Fermented products of Bacillus velezensis improve growth, intestinal health and immune functions of crucian carp (Carassius auratus) by regulating its intestinal core microbiota
본 연구는 *Bacillus velezensis* LK1의 발효 생성물, 특히 그 배양액이 핵심 장내 미생물군, 구체적으로 유익한 *Cetobacterium* 종을 촉진함으로써 아붕어의 성장, 면역력 및 장 건강을 유의미하게 향상시키는 지속 가능한 항생제 대체제 역할을 한다는 것을 입증한다.
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모든 물고기의 뱃속에는 북적이는 보이지 않는 도시가 자리 잡고 있습니다. 이것이 바로 장내 미생물군집(gut microbiome)으로, 제2의 면역 체계이자 소화의 주요 엔진 역할을 하는 복잡한 박테리아 공동체입니다. 건강한 동물에게 이 공동체는 유익한 박테리아가 중립적인 박테리아와 함께 협력하며 해로운 침입자를 저지하는 균형 잡힌 생태계입니다. 그러나 스트레스, 좋지 않은 식단, 또는 약물의 과다 사용으로 인해 이 균형이 깨지면, 도시는 혼돈에 빠질 수 있으며 이는 질병과 성장 저하로 이어집니다. 수십 년 동안 농부들은 이러한 질병 발생을 막고 가축을 빠르게 성장시키기 위해 항생제에 의존해 왔습니다. 하지만 이러한 약물의 과도한 사용은 위험한 부작용을 낳았습니다. 박테리아가 항생제에 내성을 갖게 된 것이며, 약물의 흔적이 우리가 먹는 음식물까지 찾아들고 있다는 점입니다. 정부들이 항생제를 일상적인 성장 촉진제로 사용하는 것을 금지하려는 움직임을 보이면서, 위험 없이 동물을 건강하게 유지할 수 있는 천연 대체제를 찾는 연구가 진행 중입니다.
중국의 연구진은 Bacillius velezensis라고 불리는 특정 종류의 박테리아에 주목했습니다. 이 미생물은 자연적인 생존자로, 가혹한 환경에서도 견딜 수 있는 단단하고 휴면 상태인 포자를 형성할 수 있으며, 다른 해로운 박테리아를 물리치는 물질을 생성합니다. 과학자들은 이미 살아있는 Bacillus 박테리아를 사료에 첨가하는 것이 물고기의 성장에 도움이 된다는 사실을 알고 있었지만, 새로운 연구는 진정한 힘이 살아있는 박테aria 자체가 아니라 그들이 만들어낸 발효 액체에 있다는 것을 시사합니다. 아시아에서 인기 있는 담수어인 듯팽이(crucian carp)에게 Bacillus velezensis의 발효 배양물을 풍부하게 넣은 식단을 먹인 결과, 연구진은 살아있는 박테리아만을 사용하거나 심지어 전통적인 항생제를 사용하는 것보다 더 효과적으로 성장을 촉진하고 면역력을 높이는 방법을 발견했습니다.
연구는 간단한 질문에서 시작되었습니다. "이 유익한 미생물의 어떤 형태가 가장 효과적인가?" 연구팀은 수백 마리의 어린 듯팽이를 대상으로 실험을 설계하고 네 그룹으로 나누었습니다. 첫 번째 그룹은 표준 식단을 받았습니다(대조군). 두 번째 그룹은 살아있는 Bacillus 박테리아를 먹었습니다. 세 번째 그룹은 박테리아와 더불어 효소 및 항균 화합물과 같이 발효 과정 중에 생성된 대사 부산물을 모두 포함하고 있는 발효 배양물을 섭취했습니다. 마지막 그룹은 표준 항생제가 포함된 식단을 먹었습니다. 약 2개월 동안 연구진은 물고기의 성장, 음식 소화 능력, 그리고 면역 체계의 반응을 관찰했습니다.
결과는 놀라웠습니다. 발효 배양물을 먹은 물고기는 항생제를 먹은 그룹을 포함하여 다른 어떤 그룹보다 더 빠르게 성장했으며, 음식을 체질량으로 전환하는 효율도 더 높았습니다. 또한 이들은 더 강력한 면역 방어력과 더 나은 항산화 능력을 보여주었는데, 이는 이들의 몸이 스트레스와 손상에 더 잘 대처할 수 있음을 의미합니다. 놀랍게도 살아있는 박테리아만을 먹은 그룹은 성장이나 면역 측면에서 동일한 유의미한 개선을 보이지 않았습니다. 이는 치료의 핵심이 박테리아가 물고기의 장에 군집을 형성하는 데 있는 것이 아니라, 발효 중에 생성된 유익한 물질들의 조합(cocktail)에 있다는 것을 시사합니다. 발효 배양물은 강력한 프리바이오틱스처럼 작용하여 물고기의 내부 환경을 건강에 유리하도록 재편했습니다.
이러한 현상이 왜 일어났는지 이해하기 위해 과학자들은 물고기의 장 내부를 들여다보았습니다. 그들은 발효 배양물이 장내 박테리아의 구성을 극적으로 변화시켰음을 발견했습니다. 이는 전체 박테리아 공동체의 다양성을 감소시켰는데, 언뜻 부정적으로 들릴 수 있지만, 이 경우에는 장이 더 집중적이고 효율적으로 변했음을 의미했습니다. 이 처리는 특히 비타민 B12를 생성하고 건강한 장 환경을 유지하는 데 도움을 주는 것으로 알려진 Cetobacterium이라는 유익한 박테리아의 수를 늘렸습니다. 동시에 물고기에게 질병을 일으키는 흔한 해로운 박테리아들을 억제했습니다. 연구진은 또한 발효 배양물을 먹은 물고기의 장벽이 더 건강해졌음을 관찰했는데, 영양분을 흡수하는 손가락 모양의 돌기인 융모(villi)가 더 길어졌고 장벽을 보호하는 점액 생성 세포도 더 많아졌습니다. 이러한 신체적 변화는 왜 이 물고기들이 음식을 더 잘 소화하고 더 빠르게 성장할 수 있었는지를 설명해 줍니다.
연구는 또한 이러한 내부적 변화가 물고기의 전반적인 건강과 어떻게 연결되는지를 밝혀냈습니다. Cetobacterium의 증가는 성장률 향상 및 면역 활동 강화와 직접적으로 연결되어 있었습니다. 발효 배양물은 본질적으로 스위치 역할을 하여, 물고기의 자연 방어 기제와 대사 과정을 활성화하는 동시에 질병으로 이어지는 경로를 차단했습니다. 광범위한 박테리아를 무차별적으로 제거하는 항생제와 달리, 발효 배양물은 장 생태계를 더 안정적이고 유익한 상태로 유도하는 것처럼 보였습니다. 이는 물고기가 감염과 싸우는 능력을 향상시켰고 간과 근육에 지방이 쌓이는 것을 줄여 더 건강하고 탄탄한 물고기를 만들었습니다.
이 연구는 지속 가능한 양식업을 위한 유망한 길을 제시합니다. 이는 단일 균주에서 유래한 발효 제품이 동물의 건강을 증진하는 데 있어 살아있는 박테리아와 전통적인 항생제 모두보다 뛰어난 성능을 발휘할 수 있음을 입증합니다. 핵심적인 발견은 발효의 부산물이 살아있는 미생물 자체보다 이러한 이점들을 이끄는 주요 동력이라는 점입니다. 농부들은 이 발효 배양물을 사용하여 항생제를 대신해 성장 지원, 면역 강화, 그리고 장내 미생물군집의 안정을 돕는 자연적이고 다기능적인 사료 첨가제를 사용할 수 있을 것입니다. 이러한 접근 방식은 항생제 사용을 줄여야 한다는 긴급한 요구를 해결할 뿐만 아니라, 우리가 먹는 생선이 동물의 자연스러운 생물학적 원리와 조화를 이루며 생산되도록 보장하는 더 안전하고 효과적인 방법을 제공합니다.
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