Evaluation of Bacillus velezensis SM6 isolated from Solea solea: A score-heat map based approach for the selection of probiotic feed additives
본 연구는 넙치에서 분리된 바실러스 벨레젠시스(Bacillus velezensis) SM6를 안전성, 광범위한 항균 활성 및 강력한 부착 특성을 평가하기 위해 새로운 스코어-히트맵(score-heatmap) 접근법을 적용함으로써 양식업을 위한 우수한 프로바이오틱스 후보로서 식별하였으며, 이는 이후 유럽농어(European seabass)를 대상으로 한 생체 내 시험을 통해 검증되었다.
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양식업은 줄어드는 야생 어류 자원이 남긴 공백을 메우며 세계 식량 생산의 초석이 되었습니다. 그러나 현대 양식업의 밀집된 환경은 질병 발생을 위한 완벽한 폭풍을 만들어냅니다. 물고기가 스트레스를 받으면 유해한 박테리아가 빠르게 퍼져나갈 수 있으며, 이는 막대한 손실로 이어집니다. 수십 년 동안 업계는 이러한 감염과 싸우기 위해 항생제에 의존해 왔지만, 이 방식은 무거운 대가를 치르게 합니다. 이러한 약물의 과도한 사용은 환경과 인류 건강을 위협하는 내성 박테리아를 키워내고, 물고기 내부에 서식하는 자연스럽고 유익한 미생물들을 교란합니다. 더 안전한 길을 찾기 위해 과학자들은 프로바이오틱스, 즉 사료에 첨가되었을 때 나쁜 박테리아를 몰아내고 물고기 자체의 방어력을 높일 수 있는 살아있는 미생물에 주목하고 있습니다. 과제는 적절한 종류의 미생물을 찾는 것입니다. 즉, 물고기의 소화 기관이라는 험난한 여정을 견뎌낼 만큼 강인하고, 병원균과 싸울 수 있을 만큼 강력하며, 보호하려는 동물에게 완전히 안전한 미생물을 찾아내는 일입니다.
튀니지와 스페인의 연구진은 지중해에서 발견되는 납작한 물고기인 야생 까나리(common sole)의 피부와 장에서 답을 찾음으로써 이 난제를 해결하고자 했습니다. 어떤 박테리아가 효과적일지 추측하는 대신, 그들은 야생 물고기에서 샘플을 채취하고 엄격한 선별 과정을 거쳤습니다. 연구진은 이 야생 물고기의 점액과 장에서 87종의 서로 다른 박테리아 균주를 분리했습니다. 이 방대한 집단 중에서 그들은 다양한 위험한 어류 병원균에 맞서 싸우는 놀라운 능력을 보여준 8개의 균주로 초점을 좁혔습니다. 이 8개의 후보군은 유용성과 안전성을 측정하기 위해 설계된 혹독한 테스트 과정을 통과해야 했습니다. 과학자들은 박테리아가 물고기 조직에 얼마나 잘 달라붙는지, 얼마나 효과적으로 소화 효소를 생성하는지, 그리고 박테리아가 공격을 조율하기 위해 사용하는 화학적 신호를 얼마나 잘 차단하는지를 조사했습니다. 결정적으로, 그들은 적혈구를 파괴하는 능력이나 질병을 일으키는 유전자를 보유하고 있는지와 같은 위험 징후가 있는지 확인했습니다.
이 엄청난 양의 데이터를 해석하기 위해 연구팀은 모든 긍정적인 특성을 모든 잠재적 위험과 비교하여 가중치를 두는 점수 산정 시스템을 개발했습니다. 그들은 점액에 대한 강한 부착력이나 박테리아 독소를 분해하는 능력과 같은 유익한 행동에는 점수를 부여하고, 안전 문제에는 점수를 깎았습니다. 이 방법을 통해 연구진은 각 균주의 성능을 하나의 지도 위에 시각화하여 명확한 승자를 찾아낼 수 있었습니다. Bacillus velezensis SM6로 식별된 한 균주가 다른 모든 균주보다 뛰어난 성적을 거두었습니다. 이 균주는 질병에 대한 광범한 보호 능력과 물고기 표면에 달라붙는 탁월한 능력을 결합하여 가장 높은 점수를 획득했습니다. 실험실 테스트에서 이 박테리아는 78.28%의 소수성(물과 친하지 않은 성질)을 보였는데, 이는 물고기의 장 내벽에 달라붙는 데 도움이 됩니다. 또한 스스로 뭉치는 능력이 92%에 달했는데, 이는 장 내에 정착하여 침입자들을 몰아내는 데 도움이 되는 특성입니다.
이 최상위 후보군의 안전 프로필 역시 매우 인상적이었습니다. 다른 균주들이 적혈구를 분해하거나 병원성 유전자를 보유하는 등의 잠재적 위해 징후를 보인 반면, Bacillus velezensis SM6는 깨끗했습니다. 이 균주는 독성의 징후를 보이지 않았고, 알려진 질병 유발 유전자를 보유하지 않았으며, 일반적인 항생제에 민감하게 반응하여 약물 내성 문제를 심화시키지 않을 것임을 입증했습니다. 이러한 발견을 확인하기 위해 연구진은 마지막 단계로 이 박테리아를 유럽 농어(European seabass)에 주입했습니다. 10일 동안 물고기는 질병의 징후, 폐사 또는 신체적 이상을 전혀 보이지 않았습니다. 박테리아는 물고기에게 해를 끼치지 않았으며, 이는 이 균주가 살아있는 동물에 사용하기에 안전하다는 것을 증명했습니다.
본 연구는 Bacillus velezensis SM6가 지속 가능한 양식업의 미래를 위한 매우 유망한 후보라는 결론을 내립니다. 기능적 성능과 엄격한 안전 점검 사이의 균형을 세심하게 맞추는 방법을 통해, 연구진은 유해한 항생제를 대체할 수 있는 미생물을 찾아냈습니다. 야생 까나리에서 분리된 이 박테리아는 양식 물고기를 질병으로부터 보호하는 동시에 수생 생태계를 건강하게 유지할 잠재력을 가지고 있습니다. 이 연구는 최고의 프로바이오틱스가 실험실이 아니라 물고기가 실제로 살아가는 생태계에서 올 수 있음을 시사하며, 양식업의 가장 고질적인 문제에 대한 자연적인 해결책을 제시합니다. 비록 대규모 양식 현장에서의 효과를 테스트하기 위한 추가 연구가 필요하지만, 이 발견은 세계의 늘어나는 인구를 먹여 살리기 위한 더 안전하고 지속 가능한 방법을 향한 중요한 진전입니다.
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