[연재]락토바실러스②:환경 적응력이 강한 미생물-어느 치과의사의 프로바이오틱스 관심(23)
[연재]락토바실러스②:환경 적응력이 강한 미생물-어느 치과의사의 프로바이오틱스 관심(23)
  • 식품음료신문
  • 승인 2016.09.05 01:25
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불가리쿠스 등 환경별 특화시켜 진화
유산 만드는 1그룹 유제품 발효 스타터 사용

△김혜성 원장<사과나무치과병원>
락토바실러스는 많은 다양성을 보인다. 증식하기 좋은 최적 온도는 30~40℃, PH 5.5~6.2 정도의 약한 산성을 좋아하지만 2℃나 53℃에서도 살 수 있으며 PH 3~8에서도 증식할 수 있을 만큼 다양한 환경에서 살아간다.

게놈 분석을 통해 본 락토바실러스는 특정 환경에 적응한 특화종(specialist)과 다양한 환경에서 적응능력을 키운 일반종(generalist)이 있다. 이를 바탕으로 서식지에 따라 락토바실러스는 크게 3종류로 나눌 수 있다.

유제품에서만 분리 가능한 종 : 불가리쿠스, 헬베티쿠스
△유제품 환경에 적응하면서 대사의 단순화가 일어난다.
△당대사나 아미노산 생합성에 관련된 유전자가 소실된다.
△펩타이드를 운반하고 가수분해할 수 있는 유전자가 증가 양상이 보이는데 이는 단백질이 풍부한 우유라는 환경에 적응해 가는 결과로 보인다.
△불가리쿠스 유전자 중 12%, 헬베티쿠스 유전자 중 19%가 유전자로서의 기능을 상실하고 있는 위유전자(pseudogene)다.

포유류 소화관에서 흔하게 분리 가능한 종 : 애시도필러스 가제리
△소화관 환경에 적응하는 유전자가 보인다. 예를 들어 소화관을 코팅하고 있는 뮤신에 부착할 수 있는 단백질을 생산하는 유전자를 가진다.
△소화관으로 들어오는 다양한 당을 분해할 수 있는 유전자를 가진다.
△14~17개 정도 아미노산을 생합성할 수 있는 유전자를 가진다.

높은 적응력으로 다양한 서식지에서 분리 가능한 종 : 플란타룸, 카제이, 파라카제이, 람노서스
△다양한 환경에 적응하기 위해 당 대사와 관련된 운반, 조절 기능의 유전자 보유한다.
△대부분 아미노산을 생합성할 수 있다.
△유전자 중 수평적 유전자 교환(HGT)의 부분이 많아 새로운 환경에 바로 적응할 수 있는 능력이 크다.
△많은 유전자를 가지기 때문에 상대적으로 게놈 사이즈가 크다.

아울러 락토바실러스는 대사산물도 크게 세 가지로 나눌 수 있다. 대사산물로 85% 이상 젖산을 생산하는 정상발효균(obligatory homofermentative)과 당을 대사해서 젖산과 더불어 알코올이나 초산, 이산화탄소를 만드는 이상발효균(Heterofermantative) 그리고 정상발효를 하다가 특정 조건이 되면 이상발효를 하는 탄력적인 균(Facultatively heterofermentive) 등이다. 이들을 분류해 보면 다음과 같다.

Obligately homofermentative(Group I) : 혐기성 환경에서 당을 대사해 주요산물로 유산을 만든다. 때문에 유제품의 발효 스타터로 사용된다. L. acidophilus, L. delbrueckii, L. helveticus, L. salivarius

Facultatively heterofermentative (Group II) : 대게 혐기성 환경에서 당을 대사해 주요산물로 유산만을 만드나, 특정 조건이나 재료들이 주어지면 유산 외에도 이산화탄소나 기타 부산물을 만든다. L. casei, L. plantarum, paracasei rhamnosus

Obligately heterofermentative (Group III) : 당을 대사해서 유산, 알코올, 초산과 이산화탄소 가스 만든다. 유제품의 스타터로는 잘 사용하지 않는다. L. brevis, L. fermentum, L. reuteri

전체적으로 락토바실러스는 환경에 대한 적응력이 강해 그에 맞춰 대사에 관계되는 단백질 합성을 조절한다. PH, 온도, 삼투압 변화와 같은 여러 환경에서 압력에 맞춰 특정 대사 경로의 스위치를 켰다 껐다 하기도 한다.

이 모든 것은 유전자를 통해 조절될 것이다. 즉 박테리아들도 선천적인 유전자와 후천적 환경을 서로 소통하며 자연 선택과 적자생존을 지속한다는 것이다.

아울러 락토바실러스는 환경에서 이용할 수 있는 탄수화물 종류에 따라 그것을 분해할 수 있는 대사과정을 조절한다. 예를 들어 플라타룸을 포도당이 많은 배지에서 배양하면 주로 포도당을 대사하는 경로로 이용되고 이당류인 락토스 분해 효소를 억제한다. 좀 더 편하고 빠른 대사를 택하는 것이다.

이 밖에 락토바실러스는 상대적으로 다른 박테리아에 비해 산성 환경에서도 생존이 가능하지만 탄수화물 분해 효소가 감소됨으로서 대사속도가 늦어지는 경향이 있다.

이러한 능력으로 락토바실러스는 환경에 특화시켜 자신을 진화해 왔다. 이중 요거트의 스타터로 많이 쓰이는 불가리쿠스의 경우 우유라는 생태환경에 자신을 적응시켜온 것으로 보인다. 불가리쿠스는 다른 탄수화물 분해에 필요한 유전자들은 많이 퇴화된 반면 우유의 탄수화물인 유당(lactose) 분해는 잘한다.

또 치즈의 스타터로 많이 쓰이는 헬베티쿠스의 경우도 당 분해와 관련된 유전자는 적은 반면 지방산 합성이나 특정 아미노산 대사와 관련된 유전자가 부가적으로 많다. 이에 비해 애시도필러스는 불가리쿠스나 헬베티쿠스에 부족한 당 분해와 관련된 유전자를 많이 가지고 있다.



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