을 예방 또는 근절하기 위한 지속 가능한 기능성 소재로서의 활용방안을 제시하고자 한다.

깍두기에서 젖산균 분리

젖산균을 분리하기 위한 시료는 2022년 부산의 한 가정집에서 담근 깍두기를 사용하였다. 젖산균의 분리 과정은 깍두기를 국물과 함께 마쇄하여 MRS broth(Kisanbio Co.)에 10%(w/v) 접종한 후 37°C incubator에서 24시간 배양하였다. 그 후 배양액을 MRS agar에 도말하여 37°C, 24시간 배양 후 single colony를 분리하였으며, 20% glycerol(Duksan) stock을 제조하여 -80°C deep freezer(CLN-70CW, Nihon Freezer Co.)에 보관하며 실험에 사용하였다.

깍두기에서 분리한 젖산균의 동정

분리한 균주는 Gram 염색, API 50 CHL kit(Biomerieux Co.)을 통해 생화학적으로 동정하였고, 분자생물학적인 방법으로는 phenol/chloroform 법을 이용하여 16S rRNA 염기서열 분석으로 최종 동정하였다. PCR 반응액은 10× Taq buffer(LPS solution) 2 μL, dNTPs(LPS solution) 1.6 μL, primer 1 μL, DNA 1 ng, Taq DNA polymerase(LPS solution) 0.1 μL를 혼합시켜 제조하였다. 반응 조건은 95°C에서 5분간 activation 하고 95°C에서 1분간 denaturation, 50°C에서 1분간 annealing, 72°C에서 2분간 extension의 cycle을 35회 반복 후 72°C에서 10분간 final extension 하였다. 증폭된 PCR product는 1.5% agarose gel electrophoresis를 통해 확인하였다. PCR 반응에 사용한 primer는 Table 1에 나타냈다(Petri 등, 2013).

Table 1 . Primers used in this study

SpeciesSequenceTarget size (bp)
Lactobacillus brevisFGGA AGA TCA AGA ATA TCG GTG1,361
RGCG TCT CTA ATT CAC TGA GC
Lactobacillus plantarumFGAA GAT TTG CCC ATC GGT G1,113
RCGT TTG ATG GTA GCG TTG C
Leuconostoc mesenteroidesFGTG GTC ATG GGT CTT AGC886
RGGA TCA AGA CTA GCC AAT GG
Pediococcus acidilacticiFATG ATG GAC AGA CTC CCT G776
RCGA GCT GCG TAG ATA TGT C
Pediococcus pentosaceusFGGG AAC GGT TTT AGT TTT ATA CG396
RCTA AGA GCG GTG ATG ATA AG
Lactobacillus sakeiFTCG AAC GCA CTC TCG TTT AG182
RCGA AAC CAT CTT TCA ACC CT
Helicobacter pyloriFCTG GAG AGA CTA AGC CCT CC110
RATT ACT GAC GCT GAT TGT GC
Helicobacter pylori ureAFGCC AAT GGT AAA TTA GTT411
RCTC CTT AAT TGT TTT TAC
Helicobacter pylori cagAFAAT ACA CCA ACG CCT CCA AG400
RTTG TTG CCG CTT TTG CTC TC


젖산균 배양 상등액의 제조

젖산균 배양에 사용하는 MRS 배지의 성분 중 tween 80과 sodium acetate의 성분이 H. pylori의 생육을 억제할 수 있다는 보고(Midolo 등, 1995)를 참고하여 본 실험에서는 위 두 가지 성분을 제외한 변형 MRS 배지를 제조하여 젖산균을 배양하였다. 깍두기에서 분리한 젖산균 균주를 변형 MRS broth에 2% 비율로 접종한 후 37°C incubator에서 24시간 동안 2회 계대 배양 후 젖산균 배양액을 4,000×g, 15분의 조건으로 원심분리(1248R, Gyrozen Co.) 하여 상등액을 0.45 μm 멸균 syringe filter(Hyundai Mic.)로 여과 멸균하여 제조하였다. 상등액의 pH는 3.7~4.47로 나타났다. H. pylori의 생육이 낮은 pH에 영향을 받는다는 연구(Roh와 Shim, 2011)를 참고하여 pH를 조절하지 않은 젖산균 배양 상등액과 0.1 N NaOH를 이용하여 pH meter(STARTER 3100, OHAUS)로 pH 7.0으로 보정한 젖산균 배양 상등액을 사용하였다.

사용균주 및 배양조건

본 실험에 사용한 H. pylori는 표준균주인 H. pylori 43504, H. pylori SS1과 임상 분리균주인 H. pylori 26695, H. pylori e-53, H. pylori G88026, H. pylori 309, H. pylori 51932, H. pylori PEDF376-3-1 총 8종으로 경상대학교 의과대학에서 분양받은 균주를 사용하였다. H. pylori의 배양에는 1.2%(v/v)의 agar가 첨가된 brucella broth(BD)에 10%(v/v)의 horse serum(Sigma-Aldrich)을 첨가한 brucella agar를 사용하였으며, 37°C, 10% CO2 incubator(MCO-18AIC, Sanyo)에서 미호기적으로 72시간 배양하였다. 모든 균주는 실험 전 polymerase chain reaction(PCR)을 통해 유전형(cagA, ureA)을 확인한 후 실험에 사용하였다. 사용된 primer는 Table 1에 나타냈다(Kabir, 2001).

Paper disk method에 의한 H. pylori 생육 저해 활성

H. pylori의 항균 활성을 평가하기 위해 paper disk method로 평가하였다(Jung 등, 2001). Brucella agar에 72시간 배양된 H. pylori를 백금이로 긁어모아 pH 7.2인 phosphate buffer saline(PBS)으로 2회 세척하고 PBS에 재현탁해 균 수가 1.5×105 CFU/mL가 되도록 brucella agar에 도말하였다. 그 후 pH를 보정한 젖산균 배양 상등액과 pH를 보정하지 않은 젖산균 배양 상등액을 각각 200 μL씩 loading 한 멸균 paper disk(diameter 8.0mm, Advantec)를 brucella agar에 올리고 37°C, 10% CO2 incubator(MCO-18AIC)에서 72시간 배양하여 disk 주위에 생성된 clear zone의 크기를 측정하여 항균력을 평가하였다.

H. pylori urease 활성

Brucella agar에 72시간 배양된 8종의 H. pylori를 백금이로 pellet만 긁어모아 PBS buffer(pH 7.2)로 2회 세척하고 PBS에 재현탁해 bicinchoninic acid 법에 의해 단백질 농도를 측정하였다(Smith 등, 1985). Urea R broth는 yeast extract(Becton) 0.1 g/L, dipotassium hydrogen phosphate(Junsei Chemical Co.) 9.5 g/L, potassium dihydrogen phosphate(Kanto Chemical Co.) 9.1 g/L, urea(Oriental Chemical Industry Co.) 20 g/L, phenol red(Samchun Pure Chemical Co.) 0.01 g/L를 용해시켜 제조하였다. Urea R buffer 1 mL에 젖산균 배양 상등액 200 μL와 H. pylori 균체 200 μg을 혼합한 후 실온에서 반응시키면서 560 nm에서 흡광도를 측정하였다. 반응 마지막 시간 젖산균 배양 상등액을 첨가하지 않은 control의 흡광도 값을 100%로 하여 urease 활성을 아래 계산식에 따라 계산하였다.

Inhibition rate (%)=1Sample O.DControl O.D×100

통계 처리

모든 실험의 결과는 3회 반복하여 얻어진 결과로, 평균±표준편차로 나타내었다. 통계분석은 SPSS(SPSS INC.) 프로그램을 이용하였고, 각 sample 간의 차이는 Duncan’s multiple range test one-way ANOVA로 P<0.05 수준에서 통계적 유의성을 검증하였으며, 대조군과의 유의차는 Student’s t-test로 P<0.05 수준에서 검증하였다.

젖산균의 분리와 동정

깍두기에서 분리한 젖산균 11종의 그람염색 결과 그람양성(+)의 간균 또는 구균으로 나타났으며, API 50 CHL kit(자료미제시)과 16s rDNA sequencing 결과 균주는 Lactobacillus plantarum spp., Lactobacillus brevis spp., Lactobacillus sakei spp., Pediococcus pentosaceus spp., Pediococcus acidilactici spp.가 각각 2균주씩 분리되었으며, Leuconostoc mesenteroides spp.는 1균주가 분리되었다(Fig. 1). 김치의 발효에 관여하는

Fig. 1. An image of a gel electrophoresis of lactic acid bacteria isolated from kkakdugi.

젖산균은 Leuconostoc, Lactobacillus, Weissella, Pediococcus 등 다양한 속의 젖산균들이 김치 발효에 주로 관여한다(Han 등, 1990). 이들 중 LeuconostocLactobacillus가 김치 발효의 우세종이며, 저장 기간별로 김치 발효에 관여하는 젖산균이 달라진다. Leuconostoc은 발효 초기에 증가하여 적숙기 이후에 급속히 감소하며, Pediococcus는 뒤이어 계속 증가하다가 급격히 감소하고 Lactobacillus는 전 발효 기간에서 높은 분포를 나타낸다(Lee 등, 1992).

Paper disk method에 의한 H. pylori 생육 저해 활성

젖산균에 의한 항균 메커니즘에는 영양소 경쟁, 억제 화합물의 생산, 면역-자극 및 결합 부위에 대한 경쟁, pH 감소 등이 있다(Chen 등, 2019). 따라서 본 연구에서는 H. pylori에 대한 항균효과가 유기산에 의한 낮은 pH 때문인지, 다른 항균 물질의 생산에 의한 효과인지 비교하기 위해 pH 조건을 구분하여 실험을 진행하였다. 11종의 젖산균 배양 상등액의 pH를 측정한 결과 평균 3.86으로 측정되었으며, 이를 0.1 N NaOH를 이용하여 pH를 7.0으로 보정 후 실험에 사용하였다.

8종류의 H. pylori 균주를 대상으로 항균 활성을 평가한 결과는 Table 2, Table 3과 같다. 상등액의 pH를 조절하지 않았을 때 H. pylori 43504 균주를 제외한 모든 H. pylori 균주에서 저해환이 관찰되었으며, 저해환의 크기는 평균 13.68 mm로 나타났다. H. pylori G88026 균주에서 저해환의 크기가 평균 15.99 mm로 가장 크게 나타났으며, pH를 7.0으로 조절했을 때도 평균 15.65 mm로 항균 활성이 유지되었다. 상등액의 pH를 조절하지 않았을 때는 L. plantarum K1-5, L. plantarum K1-9 균주가 각각 17.80 mm, 17.97 mm로 항균 활성이 가장 좋게 나타났다. 반면 상등액의 pH를 7.0으로 조절 시 Leu. mesenteroides K3-3 균주가 16.75 mm로 항균 활성이 가장 좋게 나타났으며, L. sakei K4-4, L. sakei K4-8 균주도 각각 16.35 mm, 16.8 mm의 저해환을 나타내었다. H. pylori SS1, H. pylori e-53 균주도 각각 평균 14.21 mm, 13.55 mm의 저해환을 나타내었으며, 젖산균 균주 가운데 L. plantarum 균주에서 가장 높은 항균 활성을 보였다. pH를 7.0으로 조절한 상등액의 경우 L. plantarum, P. pentosaceus, L. brevis K1-8 균주에서만 저해환이 관찰되었지만 그 크기가 11.65~13.15 mm로 pH를 조절하지 않은 상등액보다 항균 활성이 낮은 것을 확인할 수 있었다. 또한 H. pylori 26695, H. pylori 309, H. pylori 51932, H. pylori PEDF376-3-1 균주에서도 각각 평균 12.10 mm, 13.90 mm, 12.95 mm, 13.03 mm의 저해환을 나타냈으며, pH를 7.0으로 조절한 상등액에서는 저해환이 관찰되지 않았다.

Table 2 . Evaluation of anti-H. pylori activity of lactic acid bacteria culture supernatant not adjusted pH conditions

H. pylori SS1H. pylori26695H. pylorie-53H. pyloriG88026H. pylori 309H. pylori43504H. pylori51932H. pyloriPEDF
L. plantarum K1-515.8±3.50a1)12.27±0.32ab14.80±3.57a17.80±2.31bc14.77±2.19aND13.47±0.90ab13.2±1.04a
L. plantarum K1-916.03±3.71a12.93±0.55b13.97±3.50a17.97±2.10c13.9±1.97aND13.87±0.55ab13.37±1.12a
P. pentosaceus K1-112.40±1.41a11.87±0.85ab13.07±1.25a16.43±2.67abc13.53±1.33aND13.07±0.84ab13.07±1.63a
P. pentosaceus K1-215.05±5.02a12.03±1.23ab13.8±3.39a16.00±1.00abc14.13±1.85aND13.57±0.15ab12.37±1.11a
L. brevis K1-814.57±2.20a12.6±1.06ab13.25±0.78a15.87±2.21abc13.37±1.86aND13.93±1.96b12.7±1.47a
L. brevis K2-913.77±0.92a12.1±0.42ab15.47±4.11a16.00±2.50abc12.7±1.32aND12.23±1.01ab12.37±1.46a
P. acidilactici K3-615.8±1.98a11.57±0.78ab14.80±3.64a16.57±2.02abc13.97±0.51aND12.33±1.36ab13.33±2.94a
P. acidilactici K3-814.07±2.63a11.3±0.10a12.83±0.93a15.63±2.68abc14.53±0.50aND11.87±0.78a13.43±2.87a
L. sakei K4-413.65±1.06a12.2±1.27ab12.67±0.95a13.47±1.88abNDNDNDND
L. sakei K4-813.50±2.88aND2)11.93±0.83a13.1±0.76aNDND12.45±0.64abND
Leu. mesenteroides K3-311.65±0.35a12.1±0.42ab12.47±0.49a17.07±3.65abc14.23±0.93aND12.75±1.77ab13.43±3.12a

1)Values are presented as meas±SD (n=3). Means with the letters (a-c) with the same H. pylori strains are significantly different at P <0.05, as determined by Duncan’s multiple range test.

2)Not Detected.



Table 3 . Evaluation of anti-H. pylori activity of lactic acid bacteria culture supernatant adjusted pH 7.0

H. pylori SS1H. pylori 26695H. pylori e-53H. pylori G88026H. pylori 309H. pylori 43504H. pylori 51932H. pylori PEDF
L. plantarum K1-513.15±2.05a1)ND11.85±1.20a16.1±0.00abNDNDNDND
L. plantarum K1-912.55±2.05aND11.75±1.06a15.3±0.42abNDNDNDND
P. pentosaceus K1-112.6±0.42aND12.2±0.85a15.75±0.35abcNDNDNDND
P. pentosaceus K1-211.65±0.78aND11.8±0.99a14.2±0.14abcNDNDNDND
L. brevis K1-8ND2)ND12.05±0.78a15.55±1.34abcNDNDNDND
L. brevis K2-9NDNDND15.55±0.07abcNDNDNDND
P. acidilactici K3-6NDNDND14.75±0.50abcNDNDNDND
P. acidilactici K3-8NDNDND15.05±2.90abcNDNDNDND
L. sakei K4-4NDNDND16.35±1.91abNDNDNDND
L. sakei K4-8NDNDND16.8±2.12bNDNDNDND
Leu. mesenteroides K3-3NDNDND16.75±3.18bNDNDNDND

1)Values are presented as meas±SD (n=3). Means with the letters (a-c) with the same H. pylori strains are significantly different at P<0.05, as determined by Duncan’s multiple range test.

2)Not Detected.



H. pylori urease 활성 평가

H. pylori의 생육에 영향을 주는 urease의 활성 억제 정도를 평가함으로써 젖산균이 위염 및 위궤양을 예방할 수 있는 천연 urease 억제 활성 물질인지 확인하고자 하였다.

젖산균 배양 상등액을 첨가하지 않은 control에서는 시간이 경과할수록 urea를 암모니아와 CO2로 분해하여 pH가 높아짐에 따라, indicator인 phenol red에 의해 urea R broth가 붉은색으로 변화되어 흡광도 값이 증가한다. 각 H. pylori 균주마다 성장 속도가 다른 것을 고려하여 흡광도 값이 더 이상 변화하지 않는 시간을 마지막 반응시간으로 두고 흡광도를 측정하였으며, 반응 마지막 시간에 나타난 흡광도 값 변화 정도를 urease activity 100% 기준으로 하여 반응 시간과 젖산균 배양 상등액에 의한 흡광도 값의 변화 정도를 urease 억제율로 환산하여 계산하였다. 그 결과, Fig. 2에서 볼 수 있듯이 8종의 H. pylori 균주를 대상으로 젖산균 배양 상등액을 첨가했을 때 60~90% 정도 urease 활성이 유의적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. H. pylori 26695, H. pylori PEDF, H. pylori 309, H. pylori 43504는 L. plantarum 균주에서 각각 74.89%, 93.74%, 97.11%, 97.34%로 가장 높은 억제율을 보였다. H. pylori SS1, H. pylori 51932에서는 Leu. mesenteroides K3-3 균주에서 각각 91.45%, 91.16%의 억제율을 나타냈으며, H. pylori G88026은 P. pentosaceus K1-1 균주에서 85.46%로 가장 높은 억제율을 보였다. H. pylori e-53은 L. brevis K1-8 균주에서 85.03%의 억제율을 나타냈지만 L. sakei K4-4 균주는 urease 활성이 젖산균 배양 상등액을 첨가하지 않은 대조군과 비슷하게 나타났다. 8종의 H. pylori 균주에서 urease 활성을 측정한 결과 다른 젖산균 균주에 비해 L. sakei 균주는 urease 억제 활성이 낮은 것을 확인할 수 있었다.

Fig. 2. Inhibition of H. pylori urease by lactic acid bacteria culture supernatant in urea R broth. ****P<0.0001 represent a significant difference compared with the H. pylori untreated with lactic acid bacteria culture supernatant. ns: not significant.

본 연구에서는 깍두기에서 신규 젖산균을 분리 동정하여 H. pylori에 대한 대체 치료제로써 활용 가능성을 검증하고자 하였다. 동정 결과 깍두기에서 분리된 젖산균 11종은 Lactobacillus plantarum spp., Pediococcus pentosaceus spp., Lactobacillus brevis spp., Pediococcus acidilactici spp., Lactobacillus sakei spp., Leuconostoc mesenteroides spp.로 확인되었다. Anti-H. pylori 활성을 검증하기 위해 paper disk method와 urease 활성을 측정하였다. pH를 조절하지 않았을 때 대부분의 균주에서 평균 13.68 mm의 저해환을 내었으나, pH를 7.0으로 조절하였을 경우 일부 균주에서 11.65~13.15 mm의 저해환이 관찰되었지만, 그 크기를 비교했을 때 pH를 조절하지 않았을 때 항균력이 더 높다는 것을 확인할 수 있었다. 반면 H. pylori G88026 균주에서는 pH와 관계없이 높은 항균력을 보이는 것으로 나타났다. Urease 활성을 측정한 결과 젖산균 배양 상등액을 첨가했을 때 60~90% 정도 urease 활성이 유의적으로 감소하는 것으로 확인되었다. L. sakei 균주를 제외한 나머지 젖산균 균주는 강력한 urease 억제 활성을 가지는 것으로 확인되었다. 전통 발효 식품인 깍두기에서 자연적으로 생성된 젖산균이며, 깍두기에는 다양한 phytochemicals를 함유하고 있기에 본 연구에서 분리된 신규 젖산균은 H. pylori에 대한 대체 치료제로써 높은 가치를 가질 것으로 기대된다.

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Article

Article

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53(5): 485-492

Published online May 31, 2024 https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.5.485

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

신규 젖산균을 활용한 Anti-Helicobacter pylori 활성

김지혜1․정성근1,2․조영제1,2․김병오1,2

1경북대학교 식품공학부
2경북대학교 특수식품연구소

Received: January 8, 2024; Revised: April 18, 2024; Accepted: April 23, 2024

Evaluation of Anti-Helicobacter pylori Activity of Novel Lactic Acid Bacteria

Ji-Hye Kim1 , Sung-Keun Jung1,2 , Young-Je Cho1,2 , and Byung-Oh Kim1,2

1School of Food Science, Kyungpook National University
2Research Institute of Tailored Food Technology

Correspondence to:Byung-Oh Kim, School of Food Science, Kyungpook National University, 80, Daehak-ro, Buk-gu, Daegu 41566, Korea, E-mail: kimb@knu.ac.kr

Received: January 8, 2024; Revised: April 18, 2024; Accepted: April 23, 2024

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

In this study, we aimed to isolate and identify strains of lactic acid bacteria from kkakdugi, to validate their potential use as alternative therapeutic agents against Helicobacter pylori. Eleven strains were identified, including Lactobacillus plantarum, Pediococcus pentosaceus, Lactobacillus brevis, Pediococcus acidilacti, and Leuconostoc mesenteroides. The paper disk method and urease inhibition activity were used to verify anti-H. pylori activity. Without pH adjustment, most strains exhibited an average inhibitory zone of 13.68 mm. However, when the pH was adjusted to 7.0, some strains showed inhibitory zones ranging from 11.65 to 13.15 mm. Nevertheless, upon comparison, it was observed that the antimicrobial activity was higher when the pH was not adjusted. On the other hand, antimicrobial activity against H. pylori G88026 strain was exhibited regardless of the pH. The results of urease inhibition confirmed a significant reduction of approximately 60∼90% in urease activity when the lactic acid bacterial culture supernatant was added. Except for the Lactobacillus sakei strain, the riaining strains exhibited potent urease inhibition activity. This suggests that the lactic acid bacteria isolated in this study could be promising candidates as alternative therapeutic agents against H. pylori.

Keywords: antimicrobial, Helicobacter pylori, kkakdugi, lactic acid bacteria, urease

서 론

국립암센터에서 발표한 2020년 대한민국 암 발생 순위를 보면 위암이 4위를 차지하고 있는데(Korea Central Cancer Registry, 2020), 이는 특유의 식습관과 헬리코박터균에 의한 것이다. 편모가 있는 나선균인 Helicobacter pylori는 전 세계적으로 심각한 만성 세균 감염의 가장 흔한 원인 중 하나이다. H. pylori의 감염은 만성 위염, 소화성 궤양, 위 점막 연관 림프 조직(MALT) 림프종 및 위 선암종과 병인적으로 관련이 있는 것으로 입증되었으며, H. pylori를 근절하면 H. pylori 관련 질환의 관리에 도움이 될 수 있다(Aumpan 등, 2023; Elbehiry 등, 2023). 2015년 H. pylori 위염에 대한 교토 글로벌 합의 보고서에서 H. pylori의 감염은 위암 발병에 중요한 역할을 하기에 H. pylori에 감염된 환자에게 제균 치료를 권고하였다(Sugano 등, 2015). H. pylori 제균 치료를 받은 환자가 받지 않은 환자에 비해 위암 발생 위험이 46% 감소하며, 사망률은 39% 감소하는 것으로 나타났다(Ford 등, 2020).

H. pylori 감염에서 염증 반응의 주요 원인은 위암 진행과 관련된 cytotoxin-associated gene A(CagA) 및 vacuolating cytotoxin A(VacA)이며, 이들은 위암에 관여하는 인자로 보고되고 있다(Suriani 등, 2008). CagA는 type Ⅳ 분비 시스템을 통해 위 상피 세포로 전달되고, 세포 내부에서 NF-κB 경로를 활성화하여 친염증성 사이토카인을 생성할 수 있다. 또한 VacA는 위 상피 세포에서 활성 산소종의 생성을 유도하고 친염증성 사이토카인의 생성을 야기할 수 있다(Jones 등, 2010).

H. pylori의 가장 큰 특징은 많은 양의 urease를 생산한다는 것이다. 산에 대한 H. pylori의 내성은 urease의 활성에 달려있다. Urease는 산성 조건에서 urea를 CO2와 암모니아로 가수분해하여 주변 환경을 알칼리화시켜 pH 2.0인 산성 환경에서도 생존이 가능하게 한다(Graham과 Miftahussurur, 2018). 이와 같이 H. pylori에 의해 분비되는 urease는 위액의 강한 산성 조건에서도 H. pylori가 생존할 수 있도록 도와주는 물질이라고 할 수 있다. Urease는 일차적으로 인체 위점막의 혈장 삼출액이나 조직액 내에 있는 요소를 분해하며, 위점막에 암모니아를 축적함으로써 세포 손상과 염증 발생의 가능성이 있다(Barer 등, 1988; Yang 등, 2004). 이러한 특성을 이용하여 H. pylori 진단에 임상적으로 유용한 검사로서 urease를 표적으로 하고 있다.

현재 일반적으로 H. pylori 제균 치료에는 proton pump inhibitor(PPI), clarithromycin, amoxicilline을 사용한 3제 요법을 1~2주 사용하고, 3제 요법에 반응하지 않으면 PPI, metronidazole, tetracycline, bismuth를 사용한 4제 요법을 권고하고 있다. 하지만 주요 항생제, 특히 clarithromycin에 대한 내성이 증가함에 따라 제균 성공률은 점차 감소하여 현재 약 70% 미만으로 감소하고 있다고 보고되고 있다. 이러한 배경 속에서 대체 치료 전략의 탐구는 상당한 관심을 받고 있으며, 프로바이오틱스가 유망한 방법으로 부상하고 있다(Goderska 등, 2018; Shim, 2023; Song, 2012).

우리나라에는 여러 가지 전통 발효식품이 있지만, 우리 식탁에서 가장 흔히 볼 수 있는 것은 김치이다. 김치는 배추, 무, 오이 등 재료에 따라 수백 가지 품종으로 분류되고 있으며, 다양한 양념과 함께 발효시켜 독특한 풍미와 맛을 가지고 있다. 또한 김치의 발효과정에서 유기산, 비타민, 박테리오신과 같은 유용 대사산물이 생성되어 항염증 및 항산화 등과 같이 생리학적으로 긍정적인 영향을 가져올 수 있다(Park, 2017). 주재료별 김치의 종류를 분류해 보면 한국에는 약 151종이 존재한다. 이렇듯 김치 종류는 다양하지만 발효과정 중 생산되는 젖산균은 김치의 종류와 상관없이 Lactobacillus 속, Leuconostoc 속이 우점종으로 존재하며, 김치의 종류와 제조 방법에 따라 Weissella속, Pediococcus속 등도 존재한다(Ko 등, 2013). 이와 같이 김치는 제조 방법이나 주재료가 정형화되어 있지 않기 때문에 발효과정 중 생성되는 젖산균의 생리적 특성에도 차이가 있을 것으로 추측된다. 김치 발효에 관여하는 젖산균은 탄수화물을 발효과정의 에너지원으로 사용하고 최종산물로 젖산과 아세트산을 생성한다. 젖산균은 장내 상피 세포에 부착하여 항균성 박테리오신, 젖산, 유기산, 과산화수소 등을 합성하여 병원균에 의한 독소 생산을 억제하고, 독소 수용체를 분해하는 메커니즘으로 항균작용을 가진다(Song 등, 2009). 깍두기에서 분리된 젖산균은 Bacillus속, L. monocytogenes, Salmonella typhimurium에 대해 높은 항균 활성을 가지는 것으로 나타났다(Ko 등, 2013).

프로바이오틱스 균주는 균종(species) 및 균주(strain) 별로 다양한 효능을 나타내고 있으며, 이러한 특성으로 신규 프로바이오틱스 균주의 분리 및 특성에 관한 연구가 지속되고 있다(Kang 등, 2022). 따라서 본 연구에서는 전통 발효 김치 종류 중 깍두기에서 신규 젖산균을 분리, 동정하고 이들 젖산균의 H. pylori 활성 억제 효과를 확인함으로써 H. pylori 감염 및 관련 위 질환을 예방 또는 근절하기 위한 지속 가능한 기능성 소재로서의 활용방안을 제시하고자 한다.

재료 및 방법

깍두기에서 젖산균 분리

젖산균을 분리하기 위한 시료는 2022년 부산의 한 가정집에서 담근 깍두기를 사용하였다. 젖산균의 분리 과정은 깍두기를 국물과 함께 마쇄하여 MRS broth(Kisanbio Co.)에 10%(w/v) 접종한 후 37°C incubator에서 24시간 배양하였다. 그 후 배양액을 MRS agar에 도말하여 37°C, 24시간 배양 후 single colony를 분리하였으며, 20% glycerol(Duksan) stock을 제조하여 -80°C deep freezer(CLN-70CW, Nihon Freezer Co.)에 보관하며 실험에 사용하였다.

깍두기에서 분리한 젖산균의 동정

분리한 균주는 Gram 염색, API 50 CHL kit(Biomerieux Co.)을 통해 생화학적으로 동정하였고, 분자생물학적인 방법으로는 phenol/chloroform 법을 이용하여 16S rRNA 염기서열 분석으로 최종 동정하였다. PCR 반응액은 10× Taq buffer(LPS solution) 2 μL, dNTPs(LPS solution) 1.6 μL, primer 1 μL, DNA 1 ng, Taq DNA polymerase(LPS solution) 0.1 μL를 혼합시켜 제조하였다. 반응 조건은 95°C에서 5분간 activation 하고 95°C에서 1분간 denaturation, 50°C에서 1분간 annealing, 72°C에서 2분간 extension의 cycle을 35회 반복 후 72°C에서 10분간 final extension 하였다. 증폭된 PCR product는 1.5% agarose gel electrophoresis를 통해 확인하였다. PCR 반응에 사용한 primer는 Table 1에 나타냈다(Petri 등, 2013).

Table 1 . Primers used in this study.

SpeciesSequenceTarget size (bp)
Lactobacillus brevisFGGA AGA TCA AGA ATA TCG GTG1,361
RGCG TCT CTA ATT CAC TGA GC
Lactobacillus plantarumFGAA GAT TTG CCC ATC GGT G1,113
RCGT TTG ATG GTA GCG TTG C
Leuconostoc mesenteroidesFGTG GTC ATG GGT CTT AGC886
RGGA TCA AGA CTA GCC AAT GG
Pediococcus acidilacticiFATG ATG GAC AGA CTC CCT G776
RCGA GCT GCG TAG ATA TGT C
Pediococcus pentosaceusFGGG AAC GGT TTT AGT TTT ATA CG396
RCTA AGA GCG GTG ATG ATA AG
Lactobacillus sakeiFTCG AAC GCA CTC TCG TTT AG182
RCGA AAC CAT CTT TCA ACC CT
Helicobacter pyloriFCTG GAG AGA CTA AGC CCT CC110
RATT ACT GAC GCT GAT TGT GC
Helicobacter pylori ureAFGCC AAT GGT AAA TTA GTT411
RCTC CTT AAT TGT TTT TAC
Helicobacter pylori cagAFAAT ACA CCA ACG CCT CCA AG400
RTTG TTG CCG CTT TTG CTC TC


젖산균 배양 상등액의 제조

젖산균 배양에 사용하는 MRS 배지의 성분 중 tween 80과 sodium acetate의 성분이 H. pylori의 생육을 억제할 수 있다는 보고(Midolo 등, 1995)를 참고하여 본 실험에서는 위 두 가지 성분을 제외한 변형 MRS 배지를 제조하여 젖산균을 배양하였다. 깍두기에서 분리한 젖산균 균주를 변형 MRS broth에 2% 비율로 접종한 후 37°C incubator에서 24시간 동안 2회 계대 배양 후 젖산균 배양액을 4,000×g, 15분의 조건으로 원심분리(1248R, Gyrozen Co.) 하여 상등액을 0.45 μm 멸균 syringe filter(Hyundai Mic.)로 여과 멸균하여 제조하였다. 상등액의 pH는 3.7~4.47로 나타났다. H. pylori의 생육이 낮은 pH에 영향을 받는다는 연구(Roh와 Shim, 2011)를 참고하여 pH를 조절하지 않은 젖산균 배양 상등액과 0.1 N NaOH를 이용하여 pH meter(STARTER 3100, OHAUS)로 pH 7.0으로 보정한 젖산균 배양 상등액을 사용하였다.

사용균주 및 배양조건

본 실험에 사용한 H. pylori는 표준균주인 H. pylori 43504, H. pylori SS1과 임상 분리균주인 H. pylori 26695, H. pylori e-53, H. pylori G88026, H. pylori 309, H. pylori 51932, H. pylori PEDF376-3-1 총 8종으로 경상대학교 의과대학에서 분양받은 균주를 사용하였다. H. pylori의 배양에는 1.2%(v/v)의 agar가 첨가된 brucella broth(BD)에 10%(v/v)의 horse serum(Sigma-Aldrich)을 첨가한 brucella agar를 사용하였으며, 37°C, 10% CO2 incubator(MCO-18AIC, Sanyo)에서 미호기적으로 72시간 배양하였다. 모든 균주는 실험 전 polymerase chain reaction(PCR)을 통해 유전형(cagA, ureA)을 확인한 후 실험에 사용하였다. 사용된 primer는 Table 1에 나타냈다(Kabir, 2001).

Paper disk method에 의한 H. pylori 생육 저해 활성

H. pylori의 항균 활성을 평가하기 위해 paper disk method로 평가하였다(Jung 등, 2001). Brucella agar에 72시간 배양된 H. pylori를 백금이로 긁어모아 pH 7.2인 phosphate buffer saline(PBS)으로 2회 세척하고 PBS에 재현탁해 균 수가 1.5×105 CFU/mL가 되도록 brucella agar에 도말하였다. 그 후 pH를 보정한 젖산균 배양 상등액과 pH를 보정하지 않은 젖산균 배양 상등액을 각각 200 μL씩 loading 한 멸균 paper disk(diameter 8.0mm, Advantec)를 brucella agar에 올리고 37°C, 10% CO2 incubator(MCO-18AIC)에서 72시간 배양하여 disk 주위에 생성된 clear zone의 크기를 측정하여 항균력을 평가하였다.

H. pylori urease 활성

Brucella agar에 72시간 배양된 8종의 H. pylori를 백금이로 pellet만 긁어모아 PBS buffer(pH 7.2)로 2회 세척하고 PBS에 재현탁해 bicinchoninic acid 법에 의해 단백질 농도를 측정하였다(Smith 등, 1985). Urea R broth는 yeast extract(Becton) 0.1 g/L, dipotassium hydrogen phosphate(Junsei Chemical Co.) 9.5 g/L, potassium dihydrogen phosphate(Kanto Chemical Co.) 9.1 g/L, urea(Oriental Chemical Industry Co.) 20 g/L, phenol red(Samchun Pure Chemical Co.) 0.01 g/L를 용해시켜 제조하였다. Urea R buffer 1 mL에 젖산균 배양 상등액 200 μL와 H. pylori 균체 200 μg을 혼합한 후 실온에서 반응시키면서 560 nm에서 흡광도를 측정하였다. 반응 마지막 시간 젖산균 배양 상등액을 첨가하지 않은 control의 흡광도 값을 100%로 하여 urease 활성을 아래 계산식에 따라 계산하였다.

Inhibition rate (%)=1Sample O.DControl O.D×100

통계 처리

모든 실험의 결과는 3회 반복하여 얻어진 결과로, 평균±표준편차로 나타내었다. 통계분석은 SPSS(SPSS INC.) 프로그램을 이용하였고, 각 sample 간의 차이는 Duncan’s multiple range test one-way ANOVA로 P<0.05 수준에서 통계적 유의성을 검증하였으며, 대조군과의 유의차는 Student’s t-test로 P<0.05 수준에서 검증하였다.

결과 및 고찰

젖산균의 분리와 동정

깍두기에서 분리한 젖산균 11종의 그람염색 결과 그람양성(+)의 간균 또는 구균으로 나타났으며, API 50 CHL kit(자료미제시)과 16s rDNA sequencing 결과 균주는 Lactobacillus plantarum spp., Lactobacillus brevis spp., Lactobacillus sakei spp., Pediococcus pentosaceus spp., Pediococcus acidilactici spp.가 각각 2균주씩 분리되었으며, Leuconostoc mesenteroides spp.는 1균주가 분리되었다(Fig. 1). 김치의 발효에 관여하는

Fig 1. An image of a gel electrophoresis of lactic acid bacteria isolated from kkakdugi.

젖산균은 Leuconostoc, Lactobacillus, Weissella, Pediococcus 등 다양한 속의 젖산균들이 김치 발효에 주로 관여한다(Han 등, 1990). 이들 중 LeuconostocLactobacillus가 김치 발효의 우세종이며, 저장 기간별로 김치 발효에 관여하는 젖산균이 달라진다. Leuconostoc은 발효 초기에 증가하여 적숙기 이후에 급속히 감소하며, Pediococcus는 뒤이어 계속 증가하다가 급격히 감소하고 Lactobacillus는 전 발효 기간에서 높은 분포를 나타낸다(Lee 등, 1992).

Paper disk method에 의한 H. pylori 생육 저해 활성

젖산균에 의한 항균 메커니즘에는 영양소 경쟁, 억제 화합물의 생산, 면역-자극 및 결합 부위에 대한 경쟁, pH 감소 등이 있다(Chen 등, 2019). 따라서 본 연구에서는 H. pylori에 대한 항균효과가 유기산에 의한 낮은 pH 때문인지, 다른 항균 물질의 생산에 의한 효과인지 비교하기 위해 pH 조건을 구분하여 실험을 진행하였다. 11종의 젖산균 배양 상등액의 pH를 측정한 결과 평균 3.86으로 측정되었으며, 이를 0.1 N NaOH를 이용하여 pH를 7.0으로 보정 후 실험에 사용하였다.

8종류의 H. pylori 균주를 대상으로 항균 활성을 평가한 결과는 Table 2, Table 3과 같다. 상등액의 pH를 조절하지 않았을 때 H. pylori 43504 균주를 제외한 모든 H. pylori 균주에서 저해환이 관찰되었으며, 저해환의 크기는 평균 13.68 mm로 나타났다. H. pylori G88026 균주에서 저해환의 크기가 평균 15.99 mm로 가장 크게 나타났으며, pH를 7.0으로 조절했을 때도 평균 15.65 mm로 항균 활성이 유지되었다. 상등액의 pH를 조절하지 않았을 때는 L. plantarum K1-5, L. plantarum K1-9 균주가 각각 17.80 mm, 17.97 mm로 항균 활성이 가장 좋게 나타났다. 반면 상등액의 pH를 7.0으로 조절 시 Leu. mesenteroides K3-3 균주가 16.75 mm로 항균 활성이 가장 좋게 나타났으며, L. sakei K4-4, L. sakei K4-8 균주도 각각 16.35 mm, 16.8 mm의 저해환을 나타내었다. H. pylori SS1, H. pylori e-53 균주도 각각 평균 14.21 mm, 13.55 mm의 저해환을 나타내었으며, 젖산균 균주 가운데 L. plantarum 균주에서 가장 높은 항균 활성을 보였다. pH를 7.0으로 조절한 상등액의 경우 L. plantarum, P. pentosaceus, L. brevis K1-8 균주에서만 저해환이 관찰되었지만 그 크기가 11.65~13.15 mm로 pH를 조절하지 않은 상등액보다 항균 활성이 낮은 것을 확인할 수 있었다. 또한 H. pylori 26695, H. pylori 309, H. pylori 51932, H. pylori PEDF376-3-1 균주에서도 각각 평균 12.10 mm, 13.90 mm, 12.95 mm, 13.03 mm의 저해환을 나타냈으며, pH를 7.0으로 조절한 상등액에서는 저해환이 관찰되지 않았다.

Table 2 . Evaluation of anti-H. pylori activity of lactic acid bacteria culture supernatant not adjusted pH conditions.

H. pylori SS1H. pylori26695H. pylorie-53H. pyloriG88026H. pylori 309H. pylori43504H. pylori51932H. pyloriPEDF
L. plantarum K1-515.8±3.50a1)12.27±0.32ab14.80±3.57a17.80±2.31bc14.77±2.19aND13.47±0.90ab13.2±1.04a
L. plantarum K1-916.03±3.71a12.93±0.55b13.97±3.50a17.97±2.10c13.9±1.97aND13.87±0.55ab13.37±1.12a
P. pentosaceus K1-112.40±1.41a11.87±0.85ab13.07±1.25a16.43±2.67abc13.53±1.33aND13.07±0.84ab13.07±1.63a
P. pentosaceus K1-215.05±5.02a12.03±1.23ab13.8±3.39a16.00±1.00abc14.13±1.85aND13.57±0.15ab12.37±1.11a
L. brevis K1-814.57±2.20a12.6±1.06ab13.25±0.78a15.87±2.21abc13.37±1.86aND13.93±1.96b12.7±1.47a
L. brevis K2-913.77±0.92a12.1±0.42ab15.47±4.11a16.00±2.50abc12.7±1.32aND12.23±1.01ab12.37±1.46a
P. acidilactici K3-615.8±1.98a11.57±0.78ab14.80±3.64a16.57±2.02abc13.97±0.51aND12.33±1.36ab13.33±2.94a
P. acidilactici K3-814.07±2.63a11.3±0.10a12.83±0.93a15.63±2.68abc14.53±0.50aND11.87±0.78a13.43±2.87a
L. sakei K4-413.65±1.06a12.2±1.27ab12.67±0.95a13.47±1.88abNDNDNDND
L. sakei K4-813.50±2.88aND2)11.93±0.83a13.1±0.76aNDND12.45±0.64abND
Leu. mesenteroides K3-311.65±0.35a12.1±0.42ab12.47±0.49a17.07±3.65abc14.23±0.93aND12.75±1.77ab13.43±3.12a

1)Values are presented as meas±SD (n=3). Means with the letters (a-c) with the same H. pylori strains are significantly different at P <0.05, as determined by Duncan’s multiple range test..

2)Not Detected..



Table 3 . Evaluation of anti-H. pylori activity of lactic acid bacteria culture supernatant adjusted pH 7.0.

H. pylori SS1H. pylori 26695H. pylori e-53H. pylori G88026H. pylori 309H. pylori 43504H. pylori 51932H. pylori PEDF
L. plantarum K1-513.15±2.05a1)ND11.85±1.20a16.1±0.00abNDNDNDND
L. plantarum K1-912.55±2.05aND11.75±1.06a15.3±0.42abNDNDNDND
P. pentosaceus K1-112.6±0.42aND12.2±0.85a15.75±0.35abcNDNDNDND
P. pentosaceus K1-211.65±0.78aND11.8±0.99a14.2±0.14abcNDNDNDND
L. brevis K1-8ND2)ND12.05±0.78a15.55±1.34abcNDNDNDND
L. brevis K2-9NDNDND15.55±0.07abcNDNDNDND
P. acidilactici K3-6NDNDND14.75±0.50abcNDNDNDND
P. acidilactici K3-8NDNDND15.05±2.90abcNDNDNDND
L. sakei K4-4NDNDND16.35±1.91abNDNDNDND
L. sakei K4-8NDNDND16.8±2.12bNDNDNDND
Leu. mesenteroides K3-3NDNDND16.75±3.18bNDNDNDND

1)Values are presented as meas±SD (n=3). Means with the letters (a-c) with the same H. pylori strains are significantly different at P<0.05, as determined by Duncan’s multiple range test..

2)Not Detected..



H. pylori urease 활성 평가

H. pylori의 생육에 영향을 주는 urease의 활성 억제 정도를 평가함으로써 젖산균이 위염 및 위궤양을 예방할 수 있는 천연 urease 억제 활성 물질인지 확인하고자 하였다.

젖산균 배양 상등액을 첨가하지 않은 control에서는 시간이 경과할수록 urea를 암모니아와 CO2로 분해하여 pH가 높아짐에 따라, indicator인 phenol red에 의해 urea R broth가 붉은색으로 변화되어 흡광도 값이 증가한다. 각 H. pylori 균주마다 성장 속도가 다른 것을 고려하여 흡광도 값이 더 이상 변화하지 않는 시간을 마지막 반응시간으로 두고 흡광도를 측정하였으며, 반응 마지막 시간에 나타난 흡광도 값 변화 정도를 urease activity 100% 기준으로 하여 반응 시간과 젖산균 배양 상등액에 의한 흡광도 값의 변화 정도를 urease 억제율로 환산하여 계산하였다. 그 결과, Fig. 2에서 볼 수 있듯이 8종의 H. pylori 균주를 대상으로 젖산균 배양 상등액을 첨가했을 때 60~90% 정도 urease 활성이 유의적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. H. pylori 26695, H. pylori PEDF, H. pylori 309, H. pylori 43504는 L. plantarum 균주에서 각각 74.89%, 93.74%, 97.11%, 97.34%로 가장 높은 억제율을 보였다. H. pylori SS1, H. pylori 51932에서는 Leu. mesenteroides K3-3 균주에서 각각 91.45%, 91.16%의 억제율을 나타냈으며, H. pylori G88026은 P. pentosaceus K1-1 균주에서 85.46%로 가장 높은 억제율을 보였다. H. pylori e-53은 L. brevis K1-8 균주에서 85.03%의 억제율을 나타냈지만 L. sakei K4-4 균주는 urease 활성이 젖산균 배양 상등액을 첨가하지 않은 대조군과 비슷하게 나타났다. 8종의 H. pylori 균주에서 urease 활성을 측정한 결과 다른 젖산균 균주에 비해 L. sakei 균주는 urease 억제 활성이 낮은 것을 확인할 수 있었다.

Fig 2. Inhibition of H. pylori urease by lactic acid bacteria culture supernatant in urea R broth. ****P<0.0001 represent a significant difference compared with the H. pylori untreated with lactic acid bacteria culture supernatant. ns: not significant.

요 약

본 연구에서는 깍두기에서 신규 젖산균을 분리 동정하여 H. pylori에 대한 대체 치료제로써 활용 가능성을 검증하고자 하였다. 동정 결과 깍두기에서 분리된 젖산균 11종은 Lactobacillus plantarum spp., Pediococcus pentosaceus spp., Lactobacillus brevis spp., Pediococcus acidilactici spp., Lactobacillus sakei spp., Leuconostoc mesenteroides spp.로 확인되었다. Anti-H. pylori 활성을 검증하기 위해 paper disk method와 urease 활성을 측정하였다. pH를 조절하지 않았을 때 대부분의 균주에서 평균 13.68 mm의 저해환을 내었으나, pH를 7.0으로 조절하였을 경우 일부 균주에서 11.65~13.15 mm의 저해환이 관찰되었지만, 그 크기를 비교했을 때 pH를 조절하지 않았을 때 항균력이 더 높다는 것을 확인할 수 있었다. 반면 H. pylori G88026 균주에서는 pH와 관계없이 높은 항균력을 보이는 것으로 나타났다. Urease 활성을 측정한 결과 젖산균 배양 상등액을 첨가했을 때 60~90% 정도 urease 활성이 유의적으로 감소하는 것으로 확인되었다. L. sakei 균주를 제외한 나머지 젖산균 균주는 강력한 urease 억제 활성을 가지는 것으로 확인되었다. 전통 발효 식품인 깍두기에서 자연적으로 생성된 젖산균이며, 깍두기에는 다양한 phytochemicals를 함유하고 있기에 본 연구에서 분리된 신규 젖산균은 H. pylori에 대한 대체 치료제로써 높은 가치를 가질 것으로 기대된다.

Fig 1.

Fig 1.An image of a gel electrophoresis of lactic acid bacteria isolated from kkakdugi.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53: 485-492https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.5.485

Fig 2.

Fig 2.Inhibition of H. pylori urease by lactic acid bacteria culture supernatant in urea R broth. ****P<0.0001 represent a significant difference compared with the H. pylori untreated with lactic acid bacteria culture supernatant. ns: not significant.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53: 485-492https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.5.485

Table 1 . Primers used in this study.

SpeciesSequenceTarget size (bp)
Lactobacillus brevisFGGA AGA TCA AGA ATA TCG GTG1,361
RGCG TCT CTA ATT CAC TGA GC
Lactobacillus plantarumFGAA GAT TTG CCC ATC GGT G1,113
RCGT TTG ATG GTA GCG TTG C
Leuconostoc mesenteroidesFGTG GTC ATG GGT CTT AGC886
RGGA TCA AGA CTA GCC AAT GG
Pediococcus acidilacticiFATG ATG GAC AGA CTC CCT G776
RCGA GCT GCG TAG ATA TGT C
Pediococcus pentosaceusFGGG AAC GGT TTT AGT TTT ATA CG396
RCTA AGA GCG GTG ATG ATA AG
Lactobacillus sakeiFTCG AAC GCA CTC TCG TTT AG182
RCGA AAC CAT CTT TCA ACC CT
Helicobacter pyloriFCTG GAG AGA CTA AGC CCT CC110
RATT ACT GAC GCT GAT TGT GC
Helicobacter pylori ureAFGCC AAT GGT AAA TTA GTT411
RCTC CTT AAT TGT TTT TAC
Helicobacter pylori cagAFAAT ACA CCA ACG CCT CCA AG400
RTTG TTG CCG CTT TTG CTC TC

Table 2 . Evaluation of anti-H. pylori activity of lactic acid bacteria culture supernatant not adjusted pH conditions.

H. pylori SS1H. pylori26695H. pylorie-53H. pyloriG88026H. pylori 309H. pylori43504H. pylori51932H. pyloriPEDF
L. plantarum K1-515.8±3.50a1)12.27±0.32ab14.80±3.57a17.80±2.31bc14.77±2.19aND13.47±0.90ab13.2±1.04a
L. plantarum K1-916.03±3.71a12.93±0.55b13.97±3.50a17.97±2.10c13.9±1.97aND13.87±0.55ab13.37±1.12a
P. pentosaceus K1-112.40±1.41a11.87±0.85ab13.07±1.25a16.43±2.67abc13.53±1.33aND13.07±0.84ab13.07±1.63a
P. pentosaceus K1-215.05±5.02a12.03±1.23ab13.8±3.39a16.00±1.00abc14.13±1.85aND13.57±0.15ab12.37±1.11a
L. brevis K1-814.57±2.20a12.6±1.06ab13.25±0.78a15.87±2.21abc13.37±1.86aND13.93±1.96b12.7±1.47a
L. brevis K2-913.77±0.92a12.1±0.42ab15.47±4.11a16.00±2.50abc12.7±1.32aND12.23±1.01ab12.37±1.46a
P. acidilactici K3-615.8±1.98a11.57±0.78ab14.80±3.64a16.57±2.02abc13.97±0.51aND12.33±1.36ab13.33±2.94a
P. acidilactici K3-814.07±2.63a11.3±0.10a12.83±0.93a15.63±2.68abc14.53±0.50aND11.87±0.78a13.43±2.87a
L. sakei K4-413.65±1.06a12.2±1.27ab12.67±0.95a13.47±1.88abNDNDNDND
L. sakei K4-813.50±2.88aND2)11.93±0.83a13.1±0.76aNDND12.45±0.64abND
Leu. mesenteroides K3-311.65±0.35a12.1±0.42ab12.47±0.49a17.07±3.65abc14.23±0.93aND12.75±1.77ab13.43±3.12a

1)Values are presented as meas±SD (n=3). Means with the letters (a-c) with the same H. pylori strains are significantly different at P <0.05, as determined by Duncan’s multiple range test..

2)Not Detected..


Table 3 . Evaluation of anti-H. pylori activity of lactic acid bacteria culture supernatant adjusted pH 7.0.

H. pylori SS1H. pylori 26695H. pylori e-53H. pylori G88026H. pylori 309H. pylori 43504H. pylori 51932H. pylori PEDF
L. plantarum K1-513.15±2.05a1)ND11.85±1.20a16.1±0.00abNDNDNDND
L. plantarum K1-912.55±2.05aND11.75±1.06a15.3±0.42abNDNDNDND
P. pentosaceus K1-112.6±0.42aND12.2±0.85a15.75±0.35abcNDNDNDND
P. pentosaceus K1-211.65±0.78aND11.8±0.99a14.2±0.14abcNDNDNDND
L. brevis K1-8ND2)ND12.05±0.78a15.55±1.34abcNDNDNDND
L. brevis K2-9NDNDND15.55±0.07abcNDNDNDND
P. acidilactici K3-6NDNDND14.75±0.50abcNDNDNDND
P. acidilactici K3-8NDNDND15.05±2.90abcNDNDNDND
L. sakei K4-4NDNDND16.35±1.91abNDNDNDND
L. sakei K4-8NDNDND16.8±2.12bNDNDNDND
Leu. mesenteroides K3-3NDNDND16.75±3.18bNDNDNDND

1)Values are presented as meas±SD (n=3). Means with the letters (a-c) with the same H. pylori strains are significantly different at P<0.05, as determined by Duncan’s multiple range test..

2)Not Detected..


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