장내 세균 및 Caco-2 세포에 의한 부티릴 프락토올리고당의 이용과 부티릴 프락토올리고당이 장내 세균 및 Caco-2 세포의 생장에 미치는 영향

Abstract

프락토올리고당(fructo-oligosaccharides, FOS)은 장내 미생물인 비피도박테리아와 락토바실러스의 생장을 자극하여 장내 균총을 개선할 수 있기 때문에 건강 기능성 원료로 사용되고 있다. 부티르산(butyric acid)은 대장 상피 세포의 주요 에너지원으로 장점막의 장벽기능 개선 효과와 항염증 효과에 대한 연구가 보고된 바 있다. 최근, FOS와 부티르산을 합성한 부티릴 프락토올리고당(butyryl-fructooligosaccharides, B-FOS)이 만들어졌다. 본 연구에서는 B-FOS가 장내 세균 및 Caco-2 세포 각각에 의해 분해되거나 이용되는지를 알아보고 B-FOS가 장내 세균 및 Caco-2 세포의 생장에 미치는 영향을 평가하였다. 이를 위하여, B-FOS를 탄소원이 없는 배양 배지에 첨가하여 장내 세균과 Caco-2 세포를 각각 배양하였다. B-FOS의 이용은 박층크로마토그래피(thin layer chromatography, TLC)와 고성능 액체크로마토그래피(high performance liquid chromatography, HPLC)를 통해 확인 하였다. 또한, 인산 완충 용액(phosphate buffer saline, PBS)을 첨가한 대조군과 나트륨 부티레이트(NaB)를 첨가한 군, FOS를 첨가한 군을 B-FOS를 첨가한 군과 비교하여 장내 세균과 Caco-2 세포의 생장에 미치는 영향을 평가하였다. 더불어, Caco-2 세포 단층의 전기저항 값 측정과 지질다당류(lipopolysaccharides, LPS)로 자극된 HT-29 세포에서 인터루킨-8(interleukin-8, IL-8) 양을 측정함으로써 B-FOS가 장 상피세포의 장벽기능 및 항염증반응에 미치는 영향을 분석하였다. 실험 결과, B-FOS는 다수의 비피도박테리아와 일부 젖산균의 생장을 유의적으로 증가시켰고, 다수의 프로바이오틱스 균이 아닌 균주(non-probiotics)는 대조군과 유의적인 차이가 없었다. 특히, B-FOS가 첨가되었을 때 최대 OD600 값이 대조군에 비해 약 1.8 배 증가했던 Bifidobacterium longum BORI의 배양 상등액에서 B-FOS가 소모되었음을 확인 하였다. 또한, B. bifidum BGN4, B. longum BORI, B. catenulatum KCTC 3221에서 B-FOS의 대사산물로 젖산(lactic acid), 초산(acetic acid), 부티르산이 검출되었다. 이는 B-FOS가 탄소원으로써 유익균에 의해 잘 이용될 수 있음을 의미한다. 더불어, B-FOS는 Caco-2 세포의 증식을 유의적으로 증가시켰고 FOS로 전환되었다. 특히 포도당과 피루브산이 없는 배지에서 약 1.7 배 세포의 증식을 증가시켰다. 한편, Caco-2 세포 단층의 전기 저항값과 LPS로 자극된 HT-29 세포의 IL-8 생성량은 B-FOS를 처리한 군과 대조군 사이에 유의적인 차이가 없었다. B-FOS가 장내 세균과 Caco-2 세포 각각의 배양 상등액, 세포체, 세포 파쇄액과 직접 반응했을 때, 균은 균체의 세포벽과 세포 내에서, Caco-2 세포는 세포벽, 세포 내, 외에서 B-FOS를 분해하여 FOS와 부티르산을 생성함을 확인할 수 있었다. 하지만, B-FOS를 함유한 배지에 장내 세균을 배양 했을 때 FOS는 확인되지 않았으며, Caco-2 세포를 배양했을 때 부티르산은 확인되지 않았다. 이를 통해 FOS는 장내 세균에 의해, 부티르산은 Caco-2 세포에 의해 이용되었음을 유추할 수 있었다. 이는 B-FOS가 장내 세균의 생장과 Caco-2 세포의 증식을 촉진하는 데 영향을 미칠 수 있음을 의미한다. 이와 같은 결과에 근거했을 때, 본 연구는 B-FOS가 대장 내에 도달한다면, 장 내강에 서식하는 균과 장 상피 세포에 의해 분해되어 FOS와 부티르산으로 전환된 후 유익균의 생장을 촉진함으로써 장내 미생물 군집의 조절에 대한 역할을 할 수 있으며 장 상피세포의 에너지원으로써 이용되어 대장의 생리적 기능에 기여 할 수 있다는 가능성을 제시한다.