프로폴리스의 항균성 및 항바이오필름 효과

[카리]

식중독(Foodborne disease, Food poisoning)은 오염된 물이나 식품을 섭취하며 발생하는 질병이다. 외식 및 집단 급식의 증가로 인해 식중독의 발생 규모가 커지면서 식품의 안전 관리의 중요성이 증가하고 있다. 미생물의 증식을 억제하는 보존제로서 기존에는 인공 합성품이 사용되었으나 부작용과 소비자의 인공합성품의 안전성에 대한 우려가 증가함에 따라 천연물질로 대체하려는 움직임이 늘어나고 있다.
프로폴리스는 1995년 우리나라 식품공전에 등재된 천연물질로써 꿀벌이 벌집 입구에 발라 외부로부터 균과 적의 침입을 막고 벌집 전체 구조 강화를 위해 사용된 물질로서 항균효과, 항곰팡이효과, 항바이러스효과 등으로 알려져있다. 특히 프로폴리스에 함유된 플라보노이드가 항세균작용에 크게 영향을 주는 것으로 알려져 있다.
본 연구에서는 천연항균물질인 프로폴리스를 이용하여 식중독을 야기하는 병원성 미생물 (Bacillus cereus, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, MRSA, Escherichia coli, Salmonella Typhimurium, Pseudomonas fluoreness, Enterobacter sakazakii) 및 구강구취균(Streptococcus mutans, St. sobrinus, Porphyromonas gingivalis)에 대한 프로폴리스의 항균활성을 시험하고, 프로폴리스의 열과 pH에 대한 안정성을 조사하였다. 또한 식품 가공환경에 존재하는 바이오필름에 대한 프로폴리스의 저해 효과를 조사하여 식품 가공에 있어서의 프로폴리스의 활용 가능성을 조사하여 보았다.
한천확산법를 통해 프로폴리스의 각 균에 대한 최소저해농도를 조사하고, 균 현탁액에 각기 다른 농도 (2.2, 1.1, 0.56, 0.28, 0.14 mg/µl)의 프로폴리스를 첨가하여 배양함으로써 시간에 따른 균의 사멸 기작을 살펴보았다. 또한, St. mutans와 P. gingivalis균을 투과전자현미경(TEM)을 통해 프로폴리스가 균의 구조에 미치는 영향을 관찰하였다. 또한 식품에 첨가할 경우의 가공상의 프로폴리스의 안정성을 확인하기 위해 프로폴리스를 각각 40, 60, 80 그리고 100°C에서 10분간 열처리 하고, pH 4, 6, 8 그리고 10으로 조정한 후 항균활성을 조사하였다.
그 결과, 프로폴리스는 그람 음성균에 비해 그람 양성균과 구강구취균에 더 큰 항균활성을 나타냈다. 특히 B. cereus와 St. sobrinus가 프로폴리스에 가장 민감하게 반응하였으며, P. gingivalis는 구강구취균 중 프로폴리스에 대해 가장 큰 저항성을 보였다. 액체배지의 균 현탁액에 프로폴리스를 처리하여 37°C로 배양하면서 균의 사멸을 확인 한 결과, 프로폴리스의 농도가 높아질수록 균의 사멸 속도가 빠르고 사멸 정도가 크게 나타났다. 이를 통해, 프로폴리스가 각 균에 대해 사멸효과 혹은 정균효과를 나타냄을 확인하였다. TEM을 통해 St. mutans와 P. gingivalis는 프로폴리스를 3시간 처리했을 때 세포벽의 경계가 붕괴되고, 세포 내부의 기질이 빠져나와 세포 활성을 잃는 것을 확인하였다. 열처리한 프로폴리스와 pH를 조정한 프로폴리스의 경우 전반적으로 그람 음성균에 대한 활성이 미미하게 나타났으며 그람양성균과 구강구취균에 대한 활성이 비교적 감소하는 모습을 확인하였다.
바이오필름(세균막, Biofilm)은 세포외 기질이 물리적으로 층을 두껍게 형성하여 외부 물질의 침투가 어려워 항생제와 항균물질에 대한 저항성이 부유세균에 비해 큰 것으로 알려져 있다. 식중독을 일으키는 식품미생물 (B. cereus, L. monocytogenes, S. aureus, Sal. Typhimurium, E. coli, En. sakazakii)과 구강구취균 (St. mutans, St. sobrinus, P. gingivalis)의 바이오필름을 스테인리스 쿠폰에 형성하고, 프로폴리스를 처리하여 바이오필름 저해효과를 살펴보았다. 각 식중독균은 7일 후 7~9 log CFU/each 수준의 바이오필름을 형성하였으며, 구강구취균은 5~7 log CFU/each 수준의 바이오필름을 형성하였다. 1.1, 0.56, 0.14 mg/µl 농도의 프로폴리스를 각각 15, 30, 60분간 처리하였을 때 부유배지에서만큼의 큰 저해효과는 발견하지 못하였으나 전반적으로 1~3 log 수준의 균 수가 감소한 것을 발견하였다. 전계방출주사현미경(FE-SEM)을 통해 관찰한 결과 프로폴리스 처리 후 프로폴리스에 둘러 쌓인 균이 찌그러지거나 구멍이 생기는 등 구조적으로 파괴되는 모습을 확인할 수 있었다.
이를 통해, 프로폴리스가 식중독을 야기하는 병원성 미생물과 구강구취균에 항균성을 나타내며, 열에 비교적 불안정하며 pH가 높아질수록 항균활성이 약해지는 것으로 나타났다. 또한 프로폴리스는 그람 양성균과 구강구취균에 좀 더 큰 항균활성을 나타나며, 농도가 증가함에 따라 증가하는 항균활성을 보였다. 프로폴리스는 액체배지상의 균 현탁액보다 바이오필름에 대한 억제효과가 적은 것으로 나타나, 바이오필름의 항균물질에 대한 저항성이 큼을 입증하였다. 이를 통해 식중독과 구강질환을 일으키는 균을 억제하기 위하여 부유 세균뿐 만 아니라 바이오필름의 형성을 억제하고 지속적으로 관리하는 것이 중요할 것으로 사료된다

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