BRIC View 2018-T09 BRIC View 동향리포트 프로바이오틱스분야의현주소 ( 프로바이오틱스의과거, 현재, 미래 ) 장성재 한국원자력의학원 E-mail: sjsjj@kirams.re.kr 요약문 일반인에게는 야XX트 라는일본유산균음료회사의상호명으로보다친숙한유산균을포함한프로바이오틱스 (probiotics 1 ) 를이용한산업분야는변화를거듭하며지속적으로성장을해나가고있다. 프로바이오틱스는식품의상품성향상, 혈중콜레스테롤농도의저하, 면역증진, 영양학적효능, 유해효소의합성억제, 장내유해세균의증식억제, 설사치유및정장작용등의효능을가지고있다고알려져있다. 현재프로바이오틱스를이용한시장은축산업, 유가공산업을포함하는식품산업을넘어서제약과화장품산업에이르기까지그사용분야가매우폭넓고다양해지고있다. 본동향리포트에서는프로바이오틱스의최신시장및연구동향, 글로벌트랜드를정리하고국내현황과의비교를통해관련연구자및산업계에최신지견을소개하고자한다. Key Words: 기능성식품, 발효, 프로바이오틱스, 프리바이오틱스, 신바이오틱스, 임상시험 목차 1. 서론 2. 본론 2.1 프로바이오틱스의과거 2.2 프로바이오틱스의현재 1 세계건강기구 WHO (the World Health Organization) 와유엔산하 FAO (the Food and Agriculture Organization of the United Nations) 에서는 충분한양을섭취하였을때건강에도움이되는살아있는균 (Probiotics are living microorganism which when administered in adequate amount confer a health benefit on the host ) 이라고정의하고있다 [1]. 프로바이오틱스분야의현주소 ( 프로바이오틱스의과거, 현재, 미래 ) 장성재 Page 1 / 15
2.2.1 프로바이오틱스산업의특성과시장현황 2.2.2 프로바이오틱스의응용분야 2.3 프로바이오틱스의미래 3. 결론 4. 맺는말 5. 참고문헌 1. 서론 프로바이오틱스 (probiotics) 란단어를어원에따라서해석을하면 for life ( 생명을위하여 ) 란뜻이며, 이는항생제 (antibiotics) 의뜻인 against life ( 생명에반대하여 ) 와는정반대되는말이다. 즉, 항생제는인체에위해한미생물을제거하기위해설계및이용된것에반해, 프로바이오틱스는인체에이로운미생물을의도적으로제공하기위해서고안및활용하고있는것이다. 과거모회사의유산균음료광고에많이등장하였던러시아출신의메치니코프 (Ilya Ilyich Metchinikoff) 박사는 1908년에노벨의학및생리학상을수상했는데, 우리는그가대부분과거광고에서본것과같이 발효우유를먹으면장수를한다 거나 장벽에낀숙변이노화와발병의원인이된다 는사실을밝혀내서노벨상을수상한줄로착각하고있지만, 사실그는인체가외부의침입으로부터몸을지켜내는방법인면역에대하여특히, 식세포 (phagocytes) 및식세포작용 (phagocytosis) 과면역계에서바이러스나세균과같은미생물들을인체의체액성면역계과세포성면역계를통해서제거한다는사실을밝혀낸공로를인정받아노벨상을수상한것이다. 메치니코프박사는실제로젖산을만드는세균을오랫동안섭취해온불가리아의농민들이장수했다고주장했다. 하지만, 그가사망한후다른미생물학자들은메치니코프박사가우상화했던미생물이인체의소화기관에서오랫동안버티지못한다는사실을과학적으로증명했다 ( 표 1). 그후 1930년대일본의미생물학자시로타 ( 代田稔 ) 박사는위산에내성을가진 Lactobacillus casei 라는균주를발견했고, 이를이용해 야XX트 라는최초의유제품을개발했다. 현재일본야쿠르트사는전세계에서매년 120억병이상의오리지널야쿠르트및유산균제품을판매하고있다. 최근에는프로바이오틱스라는용어이외에프리바이오틱스 (prebiotics) 라는소비자에게는친숙하지않는용어가종종사용되고있는데, 프리바이오틱스란프로바이오틱스의먹이가되는영양분을의미하는것으로장내의프로바이오틱스를활성화시킴으로써이의기능을극대화시킬수있다는개념에서출발한것이다. 이미미국과유럽등에서는프리바이오틱스에대한연구가활발하게이루어지고있으며, 소비자들의인식도긍정적으로변화하고있는추세라고한다. 또한, 이러한프로바이오틱스와그들의영양분이되며기능성프로바이오틱스를활성화시킬수있는프리바이오틱스를동시에섭취하도록만든것이 신바이오틱스 (synboiotics) 라는새로운개념으로장내미생물총 (microbiota) 을종합적으로관리하여프로바이오틱스의기능을극대화시킴으로써임상적인유용성을확보하기위한노력들이최근들어많은연구가진행되고있다. 프로바이오틱스분야의현주소 ( 프로바이오틱스의과거, 현재, 미래 ) 장성재 Page 2 / 15
표 1. 프로바이오틱스의종류및기능 균주명 기능 Lactobacillus bulgaricus 우유발효용, 장내에정착하지않으며, 불가리아의장수촌에서메치니코프가처음으로분리함 Lactobacillus thermophiles 요구르트의제조시산을신속하게합성함. 액상요구르트제조균, 항암효과와면역강화기능이우수, 내산성유산균이아 Lactobacillus casei 닌일시적정착균. 치즈에서처음으로분리됨 Lactobacillus rhamnosus 장의정착성이우수, GG균을포함하며 L. casei와특성이유사함. Lactobacillus plantarum 김치의유산발효를주도, 항암효과와면역강화기능이우수하지만, 장내내생균은아님. Lactobacillus acidophilus 장내내생균으로소장에특히잘정착, 혈중콜레스테롤의감소와변비를개선, 산업용으로많이이용 Lactobacillus polyfermenticus 장내에서포자를형성하여장까지도달하는산업용으로부각된균 L. acidophilus, Bifidus sp. 와더불어인체에공생하는 3대유산균중하나로위, Lactobacillus reuteri 소장, 대장, 질등에잘정착함. 항균물질인 reuterin을분비, 설사개선효과가 뛰어나유아용프로바이오틱스에주로사용 그람양성의편성혐기성세균으로인체내에 400여종존재, 장내세균의 Bifidus sp. 30~40%, 모유섭취유아의장내균총중 10~20% 점유, 프리바이오틱스로올리고당을이용, 변비및설사치유, 면역증강, 항종양, 혈중콜레스테롤조절, 유당불내증에효과 Pediococci parvulus 박테리오신 (bactriocin) 생산, 혈중콜레스테롤감소효과 Yeast Saccharomyces boulardii가대표적으로염증성장질환, 궤양성대장염에치료및예방효과 Akkermansia muciniphila 장내점액층에존재하는점액분해세균으로아미노산및비타민등합성, 복합탄수화물의분해능으로제2형당뇨병에대한효과가능성 Faecalibacterium prausnitzii 분뇨미생물총의 5~15% 차지하며위장에가장많이분포하며장표피세포의주요에너지원인낙산 (butyrate) 생산세균 2. 본론 2.1 프로바이오틱스의과거 유산균 (lactic acid bacteria) 이란과거프로바이오틱스대신에많이사용되었던개념적단어로써미생물중에서생육과정에서유당 (lactose) 을대사하여유산을생성하는세균의총칭이다. 일반적으로소비하는당에대하여약 50% 이상의유산을대사산물로생성하는세균을유산균이라고한다. 현대과학이발달하기이전부터인간은발효유제품을중심으로한각종발효식품 ( 장류, 김치등 ) 을광범위하게활용해왔다 [2]. 과거유산균의이용은 1) 유산발효에의한식품보존성의향상, 2) 유산을비롯한 프로바이오틱스분야의현주소 ( 프로바이오틱스의과거, 현재, 미래 ) 장성재 Page 3 / 15
대사산물에의한식품풍미의증진, 3) 길항물질등의생성으로인체유해미생물의억제를통한건강증진, 4) 비타민과같은인체유용물질의합성에의한영양및건강증진효과등으로분류할수있었으나, 대부분이현재사용하는프로바이오틱스의응용분야중하나인건강보조식품의형태가대부분이었다. 2.1.1 유산균의인체에대한효능 [3, 4] (1) 정장작용 인간의장관에는 100종류 100조개의장내세균이서식하고있으며, 음식물의소화와영양분의흡수를돕고감염억제를통해장내항상성유지에기여하는유익균과부패물질, 발암물질, 독소를생산하여노화를촉진하거나각종질병을야기하는유해균 2 이상재하고있다. 장내에정착한유산균은병원성세균이소화관상피에부착하는것을억제하여질병의발생을막아주며, 유산균이생산하는유산, 지방산, 항생물질, H 2 O 2 등은설사를일으키는병원성미생물이나장내유해균을죽이거나증식을억제한다. 또한, 여성의경우내분비계에서대장의운동과기능을조절하여남성에비해변비에걸리기쉬우며, 나이가들수록침과위액의분비량이감소하며위장의운동이약해지는데, 유산균이생산한유산과초산이장운동을증가시켜변비를치료할수있다. (2) 면역증강작용 유산균은면역계에서병원균을감지하는대식세포의활성화를통해세균과바이러스의신속한감지및림프구세포의분열을촉진하여암세포증식방지, 분비성점막면역의주요항체인 IgA (immunoglobulin A) 의생산을증가시키며 -인테페론을생산하게함으로써면역력을증진시켜질병에대항하는효과를발휘한다. 과거 Kaliiomaki 등은유산균의알러지예방효과를보고한바있으며, Hayashi 등도아토피성피부염을중심으로그효과를입증한바있다 [5-7]. 또한, 임산부에서 Lactobacillus casei GG의섭취시키는것은물론신생아에게도지속적으로급여시킨결과아이의아토피성피부염이유의적으로감소했다는보고도있었다. L. casei GG는특히, 과거 rotavirus에대한효과적인경구용백신으로사용된바도있다 [8]. (3) 영양학적가치 대부분의유산균들은발육증식하면서유산을생성하며부산물로 amylase, cellulase, lipase, protease 등다양한가수분해효소를함께생산하며음식의소화및흡수를돕는다. 유산균은비타민 B1, B2, B6, B12 등을합성할뿐만아니라비타민 B1을파괴하는효소의생산균의생육을저해하여장내비타민 B군의안정화를돕니다. 이외에도유산균은발효과정에서 nicotinic acid, 2 장내유해균 : 대장균, 포도상구균, Welchii 균, Salmonella, Clostridium 등 프로바이오틱스분야의현주소 ( 프로바이오틱스의과거, 현재, 미래 ) 장성재 Page 4 / 15
inositol, 비타민 K, 비타민 E 등을생성한다. (4) 혈중콜레스테롤저하 유산균의섭취시발효산물중유기산인 HMG (hydroxy methyl glutarate), orotic acid, uric acid 등에의한콜레스테롤생성의저해는잘알려진것으로특히, Bifidobacterium longum과 Lactobacillus acidophilus의콜레스테롤감소효과가높은것으로보고된바있다. 혈중고콜레스테롤에의한심장병, 동맥경화증, 고혈압및뇌졸중등의혈관계질환의예방에유산균의섭취는매우유익할것으로기대된다. (5) 피부미용효과 대부분의사람은장내에상당량의숙변을가지고있으며, 숙변내의유해세균에의해생산되는다양한독성물질에의해말초성국소염증반응이일어날수있다. 유산균의섭취로인한장내미생물총의항상성및유산균이생산하는 bacteriocin이라는천연항생물질은피부의모낭충을포함하여여드름균및잡균의번식을억제하는효과가있는것으로알려져있다. 2.2 프로바이오틱스의현재 프로바이오틱스는안티바이오틱스 (antibiotics) 에대비되는용어로서 Havenar 등의정의와같이 사람이나동물에게건조세포나발효산물의형태로투여하여숙주의장내세균총을개선하여좋은영향을주는단일혹은복합형태의생균제 를말한다 [9]. 국내에서 야XX트 라고대변되었던유산균에대한관심이점차높아지고 프로바이오틱스 (probiotics) 라는외래어의도입과 김치유산균 등관련제품이다양화하며프로바이오틱스시장이신장하고있는추세다. 최근식품의약품안전처가발표한자료에따르면 2011년약 405억원대였던국내유산균시장은 2013년 804억원에서 2015년 1,579억원으로 4배이상성장했으면, 2016년에는약 2,000억원에육박하는등건강기능식품분야에서두드러진고성장세를유지하고있다 [10, 11]. 2.2.1 프로바이오틱스산업의특성과시장현황 2.2.1.1 국내시장 (1) 일반사항 프로바이오틱스를이용한시장은기능성식품, 식품첨가물, 동물의약품, 인체의약품, 프로바이오틱스분야의현주소 ( 프로바이오틱스의과거, 현재, 미래 ) 장성재 Page 5 / 15
화장품원료, 발효유등그사용이폭넓고다양하다. 아직까지는주로발효유등의 Diary Food & Beverage에활용되는비중이높으며, 세계적인웰빙트랜드와인구고령화에따른건강에대한관심이증가함에따라서프로바이오틱스의수요는꾸준히증가하고있는추세이다. 2016년건강기능성식품중고시형품목총 53종의중에서프로바이오틱스는홍삼 ( 매출 9,900억 ) 에이어서총매출액 1,903억으로 2위 ( 총매출중 10.1%) 를차지했으며, 큰차이없이 1,843억으로비타민및무기질이뒤를이었다 ( 표 2). 프로바이오틱스제조업체는 101개로경기지역에가장많은 35개업체가있었으며, 뒤를이어충청도지역에 33개업체가밀집하고있었다. 건강기능성식품품목중프로바이오틱스제품은총 2,124개로경기및강원도지역에서각각 953개, 286개의제품을생산하고있었다 [11]. 표 2. 건강기능성식품 2016년매출액상위 5개품목 구분 매출액 ( 억원 ) 총매출중비율 (%) 홍삼 9,899.6 52.4 프로바이오틱스 1,903.1 10.1 비타민및무기질 1,842.7 9.7 밀크씨슬 ( 카르두스마리아누스 ) 추출물 1,090.7 5.8 EPA 및 DHA 함유유지 700.4 3.7 [ 출처 : 2016년건강기능식품국내시장규모동향분석, 한국식품안전관리인증원 ] 건강기능식품중에서위 장건강용프로바이오틱스를원료로한제품이가장많이등록되어있으며제품명에 `프로바이오틱스 ' 또는 `유산균 ' 이포함된제품의수는총 1,175개로조사되었다 (2016년 10월 12일기준, 식약처홈페이지 ). 장건강에도움을주는건강기능식품의기능성은크게 3가지로구분되며장건강과관련된기능성원료의인정현황은아래와같다. 1 ( 장내유익균증식및유해균억제 ) 장내균총에서유익균이증가되고유해균수가억제되어장운동및배변활동이개선된경우 2 ( 면역기능조절을통한장건강개선 ) 면역학적지표및싸이토카인변화에의한염증유발상태가개선된경우 3 ( 배변활동개선의기능성 ) 대장운동등이개선되어배변횟수, 배출시간이촉진되고변의수분량이개선된경우 (2) 국내시장분석 한국야쿠르트는 2008년메디컬그룹나무 (Namuh) 라는법인을설립하고본격적인헬스케어사업에진출한이후현재국내유산균분야 1위 ( 점유율 40% 이상 ) 를차지하고있다. 프로바이오틱스분야의현주소 ( 프로바이오틱스의과거, 현재, 미래 ) 장성재 Page 6 / 15
2014년에다목적프로바이오틱스플랜트공장완공을통해생산량을확대하였으며, 2016년갱년기여성을위한건강기능식품을출시하며제품라인을확장하고있다. 주요제품으로는헛개나무프로젝트쿠퍼스, 브이푸드, 바이오리브, LOOK( 룩 ) 등이있다 [10]. 프로바이오틱스생산업체로중간재및완제품을국내 외에 OEM/ODM의형태로공급하고있는 쎌바이오텍은국내프로바이오틱스시장을개척한업체로평가를받고있다. 2013년공중파광고확대로브랜드인지도를확립하였으며, 프로바이오틱스균주의듀얼코팅기술 3 을개발해 2016년한국, 미국, 유럽, 일본, 중국에서특허를출원한바있다 [12]. 주요제품으로는듀오락시리즈가있다. 쎌바이오텍의뒤를이어미생물발효기술과공정및제조기술을보유한 CJ제일제당과일동제약이맹추격을하고있다. CJ제일제당은유산균전문브랜드 Byo유산균 을 2015년런칭하며본격적인사업확대에나섰으며, 같은해일동제약도 지큐랩 브랜드를선보이고프로바이오틱스사업에본격적으로뛰어들었다. 식약처에따르면현재프로바이오틱스관련 93개회사가총 1,812개 ( 원료성포함 ) 의제품에대해허가를받았다고한다. 프로바이오틱스시장이더욱확대되고있는만큼원료의단순수입보다는장기적으로차별화된기능성제품을만들수있는기술력이우수한업체가시장을선도할것으로전망된다. 표 3. 위 장건강기능성원료인정현황 (2015년 12월기준 ) 구분 기능성원료 위건강 / 소화기능 인정형 (4개) 감초추물물, 매스틱검, 비즈왁스알코올, 아티초크추출물 갈락토 올리고당, 대두 올리고당, 카피만노 올리고당 분말, 라피노스, 인정형 (10개) 락추로스파우더, 이소말토올리고당, 자일로올리고당, 밀전분유래난소화성 말토덱스트린, 프로바이오틱스 (VSL#3), 무화과페이스트 장건강 알로에겔, 알로에전잎, 구아검, 구아검가수분해물, 글루코만난, 난소화성 고시형 (17개) 말토덱스트린, 프락토올리고당, 대두식이섬유, 밀식이섬유, 보리식이섬유, 분말한천, 아라비아검, 폴리덱스트로스, 차전자피, 이눌린 / 치커리추출물, 프로바이오틱스, 목이버섯 2.2.1.2 국외시장 프로바이오틱스는국내의경우유산균음료에대한인식이강하여건강기능식품중에서도기호품의성격으로인식되는경우가많지만, 유럽이나일본등선진국에서는장건강을위한필수품으로받아들여지고있다. 세계시장규모는 2015년기준약 36조원에육박하였으며, 2020년까지매년 7% 정도의증가세를보여약 53조원에이를것으로예측된다 [13]. 2010년까지는유럽시장이가장큰규모를차지했었지만, 이후아시아 / 태평양시장의규모가이를추월하여가장 3 단백질로프로바이오틱스를코팅후다당류를이용하여한번더코팅한기술로써내산성및내담즙성을강화하여장내도달률을향상시키고단백질이체내에서잘분해되어장에도달한프로바이오틱스가제기능을수행할수있도록개선한기술 프로바이오틱스분야의현주소 ( 프로바이오틱스의과거, 현재, 미래 ) 장성재 Page 7 / 15
큰시장규모를이루고있다. 점차적으로개발도상국인중국과인도의식음료산업의팽창과더불어 시장성이더욱증가할것으로예측된다. (1) 미국 미국의건강기능식품시장은 2015년약 404억달러의규모로연평균 7.1% 성장하여 2020년에는약 569억달러 ( 약 63조원 ) 에이를것으로전망된다. 이중에서식품보조제 ( 보충제 ) 시장은천연물 / 전통식품보조제가가장큰시장을형성하고있으며 2015년약 34.7억달러 ( 약 3조 9,002억원 ) 규모를형성하고있다 [14]. 특히소화기능이저하되어영양분섭취에어려움을겪는미국인들의소화기능촉진을위한보조제로서프로바이오틱스제품은 17.2억달러규모를형성하였으며식품보조제분야에서연평균 14.2% 로가장높은성장률을기록하였다 [10]. (2) 일본 일본의건강기능식품시장은 2015년에약 109억달러 ( 약 12조원 ) 규모로연평균 2.3% 성장하여 2020년에는약 122억달러 ( 약 14조원 ) 에이를것으로전망된다. 일본야쿠르트와메이지유업이각각 40%, 20% 정도로시장점유율이높고, 일본모리나가가 11% 정도를차지하고있다. (3) 유럽 낙농업이발달한유럽에서는이미 1982년부터유산균유전자에대한체계적인연구를통해프로바이오틱스에대한기준을마련한바있다. 특히, 프로바이오틱스를직접생산및 1차가공하여다양한식품또는의료회사에납품하고있는업체는덴마크의다니스코, 크리스한센, 프랑스의다농, 스위스의네슬레등이다. 스웨덴의바이오가이아 (Biogaia AB), 프로비 (Probi AB), 영국의 Probiotics International과같은중소업체들이독자적인기술을통해개발한균주의특허를확보하고프로바이오틱스시장에진출을시도하고있다. (4) 중국 중국의건강기능식품시장은 2015년에약 163억달러 ( 약 18조원 ) 의규모로연평균 13.8% 성장하여 2020년에는약 267억달러 ( 약 30조원 ) 에이를것으로전망된다. 프로바이오틱스제품은주로약국등에서판매하고있는실정으로 2009년에실시한의료제도개혁에서국민건강의중점을치료가아닌예방에목적으로두고있어부모들이자녀들의면역력강화와장내소화를돕기위한구매가주를이루고있다. 하지만, 아직은프로바이오틱스에대한국민들의인지도가낮은편이지만, 천연영양보조식품의수요가지속적으로증가하는추세로프로바이오틱스에대한소비도증가할것으로예측된다 [15]. 프로바이오틱스분야의현주소 ( 프로바이오틱스의과거, 현재, 미래 ) 장성재 Page 8 / 15
2.2.2 프로바이오틱스의응용분야 현재과학적으로기능이입증되어건강기능성표시가가능한내용으로는 1) 로타바이로스성설사개선, 2) 항생제관련설사개선, 3) 유당불내증경감, 4) 유아의식이성알러지증상경감, 5) 정장작용등이며, 동물실험이나인체를대상으로한연구내용은 1) 비만치료, 2) 인슐린저항성증후군치료, 3) 제2형당뇨병치료, 4) 비알콜성지방간치료, 5) 과민성대장염, 크론병, 궤양성재장염경감, 6) 위장관내 H. pylori 증식억제, 7) 장내환경개선 8) 아토피성알러지경감, 9) 유아및아동의호흡기감염증억제 10) 유당불내증경감, 11) 발암위험저감또는항암효과등에대하여임상연구를포함하여다양하게진행되고있다 ( 표 4)[16]. 특히, Lactobacillus acidophilus La5과 Bifidobacterium lactis Bb12의경우체지방감소, 공복시혈당감소, 혈중콜레스테롤개선 ( 총지질및 LDL 콜레스테롤감소 ) 를비롯하여지방간개선에도좋은효과를보이는것으로나타났으며, 단일보다는복합프로바이오틱스의경우건강개선효과는두드러지는양상을보였다. 2.2.2.1 프리바이오틱스 1995년깁슨등 (Gibson & Roberfroid) 은프로바이오틱스와유사한기능을가진프리바이오틱스 (prebiotics) 란개념을제안했는데, 프리바이오틱스란 장에유익한미생물의성장을선택적으로활성화하여숙주의건강을개선하는비소화성식품성분 을말한다 [17]. 프리바이오틱스의대부분은올리고당이나다당체의형태를띠는데대표적인것은과거에는 inulin, lactulose, lactitol 등이비피더스균등의유익균의먹이로주로활용되었고, 최근에는보다다양하게 AX (arabinoxylan), FOS (fructooligosaccharide), GOS (galacto oligosaccharide), OFS (oligofructose) 등이활용되고있다. 특히, 프리바이오틱스의선택에있어서는 1) 상부소화기관에서의분해및흡수에대한저항성이있는것, 2) 장내미생물총에의해발효가능한것, 3) 숙주의건강에유익할것, 4) 프로바이오틱스의성장에선택적인자극이될것, 5) 조리및가공시에안정할것등이매우중요하다. 최근까지비만, 인슐린저항성증후군, 제2형당뇨병, 비알콜성지방간, 과민성대장염, 크론병, 궤양성재장염경감, 위장관내 H. pylori 증식억제, 장내환경개선, 유아및아동의아토피성알러지를비롯한호흡기감염증억제, 유당불내증, 발암위험저감또는항암효과에이르기까지매우다양한적응증을대상으로많은많은임상연구들이진행되고있다 ( 표 5). Raffinose, stachyose, ractitol, GOS, isomaltoologosaccharide 등과같은프리바이오틱스도현재연구중에있으나좀더인체에대한연구가필요한실정이다. 2.2.2.2 신바이오틱스 프로바이오틱스의산업활용에서과거사료첨가용성분으로개발되어프로바이오틱스와프리바이오틱스를혼합한신바이오틱스 (synbiotics) 형태의제품으로개발되었으며, 생균제의장내 프로바이오틱스분야의현주소 ( 프로바이오틱스의과거, 현재, 미래 ) 장성재 Page 9 / 15
정착력을더욱증진시키는효과가기대되어사료효율의개선에주로활용되어왔다. 신바이오틱스관련수요는지속적으로증가하고있는실정으로최근진행되고있는프로바이오틱스연구는대부분이이에해당한다고볼수있을정도로임상연구도활발하게진행되고있다. 최근까지비만, 인슐린저항성증후군, 제2형당뇨병등을포함한대사질환 [18-19], 비알콜성지방간, 과민성대장염, 크론병, 궤양성재장염경감, 위장관내 H. pylori 증식억제, 장내환경개선, 유아및아동의아토피성알러지를비롯한호흡기감염증억제, 유당불내증, 발암위험저감또는항암효과에이르기까지매우다양한적응증을대상으로많은임상연구들이진행되고있는실정이다 ( 표 6). 특히, 프리바이오틱스임상연구에서높은효과를보였던 L. acidophilus La-5나 B. animalis subsp. lactis Bb12, L. rhamnosus GG를포함한복합유산균과 FOS 또는 inulin을혼합처리한신바이오틱스가최근주로임상연구에활용되고있는것으로보인다. 표 4. 프리바이오틱스임상적용용예시 [16] 표적질병 보고년도 대상 균주명 적용기간 효과 2000 E. faecium, 과체중및비만체중, 수축기혈압, LDL-C S. thermophilus 8주 70명감소, 피브리노겐수준증가 2종 2010 BMI 높은 87명 L. gasseri SBT2055 8주 BMI, VFA, 허리둘레, 힙둘레감소 2012 비만성인 50명 L. salivarius Ls-33 12주 효과없음 2013 비만성인 50명 L. salivarius Ls-33 12주 Bacteroides, Prevotellae, Porphyromonas 비율증가 2013 내장지방 (VFA) 많은성인 210명 L. gasseri SBT2055 12주 BMI, 동맥혈압감소 2013 비만성인 40명 L. plantarum 3주 BMI, 동맥혈압감소비만 L. acidophilus La5, BMI, 지방분율, 렙틴수준 2013- BMI 높은 75명 B. lactis Bb12, 8주감소및 PBMCs의유전자 2014 L. casei DN001 발현변화 2014 과체중 60명 Bifidobacterium, 지질프로파일, 인슐린민감성 Lactobacillus, 6주개선, CRP 감소 S. thermophiles 2015 비만폐경여성 58명 L. paracasei N19 6주 효과없음 2015 L. acidophilus La5, 과체중성인 B. animali subsp, 156명 lactis Bb12 6주 공복혈당감소, HOMA-IR 증가 2012 IRS 환자 28명 L. casei Shirota 12주효과없음인슐린저항성 2013 IRS 환자 30명 L. casei Shirota 12주 VCAM-1 수준의현저한감소증후군 IRS 폐경여성포도당, 호모시스테인수준의 (IRS) 2014 L. plantarum 12주 24명현저한감소 T2D 남성환자 L. acidophilus 제2형당뇨병 2010 4주효과없음 45명 NCFM (T2D) 2011 T2D 환자 60명 L. acidophilus La-5, 6주 TC, LDL-C 개선 프로바이오틱스분야의현주소 ( 프로바이오틱스의과거, 현재, 미래 ) 장성재 Page 10 / 15
비알콜성지방간 (NFFLD) IBS (Irritable bowel syndrome) 장질환, Helicobacter 제균, IBD (Inflammatory bowel diseses), 설사아토피성피부염 (AD) B. lactis Bb12 2012 T2D 환자 64명 L. acidophilus La-5, 공복혈당감소당, 항산화 6주 B. lactis Bb12 상태 2014 T2D 환자 44명 L. acidophilus La-5, HDL-C 수준증가, LDL- B. animali subsp. 8주 C/HDL-C 비율감소 lactis BB-12 2015 T2D 환자 40명 L. plantarum A7 8주 메틸화과정, SOD, 8-OHDG 감소 2015 T2D 환자 45명 L. acidophilus La-5, 그룹간의 HbA1c, TC, LCL-C B. animali subsp. 6주평균값현저한차이 lactis BB-12 2011 NAFLD 소아환자 20명 L. rhamnosus GG 8주 ALT, PG-PS IgAg 항체감소 2011 NAFLD 성인환자 L. bulgaris, 28명 S. thermophilus 12주 ALT, -GTP 수준감소 2014 NAFLD 환자 72명 L. acidophilus La-5, ALT, ASP, TC, LDL-C의혈청 B. breve subsp. 8주수준감소 lactis Bb12 2014 NAFLD 비만소아 44명 2003 H. pylori 감염환자 16명 2005 H. pylori 감염환자 59명 중이염, ( 또는 ) 2005 호흡기감염소아 269명 2005 장급성통증수유부신생아 90명 2009 궤양성대장염환자 77명 2005 심한 AD 소아환자 53명 2008 임산부 512명과신생아 474명 알러지고위험 2009 소아의 156명 엄마와아이 2010 AD 소아환자 Bifidobacterium, 지방간개선, BMI 감소, Lactobacillus, 16주 GLP1/aGLP1 비율증가 S. thermophilus L. casei Shirota 6주 대조군에비해 H. pylori 생장 2배억제 L. acidophilus La-5, B. lactis Bb12 6주 H. pylori에대한저해효과 Placebo 대조군에비해설사 S. cerevisiae No data 3배감소 부작용없음 L. reuteri ATCC 프로바이오틱스사용 6개월 55730 1주후부터통증및증상경감 Probiotic VSL#3 12주 Placebo 대조군에비해약 3배증상완화 L. fermentum VRI SCORAD (Scoring Atopic 8주 033 PCC TM Dermatitis) 감소여성임신 L. rhamnosus 35주 ~ 수유유아습진의대체적감소 HN001 6개월, 신생아 2년생후 3개월이내에여성임신 B. bifidum, 프로바이오틱스를섭취한마지막 6주, B. lactis, L. lactis 최소 2년동안습진의현저한아이 12개월감소 IFN-g와 IL-10 비율의개선을 B. animali subsp. 8주동반한 AD 증상의현저한 lactis 감소 프로바이오틱스분야의현주소 ( 프로바이오틱스의과거, 현재, 미래 ) 장성재 Page 11 / 15
유당불내증경감 항암, 암관련 부작용 건강한유당불내증 2003 성인 15명 2017 44명자궁경부암방사선요법시 2007 설사경험 63명환자대장암진단받은 2010 환자 150명대장암환자 2011 100명 S. lactis, L. plantarum, S. cremoris, L. casei, S. diacetylactis, S. florentinus, L. cremoris 1일 유당소화및내성개선 B. animali subsp. animalis IM386(DSM 설사및고창 ( 헛배 ) 의현저한 6주 26137), L. 저하효과 plantarum MP2026 (DSM 26329) L. acidophilus, B. bifidum 7주 설사감소및배변개선 설사및복부불쾌감개선, L. rhamnosus 573 24주 장독성에의해항암제용량을 줄인환자수감소 L. plantarum CGMMCC No 장점막벽개선, 감염합병증 1258, L. 16일감소 acidophilus LA-11, B. longum BL-88 2.3 프로바이오틱스의미래 앞서소개한프로바이오틱스, 프로바이오틱스와프리바이오틱스, 이를동시에투여 ( 섭취 ) 하는신바이오틱스관련임상연구에서보여지듯이프로바이오틱스균주자체에대한기초연구를넘어서이제는프로바이오틱스가살아가는환경및장내미생물총에이르기까지인체에유용한효과를얻기위하여종합적고찰을통하여프로바이오틱스를응용하는단계에까지진입한모양새다. 본프로바이오틱스의미래에서는프로바이오틱스를사용하여새롭게등장한개념및몇몇최신연구동향에대해서소개하도록하겠다. 2.3.1 운동에의한천식치료 2016년 8월영국 Nottingham Trent University의 Kirsty A. Hunter 박사연구팀은운동에의한천식환자들에게프리바이오틱스가좋은치료제가될수있다보고했다 [20]. 연구진은장내미생물총과면역체계, 알러지의연관관계를연구한결과장속에살아있는미생물들이호흡기질환에있어서매우중요한면역기능과알러지에상당한영향을미칠수있다는결과를보고하였다. 3주간 Bimuno-galactooligosaccharide (B-GOS) 보충제를사용한결과, C-reactive protein (CRP) 과 프로바이오틱스분야의현주소 ( 프로바이오틱스의과거, 현재, 미래 ) 장성재 Page 12 / 15
chemokine CC ligand 17 (CCL17) 를포함한기도부위염증에대한혈액속바이오마커가감소했고 운동에의해유발된천식에있어뚜렷한향상을보였다고한다. 2.3.2 사이코바이오틱스 사이코바이오틱스 (psychobiotics) 는프로바이오틱스와상호작용하여정신건강에이익을주는물질을생산하는세균으로정의된다. 2016년 11월에보고된영국옥스포드대학의연구결과에의하며, 장내미생물들과두뇌사이의의사소통을조절하여정신질환을치료하고인지능력을향상시킬수있다는개념을제안하였다 [21]. 이들은장내프로바이오틱스의성장에도움을줄수있는프리바이오틱스로확장하는데중점을두고이들이어떻게감성적, 인지적, 체계적, 신경적변수에영향을주고건강과질병에어떤관련이있는지를조사하였다. 비록쥐를이용한실험이었지만, 장내미생물총이호르몬과신경전달물질에영향을미쳐특히, 학습과기억능력에연결된뇌유래신경영향인자 (brain-derived neurotrophic factor, BDNF) 를증가시킨다고보고하였다. 2.3.3 장내미생물유전체연구 일반적으로장내정상균총 (normal flora) 은인체숙주의대사과정을효율적으로활용하여안정적인군집을형성함과동시에숙주와공생하면서외부로부터의위협을차단하는기능도함께수행한다 [22]. 2010년유럽의 MetaHit 프로젝트는인간의장에서서식하는미생물전체의유전정보를포괄하는 microbiome( 마이크로비옴, 미생물유전체 ) 을발표했다. 인간지놈프로젝트에이어 330만개미생물들의유전자를밝혀낸것이다. 최근마이크로비옴연구는상관관계와인과관계를밝히기위한실험적증명을넘어, 현재까지의연구성과를질환의예방과인간의건강증진을위해적용하기위한시도를향해나아가고있다. 마이크로비옴신약기술은 2011년, Science지선정- 10대 breakthrough 기술 및 2014년 세계경제포럼선정-미래를바꿀 10대떠오르는기술 에선정되었다. 최근에도유효기능성미생물의순수분리와발굴및효능평가, 인체적용가능성의탐색과관련된연구가활발히진행되고있다. 현재까지의장내마이크로비옴연구가메타지노믹스 (metagenomics) 를위주로진행되어왔다면앞으로는특정조건에서발현되는미생물유전자와단백질을평가하는메타전사체 (metatranscriptomics), 메타단백질체 (metaproteomics), 대사체학 (metabolomics) 등과같은보다접근법이활용되어보다통합적인장내미생물-숙주간의커뮤니케이션에대한이해가가능해질것이다. 3. 결론 과거단순한유산균음료에서시작한프로바이오틱스이용연구는현재과거의정장제나유산균음료를통한단순한영양보충의기능에서벗어나대사질환과아토피성피부염개선및치료, 면역증강등다양한질병의치료및신경계질환의치료에이르기까지그시장성이급성장하고있다. 프로바이오틱스분야의현주소 ( 프로바이오틱스의과거, 현재, 미래 ) 장성재 Page 13 / 15
기존의배양공정및엔지니어링개발에이어서수년전화제가되어온마이크로캡슐또는이중코팅기법등의신기술과더불어최신의프로바이오틱스와장내미생물총 (microbiota) 사이의상호작용및커뮤니케이션이다양한질병의연결고리에관여하며, 이를조절함으로써다양한임상적효과를얻을수있다는사실들이밝혀짐에따라서더욱기대감이커지고있는현재프로바이오틱스산업의미래는밝다고볼수있다. 하지만, 프로바이오틱스는활성을가진생균을사용하는만큼오남용에따른부작용의가능성은항상잠재해있으므로그사용에있어서주의가필요하며, 프로바이오틱스의복용및활용에있어서좀더구체적이고적절한가이드라인의마련이필요할것으로사료된다. 또한, 다음과같은내용을포함한추가적인연구가보강되어야할것으로생각된다. 1 표적이되는미생물총의변화를유도하기위한프로바이오틱스의선택? 2 건강증진을위해필요한프로바이오틱스또는미생물총의변화수준은? 3 개인별맞춤형프로바이오틱스의필요또는수요는있는지? 4 차세대프로바이오틱스및치료용미생물은? 4. 맺는말 최근프로바이오틱스를이용한활용연구는프리바이오틱스와동시에프로바이오틱스를적용하는신바이오틱스의개념이대부분으로다양한임상적용이진행되고있다. 이는프로바이오틱스의작용기작이과거에비해서명확해지고관련연구분야의확대와더불어적용가능성분야의다양화에힘입은것이라는사실을알수있다. 특히, 최근에몇몇프로바이오틱스 (Lactobacillus, Bifidobacterium) 와프리바이오틱스 (inulin, oligofructose) 의경우안전성이이미확보된것들로 FDA의승인이필요없다고한다. 본자료의표 5~6의경우프로바이오틱스, 프리바이오틱스, 신바이오틱스를활용한최근의다양한적응증에대한임상시험관련정보를정리한것으로관련연구자들에게도움이될수있을것으로기대된다. 5. 참고문헌 [1] Food and Agricultural Organization of the United Nations and World Health Organization. (2001) Health and nutritional properties of probiotics in food including powder milk with live lactic acid bacteria. World Health Organization [2] 임번산, Probiotics의기술및시장동향, 식품기술제17권제3호, 2004. 09. [3] Fuller R., Probiotics in man and animals, J. Appl. Bacteriol., 1989, 66, 365-378. [4] 강태진, 유산균의효능과이용, Biowave, 2009, 11(7), 1-20. [5] Kalliomaki M., et al., Probiotics in primary prevention of atopic disease: a randomized placebo-controlled trial, Lancet, 2001, 357(9262), 1076-1079. [6] Kalliomaki M., et al., Probiotics and prevention of atopic disease: 4-year follow-up a placebo-controlled trial, Lancet, 2003, 361(9372), 1869-1871. 프로바이오틱스분야의현주소 ( 프로바이오틱스의과거, 현재, 미래 ) 장성재 Page 14 / 15
[7] Segawa S, Hayashi A, et al., Oral administration of heat-killed Lactobacillus brevis SBC8803 ameliorate the development of dermatitis and inhibits immunoglobulin E production in atopic dermatitis model NC/Nga mice, Biol. Pharm. Bull., 2008, 31(5), 884-889. [8] Isolauri E., et al., Improved immunogencity of oral DxRRV reassortant rotavirus vaccine by Lactobacillus casei GG, Vaccine, 1995, 1393, 310-312. [9] Havenar R., et al., Probiotics: a general view. In: Wood BJB, ed. Lactic acid bacteria in health and disease. Vol. 1, Amsterdam: Elsevier Applied Science Publishers, 1992. [10] 연구성과실용화진흥원, 건강기능식품시장동향, S&T Market Report, 2016. 10. [11] 한국식품안전관리인증원, 2016 건강기능식품국내시장규모동향분석, 2017. 08. [12] 서재구등, 프로바이오틱제품개발동향과과제, KSBB Journal, 2010, 25, 303-310. [13] 김용규, 프로바이오틱개발과시장동향, BRIC VIEW 동향리포트, 2016-T13. [14] 2015 농식품해외시장맞춤조사 : 미국프로바이오틱스시장조사, 한국농수산식품유통공사, 2016. [15] 2015 농식품해외시장맞춤조사 : 중국프로바이오틱스시장조사, 한국농수산식품유통공사, 2016. [16] Markowiak P. and Sli zewska K., Effects of probiotics, Prebiotics, and Synbiotics on Human Health, Nutrients, 2017, 9, 1021-1050. [17] Gibson G.R. and Roberfroid M.B., Dietary modulation of the human colonic microbiota: introducing the concept of prebiotics, J. Nutrients, 1995, 125(6), 1401-1412. [18] Evivie S. E., et al. Some current applications, limitations and future perspectives of lactic acid bacteria as probiotics, Food & Nutri. Res., 2017, 61, 1318034. [19] Yoo J.Y. and Kim S.S., Probiotics and Prebiotics: Present Status and Future Perspectives on Metabolic Disorders, Nutrients, 2016, 8, 173-192. [20] William N.C., et al., A prebiotic galactooligisaccharide mixture reduces severity of hyperpnoea-induced bronchoconstriction and markers of airway inflammation, Br. J. Nutri., 2016, 116(5), 798-804. [21] Sarkar A., et al., Psychobiotics and the manipulation of bacteria-gut-brain signals, Trends in Neurosci., 2016, 39(11), 763-781. [22] Hooper L.V., et al., A molecular sensor that allows a gut commensal to control its nutrient foundation in a competitive ecosystem. Proc Natl Acad Sci USA 1999, 96, 9833-9838. The views and opinions expressed by its writers do not necessarily reflect those of the Biological Research Information Center. 장성재 (2018). 프로바이오틱스분야의현주소 ( 프로바이오틱스의과거, 현재, 미래 ). BRIC View 2018-T09 Available from http://www.ibric.org/myboard/read.php?board=report&id=2912 (Mar 02, 2018) Email: member@ibric.org 본콘텐츠는의후원으로작성되었습니다. 프로바이오틱스분야의현주소 ( 프로바이오틱스의과거, 현재, 미래 ) 장성재 Page 15 / 15