Evaluation of the probiotic properties of lactic acid bacteria isolated from fermented plant-based beverages

식품 과학의 조용한 구석에서 연구자들은 종종 미래를 찾기 위해 과거를 돌아보곤 합니다. 수 세기 동안 인류는 유산균이라 불리는 작고 눈에 보이지 않는 일꾼들에 의해 구동되는 과정을 통해 음식을 보존하고 새로운 풍미를 만들어 왔습니다. 이 미생물들은 요거트, 사워크라우트, 사워도우의 엔진 역할을 하며, 단순한 재료를 복잡하고 안정적인 제품으로 변화시킵니다. 단순히 음식의 맛을 좋게 만드는 것을 넘어, 이 박테리아 중 일부는 '프로바이오틱스'로 간주되는데, 이는 인간의 소화 기관을 통과하여 생존할 수 있으며 장내 자연 미생물 군집의 균형을 돕는 방식으로 건강에 도움을 줄 수 있음을 의미합니다. 과학자들이 우유나 치즈와 같은 유제품 속의 이 박테리아들을 오랫동안 연구해 왔지만, 식물 기반 음료에서도 이들이 번성할 수 있는지에 대한 호기심이 커지고 있습니다. 채소, 곡물, 과일로 만든 이러한 식물 발효 식품은 가혹한 환경에 자연적으로 적응한 독특한 박테리아 균주를 품고 있을 수 있으며, 이는 더 건강하고 기능적인 식품을 만들기 위한 새로운 도구를 제공할 잠재력이 있습니다.

우크라이나의 한 연구팀은 비트 크바스(beet kvass), 귀리 크바스(oat kvass), 그리고 호밀, 맥아, 과일로 만든 복합적인 '수도원식(monastic)' 크바스라는 세 가지 전통 발효 음료에 주목하며 이 잠재력을 탐구하기 위해 나섰습니다. 그들의 목표는 단순히 박테리아를 찾는 것이 아니라, 이 음료들에 살고 있는 특정 균주가 인체의 혹독한 조건을 견뎌내고 해로운 세균과 싸울 수 있는지 확인하는 것이었습니다. 그들은 먼저 샘플을 수집하여 실험실 환경에서 박테리아를 배양하기 시작했습니다. 비트 크바스에서는 13개의 서로 다른 박테리아 콜로니를 분리했고, 귀리 크바스에서는 15개, 수도원식 크바스에서는 8개를 얻었습니다. 연구진은 연구를 위해 총 36개의 고유한 박테리아 분리주를 모았습니다. 현미경 아래에서 이 박테리아들은 짧은 막대 모양의 세포로 나타났으며, 일부는 단독으로 서 있고 다른 것들은 짧은 사슬 형태로 연결되어 있었는데, 이는 유산균 특유의 형태입니다.

이 박테리아들이 누구인지 이해하기 위해, 연구진은 다양한 조건에서 이들이 어떻게 행동하는지 테스트했습니다. 박테리아가 소금물에서 자랄 수 있는지, 고온에서 견딜 수 있는지, 혹은 산성 환경에서 견딜 수 있는지 확인했습니다. 또한 박테리아가 당을 가스로 바꾸는지, 혹은 특정 단백질을 분해하는지도 관찰했습니다. 이러한 행동적 단서들을 사용하여 연구진은 균주를 식별했습니다. 비트 크와스에서 유래하여 BK라고 명명된 박테리아는 Lactiplantibacillus plantarum 그룹에 속했습니다. 귀리와 수도원식 크와스에서 유래한 박테리아인 OK와 MK 균주는 Limosilactobacillus fermentum로 확인되었습니다. 이러한 구분은 중요했는데, 왜냐하면 서로 다른 유형의 박테리아는 각기 다른 강점을 가지고 있기 때문입니다. 예를 들어, 비트 유래 균주는 매우 높은 온도에서 자랄 수 없었고 당으로부터 가스를 생성하지 못했지만, 곡물 기반 음료에서 온 균주들은 두 가지 모두 가능했습니다.

다음 단계는 이 박테ola가 인간의 위와 장을 통과하는 여정에서 살아남을 수 있는지 확인하는 것이었는데, 이는 잠재적 프로바이오틱스가 갖춰야 할 첫 번째 테스트입니다. 연구진은 강한 위액과 유사한 pH 2.0의 고산성 액체에 박테리아를 노출시켜 인체의 위장 환경을 시뮬레이션했습니다. 그 결과 모든 박테리아가 어려움을 겪었지만, 비트 유래 균주가 가장 강한 생존력을 보였습니다. 3시간 동안의 산성 목욕 후에도 이 균주는 여전히 건강한 살아있는 세포 군집을 유지했으나, 귀리와 수도원식 크와스 유래 균주들은 개체 수가 급격히 감소했습니다. 연구진은 또한 지방을 분해하고 많은 박테리아에 독성이 될 수 있는 소화액인 담즙산 존재 하에서의 생존 능력을 테스트했습니다. 다시 한번, 비트 유래 균주가 가장 높은 회복력을 보였지만, 세 종류 모두 생존에는 성공했습니다. 또한 연구진은 박테리아가 알코올(발효 음료에 들어있는 알코올)을 어떻게 다루는지 테스트했습니다. 고농도의 알코올은 모든 박테리아의 성장을 늦추었지만, 비트 균주가 다른 균주들보다 더 잘 버텨냈으며, 이는 이 균주가 발효 음료 환경에 잘 적응되어 있음을 시사합니다.

생존을 넘어, 연구진은 이 박테리아가 해로운 침입자들과 싸움으로써 신체를 능동적으로 보호할 수 있는지 알고 싶었습니다. 그들은 유익한 박테리아를 피부 및 상처 감염의 흔한 원인인 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)과 병원 환경에서 자주 발견되는 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)을 포함한 알려진 병원균 옆에 배치했습니다. 결과는 이 박테리아들이 실제로 방어 능력이 있음을 보여주었습니다. 비트 유사 균주는 특히 효과적이었는데, 해로운 황색포도상구균이 자랄 수 없는 지름 10mm 이상의 뚜렷한 저지대를 형성했습니다. 다른 균주들도 해로운 박테리아를 억제하는 데 어느 정도 능력을 보였으나, 그 효과는 덜 두드러졌습니다. 흥게도도, 어떤 박테리아도 단백질이나 전분을 분해하는 능력을 보이지 않았으며, 콜레스테롤을 낮추는 데 때때로 사용되는 특성인 담즙산 분해 능력도 갖추지 못했습니다. 이러한 특정 효소 활성의 부재는 이들이 다른 역할을 위해 특화되어 있음을 시사합니다.

마지막으로, 연구팀은 흔히 쓰이는 항생제에 대한 반응을 테스트하여 이 박테리아들의 안전성을 점검했습니다. 안전한 프로바이오틱스는 의사들이 심각한 감염을 치료할 때 사용하는 항생제에 대한 내성을 가지고 있어서는 안 되는데, 이는 장내 해로운 박테리아에 내성이 전달될 위험이 있기 때문입니다. 연구 결과, 이 박테리아들은 펜실린이나 반코마이신과 같은 특정 유형의 항생제에 자연적으로 내성을 보였는데, 이는 세포 구조로 인해 이 박테리아 가문의 일반적인 특징입니다. 그러나 이들은 광범위한 감염 치료에 사용되는 다른 대부분의 항생제에는 민감하게 반응했습니다. 이러한 프로필은 이들이 식품용으로 사용하기에 안전하다는 것을 시사합니다. 연구진은 또한 박테리아가 액체 속에 놓여 있을 때 어떻게 행동하는지 관찰했는데, 이들은 자기들끼리 뭉치는 현상인 자가응집(autoaggregation)을 보였습니다. 이렇게 스스로 뭉치는 능력은 인간의 장벽에 달라붙을 수 있다는 신호로, 이는 건강한 장내 존재감을 확립하는 핵심 단계입니다. 수도원식 크와스의 균주가 가장 강한 응집력을 보였습니다.

본 연구는 이러한 전통적인 식물 기반 음료가 강인하고 유익한 박테리아의 풍부한 원천임을 결론짓습니다. 비트 크와스 유래 균주가 산과 알코올에 대해 가장 강력한 생존력을 보였지만, 모든 균주는 향후 기능성 식품으로서의 가능성을 보여주었습니다. 이들은 소화관에서 생존할 수 있고, 해로운 세균과 싸울 수 있으며, 효과적으로 뭉칠 수 있습니다. 연구진은 시간이 흐르며 특정 식물 환경에 적응해 온 이 천연 박테리아들이 인간의 건강을 지원하는 새로운 식품을 개발하는 데 있어 귀중한 도구가 될 수 있다고 제안하며, 고대의 발효 전통과 현대 영양 과학 사이의 간극을 메우고 있습니다.