KR102369996B1 - 대사성 질환과 안질환의 예방 및 건강 유지를 위한 장내 미생물 검사 기반 맞춤형 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 정보 제공방법 - Google Patents

대사성 질환과 안질환의 예방 및 건강 유지를 위한 장내 미생물 검사 기반 맞춤형 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 정보 제공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대사성 질환과 안질환의 예방 및 건강 유지를 위한 장내 미생물 검사 기반 맞춤형 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 정보 제공방법에 관한 것으로, 본 발명의 장내 미생물 검사 기반 맞춤형 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 정보 제공방법에서 제공된 정보를 통해, 개인별 장내 미생물 환경에 따른 질병 및 건강상태를 예측, 판단하는것이 가능하며, 개인별 최적의 맞춤형 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스를 제공할 수 있다.

Description

대사성 질환과 안질환의 예방 및 건강 유지를 위한 장내 미생물 검사 기반 맞춤형 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 정보 제공방법{Method for providing information of personalized prebiotics or probiotics based on analysis of intestinal microorganism for preventing metabolic and eye disease and health care}
본 발명은 대사성 질환과 안질환의 예방 및 건강 유지를 위한 장내 미생물 검사 기반 맞춤형 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 정보 제공방법에 관한 것이다.
사람의 장은 물과 영양소를 흡수하고 노폐물을 배출하는 일을 하는 기관으로, 음식과 함께 몸 안으로 들어온 수많은 미생물들이 대변에 섞여 빠져나가는 길목이다. 영양분이 많고 항상 따뜻한 온도를 유지하고 있어 미생물이 서식하기에 최적의 장소라서 사람마다 약간씩 차이는 있지만, 장에는 약 38조 개의 미생물들이 살고 있는 것으로 추정되고 있다. 즉, 인체에 사는 미생물의 대부분은 장에서 서식하고 있다. 장내 미생물 군집의 변화는 비만, 당뇨, 암, 알레르기, 각종 신경계 질환처럼 얼핏 미생물과는 별로 상관이 없어 보이는 건강 문제와 깊이 연관되어 있다는 사실들이 속속 밝혀지고 있다. 크론병이나 궤양성 대장염과 같은 염증성 장 질환 뿐만 아니라 설사, 복통 및 대장암과 같은 다양한 장질환이 장내 미생물의 불균형과 관련이 있는 것으로 알려져 있고, 장내 미생물의 환경에 따라, 사람의 유전자 발현을 조절하거나 염증 발생에 관여하는 물질을 분비하여 아토피 피부염과 같은 알레르기성 질환이나 우울증, 치매와 같은 신경계 질환, 비만, 당뇨와 같은 대사성 질환의 발생에도 영향을 미친다는 것이 보고된 바 있다.
이와 같은 장내 미생물에 대한 관심이 높아지면서 분변 시료를 이용하여 유전자분석을 통해 장내에 존재하는 다양한 세균을 분석하고, 유익균, 유해균 및 중간균의 비율을 분석하여 나만의 장 환경 변화를 과학적으로 모니터링하는 연구가 진행되고 있고, 장내 미생물 중에서 프로바이오틱스(Probiotics)는 장 내의 마이크로바이옴의 균형을 유지시켜, 장기능을 향상시키는 살아 있는 미생물로, 다양한 프로바이오틱스 제품들이 활용되고 있다. 프로바이오틱 균주들은 주로 락토바실러스(Lactobacillus)나 비피도박테리움(Bifidobacterium)속의 유산균들이 대표적이다. 프로바이오틱스는 직접적으로 장점막 세포에 부착하여 장벽을 단단하게 하고, 병원균의 침입을 막기도 하며, 박테리오신과 같은 항생물질을 생산하여 유해균을 억제하고, 염증성 사이토카인을 감소시키는 면역반응을 조절하는 기능도 가지고 있다. 이와 같이 장내 미생물 생태계를 이해하려는 시도는 지적으로 흥미로운 시도일 뿐 아니라 인체의 건강 개선이라는 응용과도 연결되어 있다.
한편, 한국등록특허 제936402호에 장내 미생물 검사 기반 식단 제공 시스템 및 방법에 대하여 개시되어 있고, 한국공개특허 제2017-0085994호에 장내 세균 분석을 통한 건강정보 제공방법이 개시되어 있으나, 본 발명의 대사성 질환과 안질환의 예방 및 건강 유지를 위한 장내 미생물 검사 기반 맞춤형 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 정보 제공방법에 관한 것은 아직까지 개시된 바 없다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명은 대사성 질환과 안질환의 예방 및 건강 유지를 위한 장내 미생물 검사 기반 맞춤형 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 정보 제공방법에 관한 것으로, 본 발명의 장내 미생물 검사 기반 맞춤형 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 정보 제공방법에서 제공된 정보를 통해, 개인별 장내 미생물 환경에 따른 질병 및 건강상태를 예측, 판단하고, 맞춤형 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스를 적용함으로써 대사성 질환을 예방하고, 건강상태를 유지할 수 있도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 채취한 대변에 포함된 장내 미생물의 종류와 함량을 분석하는 단계;
(2) 알려진 장내 미생물 균총에 대하여, 종속과목강문계별 분류체계로 분류하고, 분류된 장내 미생물이 생산하는 SCFA(short-chain fatty acd) 정보를 포함하고 있고, 대사성 질환 및 안질환을 포함하는 질병 또는 건강정보의 관계를 맵핑하고 있는 데이터베이스 시스템에, 상기 단계 (1)에서 획득한 장내 미생물의 종류와 함량을 입력하는 단계;
(3) 상기 단계 (2)에서 입력한 장내 미생물이 생산할 수 있는 SCFA 정보와 대사성 질환 및 안질환을 포함하는 질병 또는 건강정보를 상기 데이터베이스 시스템으로부터 획득하는 단계; 및
(4) 상기 단계 (3)에서 획득한 상기 SCFA 정보 중에서 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid)의 중량비에 따른 스코어링을 통해 맞춤형 프리바오틱스 또는 프로바이오틱스의 순위를 정하는 단계;를 포함하는 맞춤형 건강정보, 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스 정보를 제공하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 분석하고자 하는 장내미생물의 정보 입력부; 알려진 장내 미생물 균총에 대하여 종속과목강문계별 분류체계로 분류하고, 장내 미생물이 생산하는 SCFA(short-chain fatty acd) 정보를 저장하는 제1저장부; 장내 미생물과 건강정보를 맵핑하고 있는 제2저장부; 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 식이 여부에 따른 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid)의 생성량 변화 관계를 저장하고 있는 제3저장부; 및 상기 제1 내지 제3저장부에 함유된 데이터를 맵핑하여 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 선별에 대한 스코어링 및 순위를 정하는 계산부; 및 결과 출력 및 전송하는 출력부;를 포함하는 맞춤형 건강정보, 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스 정보 제공용 데이터베이스 시스템을 제공한다.
본 발명은 대사성 질환과 안질환의 예방 및 건강 유지를 위한 장내 미생물 검사 기반 맞춤형 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 정보 제공방법에 관한 것으로, 본 발명의 장내 미생물 검사 기반 맞춤형 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 정보 제공방법에서 제공된 정보를 통해, 개인별 장내 미생물 환경에 따른 질병 및 건강상태를 예측, 판단이 가능하며, 최적의 맞춤형 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스를 제공할 수 있다.
도 1은 장내 미생물 분석을 통한 개인별 맞춤형 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스에 대한 정보를 제공하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 2는 장내 미생물 분석을 통한 개인별 맞춤형 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 정보 제공용 데이터베이스 시스템에 대한 개략도이다.
본 발명은 (1) 채취한 대변에 포함된 장내 미생물의 종류와 함량을 분석하는 단계;
(2) 알려진 장내 미생물 균총에 대하여, 종속과목강문계별 분류체계로 분류하고, 분류된 장내 미생물이 생산하는 SCFA(short-chain fatty acd) 정보를 포함하고 있고, 대사성 질환 및 안질환을 포함하는 질병 또는 건강정보의 관계를 맵핑하고 있는 데이터베이스 시스템에, 상기 단계 (1)에서 획득한 장내 미생물의 종류와 함량을 입력하는 단계;
(3) 상기 단계 (2)에서 입력한 장내 미생물이 생산할 수 있는 SCFA 정보와 대사성 질환 및 안질환을 포함하는 질병 또는 건강정보를 상기 데이터베이스 시스템으로부터 획득하는 단계; 및
(4) 상기 단계 (3)에서 획득한 상기 SCFA 정보 중에서 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid)의 중량비에 따른 스코어링을 통해 맞춤형 프리바오틱스 또는 프로바이오틱스의 순위를 정하는 단계;를 포함하는 맞춤형 건강정보, 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스 정보를 제공하는 방법에 관한 것이다.
상기 단계 (1)에서, 장내 미생물 분석 방법은 특별히 제한하지 않으며, 당업자에 의해 사용되는 방법이라면 무방하게 사용할 수 있고, 대변(채변) 키트를 이용할 수 있으며, 채변키트는 채변스틱과 채변용기로 구성될 수 있고, 상기 채변용기에는 용균용액(lysis buffer)이 포함될 수 있다. 상기 채변 스틱은 채변을 채취한 후, 용균용액이 담겨 있는 채변용기에 넣어 용균시킴으로써, 채변 채취시 다양한 변수들에 의해 사용자의 대변에 속한 균 이외에 다른 균이 채변으로 침투할 가능성을 줄이고, 채변 키트를 사용함으로써 가능한 일정량을 채취할 수 있도록 하여 분석에서의 오차를 줄일 수 있는 것이다.
본 발명에서 개인별 장내 미생물 정보는 실시간 PCR(polymerase chain reaction) 기법 및 NGS(next generation sequencin) 분석을 이용한 유전자 분석으로 획득할 수 있으나 이에 제한하는 것은 아니다. 시료내 전체 장내 미생물의 종류와 함량을 분석한 후, 개인별 장내 미생물 분석 결과를 도 1에서 개시하고 있는 DB 1에 입력하여 개인 별 장내 미생물 환경에 따른 생성될 수 있는 SCAF 비율을 계산하는 것이 본 발명의 특징이다.
상기 건강정보는 질병 관련 정보로서, 간질환, 비만, 당뇨병, 고혈압, 면역력 감소, 호흡기면역질환, 피부 면역질환, 심혈관계질환, 관절염, 안질환, 과민성 대장증후군, 크론병, 변비, 비뇨기계 염증질환, 전립선질환, 피부건선, 운동능력, 불면증, 세균성질염, 칸디다증, 유방암, 대장암, 췌장암, 폐암, 안질환(망막동맥폐색증), 파킨스병, 알츠하이머병, 뇌졸중, 우울증 및 면역결핍바이러스(HIV virus)관련 면역질환 중에서 선택된 하나 이상의 질환 또는 건강지표에 대한 위험도인 것이 바람직하지만 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 프리바이오틱스는 이눌린(inulin), 시트러스 펙틴(citrus pectin), 자일로-올리고사카라이드(xylo-oligosaccharides), 이소말토-올리고사카라이드(isomalto-oligosaccharide), 구아검(guargum), 글루코만난(glucomannan), 스피루리나(spinulina), 마스틱검(mastic gum), 소듐 알지네이트(sodium alginate), 로커스트 빈 검(locust bean gum), 셀룰로오스(cellulose), 오트브랜(oatbran), 쌀겨(ricebran), 키토산(chitosan), 콘드로이틴황산(Chondroitin Sulfate) 및 후코이단(fucoidan) 중에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.
상기 프로바이오틱스는 엔테로코커스 패시움(Enterococcus faecium), 락토바실러스 헬베티쿠스(Lactobacillus helveticus), 락토바실러스 퍼멘텀(Lactobacillus fermentum), 락토바실러스 애시도필러스(Llactobacillus acidophilus), 락토바실러스 카제이(Lactobacillus casei), 스트렙토코커스 써모필러스(Streptococcus thermophilus) 및 비피도박테리움 브레브(Bifidobacterium breve) 중에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.
상기 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(Butyric acid)의 중량비에 따른 스코어링은 장내 미생물로부터 획득한 개인의 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid)의 중량비를 60:20:20으로 기준하여,
아세트산의 중량비(a)가 60보다 작은 경우 0, 60≤a＜80인 경우 1, 80≤a인 경우 2로 스코어링하고,
프로피온산의 중량비(p)가 15보다 작은 경우 2, 15≤p＜20인 경우 1, 20≤p인 경우 0으로 스코어링하며,
뷰티르산(Butyric acid)의 중량비(b)가 15보다 작은 경우 2, 15≤b＜20인 경우 1, 20≤b인 경우 0으로 스코어링하는 것이 바람직하지만 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 스코어링 값은 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스를 개별적으로 식이할 경우 변화되는 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid) SCFA 생성량을 정규화하고 합한 개별 표준값에 대비하여 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스의 순위를 정하는 것이 바람직하다. 상기 SCFA 생성량을 정규화(Normalization)하는 것은 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스를 처방하지 않은 대변을 in vitro 배양한 시료(대조군)에서의 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid) SCFA 생성량을 기준으로, 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스를 개별적으로 처방해서 먹인 동물의 분변을 in vitro 배양한 시료(실험군)에서의 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid) SCFA 생성량의 차이를 비교함에 있어서,
아세트산의 경우, 생성량을 낮출수록 장내미생물 환경에 좋은 영향을 미치기 때문에 (실험군-대조군)의 값이 양수인 경우 0을 곱하고, 음수인 경우 -1을 곱해 주고,
프로피온산과 뷰티르산은 (실험군-대조군)의 값이 양수인 경우 1을 곱하고, 음수인 경우 0을 곱해 주어 정규화한다.
이후, 프로바이오틱스에 의해 생성되는 SCFA 총량에 대한 4분위를 계산하고, 계산된 4분위 값을 기준으로 각각의 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스에 따른 으로부터 각각의 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid) SCFA 표준값을 생성하여 적용하였다.
개별적 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 식이에 대한 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid) SCFA 생성량 변화는 얼마든지 실험을 통해 얼마든지 추가할 수 있으며, 추가되는 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스에 따라 정규화하여 합한 표준값(지표)이 변경될 수 있다.
또한, 본 발명은 분석하고자 하는 장내미생물의 정보 입력부; 알려진 장내 미생물 균총에 대하여 종속과목강문계별 분류체계로 분류하고, 장내 미생물이 생산하는 SCFA(short-chain fatty acd) 정보를 저장하는 제1저장부; 장내 미생물과 건강정보를 맵핑하고 있는 제2저장부; 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 식이 여부에 따른 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid)의 생성량 변화 관계를 저장하고 있는 제3저장부; 및 상기 제1~3저장부에 함유된 데이터를 맵핑하여 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 선별에 대한 스코어링 및 순위를 정하는 계산부; 및 결과 출력 및 전송하는 출력부;를 포함하는 맞춤형 건강정보, 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스 정보 제공용 데이터베이스 시스템에 관한 것이다.
이하, 도면 및 실시예를 이용하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되지 않는다는 것은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.
본 발명에서 질병의 예방 및 건강유지를 위한 맞춤형 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 정보를 제공하는 방법은 도 1에서 개시하고 있는 데이터베이스 2(DB 2)를 이용하여 개인별 마이크로바이옴에 따른 건강정보를 제공하고, 데이터베이스(DB 1)에 저장된 정보를 이용하여 SCFA 생성 비율을 분석하여 스코어링하고, 획득된 스코어와 프리/프로바이오틱스 표준값의 관계를 순위로 정함으로써 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스에 대한 정보를 제공하는 것이다.
도 1 및 2에서 개시하고 있는 데이터베이스 1(DB 1) 시스템은 종속과목강문계별 분류체계로 분류한 장내 미생물 균총 정보와 각 미생물이 생산하는 SCFA의 정보(알려진 논문에 있는 내용을 기반으로 미생물 종류와 SCFA 관계를 맵핑한 정보)를 포함하고 있으며, SCFA 중에서 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid) 각각에 대한 총량과 이들의 함량비를 계산할 수 있다.
개인으로부터 채취한 변에서 분석한 장내 미생물 유전자 분석 결과를 상기 DB 시스템에 입력하고, 상기 입력한 장내 미생물 분석값을 백분위로 환산한 후, DB 1에 저장되어 있는 SCFA와 장내 미생물 균종에 대한 맵핑 정보를 이용하여 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid)을 생산하는 장내 미생물의 분포를 분석할 수 있다.
입력된 개인별 미생물 각각에 대하여, SCFA 중 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(Butyric acid)의 함량을 증가시키면 1, 변화가 없거나 감소시키면 0으로 처리하도록 DB 1를 구축하였고, 장내 미생물과 SCFA의 상관관계에 대한 정보를 확인할 수 없는 경우, 0으로 처리하도록 하였다.
개인별 대변에서 분석된 장내 미생물 균총으로부터 SCFA 중 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid)이 생성될 것으로 예상되는 함량비를 계산하고, 이를 백분율로 나타낸 후, 하기 조건에 따라 스코어링하였다.
조건 1: 아세트산의 중량비(a)가 60보다 작은 경우 0, 60≤a＜80인 경우 1, 80≤a인 경우 2로 스코어링하였다.
조건 2: 프로피온산의 중량비(p)가 15보다 작은 경우 2, 15≤p＜20인 경우 1, 20≤p인 경우 0으로 스코어링하였다.
조건 3: 뷰티르산(butyric acid)의 중량비(b)가 15보다 작은 경우 2, 15≤b＜20인 경우 1, 20≤b인 경우 0으로 스코어링하였다.
실험을 통해 확보한 단독의 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스 처방에 따라 생산되는 SCFA 변화량을 정규화한 표준값에 상기 스코어 값을 적용하여 순위를 결정하였다.
한편, 장내 미생물 균총과 질병 또는 건강 상태를 맵핑한 DB 2를 이용하여 개인별 건강정보의 위험도를 확인할 수 있다.
실시예 1. 개별 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스 처방에 따라 생산되는 SCFA 변화량을 정규화한 표준값으로 확보하여 데이터베이스 구축
제공하고자 하는 프리바이오틱스와 프로바이오틱스 각각이 장내미생물의 균총에 어떻게 영향을 주어 SCFA의 변화를 주는지를 확인하기 위하여, In vitro 실험에서 장내 미생물 시료에 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스를 처리 하였을 때, 아세트산, 프로피온산 및 뷰티르산의 실질적인 양을 측정 및 계산하였다.
(1) 프리바이오틱스를 처리한 후 장내 미생물 배양
1g의 대변을 10㎖의 그린용액(L-Cysteine 0.5%/DW)에 넣어 세차게 흔들어 혼합한 후, 200㎕을 취해 1%의 프리바이오틱스를 혼합한 25 w/v%의 Thiolglycollate 배지 10㎖에 첨가하였고 세차게 흔들어 주었다. 이후, 산소를 제거하여 혐기 환경을 유지하기 위한 GasPak 및 산소와 반응하는 지시지(ThermoFisher, BR0055B, USA)를 혐기 Jar(질소가스 또는 혼합가스를 투입하여 산소를 제거할 수 있는 배지 전용 Jar)에 넣고 밀봉한 후, 37℃에서 120rpm으로 48시간 동안 혐기배양하였다.
(2) 프로바이오틱스를 처리한 후 장내 미생물 배양
1g의 대변을 10㎖의 그린용액(L-Cysteine 0.5%/DW)에 넣어 세차게 흔들어 혼합한 후, 200㎕을 취해 1%의 혼합 식이섬유소(Probiotics의 영양공급원)를 혼합한 25 w/v%의 Thiolglycollate 배지 10㎖에 첨가하고, 프로바이오틱스 1×105cfu/㎖을 첨가한 후 세차게 흔들어 주었다. 이후, 산소를 제거하여 혐기 환경을 유지하기 위한 GasPak 및 산소와 반응하는 지시지(ThermoFisher, BR0055B, USA)를 혐기 Jar(질소가스 또는 혼합가스를 투입하여 산소를 제거할 수 있는 배지 전용 Jar)에 넣고, 밀봉한 후, 37℃에서 120rpm으로 48시간 동안 혐기배양하였다.
이후, 상기 각각 배양한 시료 등은 8000rpm에서 10분 동안 원심분리하여 상등액을 취해 SCFA 분석을 실시하였고, SCFA 분석 전까지 -70℃에서 보관하였다. 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스를 처리하지 않은 것을 대조군으로 사용하였다.
(3) SCFA 분석
상기 보관한 배양액 상등액 250㎕, 3차 증류수 250㎕ 및 순수 에탄올 500㎕을 취해 혼합하고, 이 혼합액에 20㎕의 5M HCl 용액을 첨가하고 세차게 흔들어준 후, 300rpm의 조건으로 5분 동안 원심분리하고, 200㎕의 상등액을 취해 45μm의 여과지로 여과하고 가스크로마토그래피(Gas chromatography; GC)를 이용하여 이 여과한 액에 함유된 SCFA 함량을 측정하였다.
[SCFA 표준용액의 제조]
하기 표 1에 개시한 바와 같이 10mM의 표준용액을 제조한 후, 5mM, 3mM 및 1mM이 되도록 희석하였다.
SCFA의 표준용액(아세트산 용액: ①+④+⑤, 프로피온산 용액: ②+④+⑤, 뷰트르산 용액: ③+④+⑤을 혼합하여 제조한다)
10mM 5mM 3mM 1mM
① 아세트산 0.6㎕ 10mM의 500㎕ 10mM의 300㎕ 10mM의 100㎕
② 프로피온산 0.7㎕ 10mM의 500㎕ 10mM의 300㎕ 10mM의 100㎕
③ 뷰티르산 0.88㎕ 10mM의 500㎕ 10mM의 300㎕ 10mM의 100㎕
④ 순수 에탄올 500㎕ 250㎕ 350㎕ 450㎕
⑤ 증류수 500㎕ 250㎕ 350㎕ 450㎕
제조된 SCFA의 표준용액의 GC 측정값을 기준으로, 시료 내 함유된 SCFA 함량을 결정하였다.
[GC조건]
주입 시료부피량: 1㎕
온도 조건: 100℃에서 시작하여 분당 10℃씩 180℃까지 온도를 상승시킨 후, 분당 20℃씩 220℃까지 온도를 상승시키고, 220℃에 도달했을 때, 1분 동안 유지하였다.
본 실시예 1에서는 프리바이오틱스 9종[이눌린(inulin), 시트러스 펙틴(citrus pectin), 자일로-올리고사카라이드(xylo-oligosaccharides), 쌀겨(ricebran), 스피루리나(spinulina), 구아검(guargum), 후코이단(fucoidan), 소듐 알지네이트(sodium alginate), 키토산(chitosan)]을 처리하여 배양한 후 SCFA(acetic acid, propionic acid, butyric acid)의 변화량을 데이터베이스화 하였고, 프로바이오틱스에 대해서도 동일한 방법으로 실시하여 프로바이오틱스 처리에 따른 SCFA(acetic acid, propionic acid, butyric acid)의 변화량을 데이터베이스화 하였다.
본 실시예 2에서 획득한 SCFA의 농도변화를 표 2에 개시하였고, 대조군 대비 키토산 및 시트러스펙틴을 처리한 군에서 통계적으로 유으미한 변화를 가져왔음을 확인하였고,
장내 미생물의 변화도 표 3에 개시하였으며, 장내미생물의 종류에 따라 대조군에 대비한 변화가 거의 없는 것도 확인할 수 있었다. 이를 기반으로 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스의 선별기준을 확립하였다.
프리바이오틱스(키토산 및 시트러스펙틴)처방 후, in vitro 배양하여 획득한 SCFA의 농도
키토산(Chitosan) 시트러스펙틴(Citrus pectin) Control
Acetic acid(mM) 7.3±0.32a 6.26±0.64a 0.29±0.04b
Propionic acid(mM) 1.81±0.13b 3.45±0.16a 0.29±0.11b
Butyrate acid(mM) 3.93±0.08a 1.22±0.12b 0.1±0.01c
Total SCFA(mM) 13.03±0.52a 10.93±0.89b 1.82±0.14c
상기 표 2의 값은 평균±표준편차이다(n=3).
a,b,c 표시는 사후검정(Tukey's test)에서 통계적으로 유의미하게 차이가 있다는 것으로, p<0.05이다.
상기 표 2에서, 시트러스펙틴(Citrus pectin)과 키토산(Chitosan)은 배양배지에 0.01g/㎖의 시트러스펙틴과 키토산을 각각 첨가하였고, Control은 식이성 섬유질(dietary fiber)는 아무것도 첨가하지 않은 군이다.
프리바이오틱스(키토산 및 시트러스펙틴)처방 후, in vitro 배양하여 획득한 장내 미생물
키토산(Chitosan) 시트러스펙틴(Citrus pectin) Control
Bacteroidales 32±0.1a 14±5.4b 4±0.4b
Lactobacillales 4±0.4b 12±0.9a 12±0.5a
Clostridiales 46±0.1a 29±3.6b 27±5.6b
Erysipelotrichales 2±0.2b 4±0.4a 1±0.1c
Enterobacteriales 12±0.2c 37±2.9b 54±5.1a
실시예 2. 맞춤형 장내 미생물 NGS(next generation sequencing) 분석
Fecal DNA 키트[PowerFecal DNA Isolation kit 50 Preps]를 이용하여 개인별 대변에서 장내 미생물의 DNA를 추출하였다. 16s primer을 이용하여 16S rRNA 유전자의 V4를 증폭하였다. 상기 획득한 유전자 정보를 이용하여 장내 미생물 균총 분석을 실시하였고, tool-Qiime2를 이용하였다.
그 결과 각각의 시료(개인)별 장내미생물 유전자 정보 및 함량을 확인하였고, 상기 확인한 개인별 장내 미생물 정보를 데이터베이스 시스템에 입력하여 맞춤형 건강정보, 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스 정보를 제공하였다.
실시예 3. 장염이 없는 아이 및 장염이 있는 아이의 시료로부터 건강정보, 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스 정보를 제공한 사례
본 실시예 3에서는 2명의 어린이로부터 채취한 변을 분석하여 건강정보 및 프리/프로바이오틱스 정보를 제공한 사례를 제시하고 한다.
본 실시예 3에서 사용한 변은 2명의 어린이로부터 채취한 변을 이용하였으며, 한명은 장염을 앓고 있고, 다른 한명은 장염이 없는 경우로, 각가의 변으로부터 개인별 장내 미생물 분석을 통해 장내미생물 환경을 확인하였다.
분석 시료의 기본 정보
나이 체질량지수(BMI) 성별
시료 1(장염이 없는 아이) 8 17.5 남
시료 2(장염이 있는 아이) 8 17.5 남
시료 1의 장내 미생물 분석 결과
장내 미생물 시료 1
Numbers of bacteria
(raw data) 		Percentage of bacteria
E2 0 0.00
Bifidobacteriales 33 0.20
Coriobacteriales 25 0.16
Bacteroidales 612 3.80
YS2 0 0.00
Streptophyta 0 0.00
Deferribacterales 17 0.11
Lactobacillales 624 3.87
Clostridiales 5128 31.80
Erysipelotrichales 87 0.54
Fusobacteriales 0 0.00
RF32 0 0.00
Burkholderiales 0 0.00
Desulfovibrionales 62 0.38
Campylobacterales 14 0.09
Aeromonadales 0 0.00
Enterobacteriales 9435 58.51
Spirochaetales 18 0.11
CW040 8 0.05
Anaeroplasmatales 0 0.00
Mycoplasmatales 8 0.05
RF39 0 0.00
HA64 55 0.34
총계 16126 100
시료 2의 장내 미생물 분석 결과
장내 미생물 시료 2
Numbers of bacteria
(raw data) 		Percentage of bacteria
E2 4 0.03
Bifidobacteriales 34 0.22
Coriobacteriales 36 0.23
Bacteroidales 795 5.08
YS2 0 0.00
Streptophyta 0 0.00
Deferribacterales 41 0.26
Lactobacillales 446 2.85
Clostridiales 6052 38.69
Erysipelotrichales 109 0.70
Fusobacteriales 0 0.00
RF32 13 0.08
Burkholderiales 0 0.00
Desulfovibrionales 130 0.83
Campylobacterales 15 0.10
Aeromonadales 0 0.00
Enterobacteriales 7834 50.08
Spirochaetales 41 0.26
CW040 0 0.00
Anaeroplasmatales 10 0.06
Mycoplasmatales 19 0.12
RF39 0 0.00
HA64 64 0.41
총계 15643 100
상기 표 5 및 6의 가공하지 않은(Raw) 값을 데이터베이스 시스템에 입력하여 백분율(%)을 구하고 SCFA와의 관계를 맵핑함으로써, 하기 표 7에 개시한 SCFA 정보 중에서 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid)의 중량비를 획득하였다.
아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid)의 중량비
프리바이오틱스
제공 전		 아세트산(%) 프로피온산(%) 뷰티르산(%) 합(%)
시료 1 84.1 6.5 9.4 100
시료 2 82.4 8.7 8.9 100
또한, 표 8에 개시한 바와 같이, 상기 시료 1 및 2의 건강 정보(질병 예측 정보)를 제공하였다.
장내 미생물 환경에 따른 건강 정보(질병 및 건강지표 중에서 위험도에 대한 순위를 나타낸 정보)
순위 시료 1 시료 2
1 비만 피부 면역질환
2 파킨슨병 과민성대장증후군, 크론병
3 과민성대장증후군, 크론병 파킨슨병
4 뇌졸중 대장암
5 면역질환 피부건선
상기 표 8에서, 순위 1은 위험도가 가장 높은 것을 의미한다.
이를 기반으로 시료 1의 장염이 없는 아이에게는 쌀겨(ricebran), 스피루리나(spinulina), 후코이단(fucoidan), 셀룰로오스(cellulose), 오트브랜(oatbran), 키토산(chitosan) 및 콘드로이틴황산(Chondroitin Sulfate)이 최적의 프리바이오틱스로 선별되어 키토산을 추천하였고, 시료 2의 장염이 있는 아이에게는 스피루리나(spinulina)와 후코이단(fucoidan)이 최적의 프리바이오틱스로 선별되어 스피루리나(spinulina)를 추천하였다.
또한, 시료 1의 장염이 없는 아이에게는 락토바실러스 가세리(Lactobacillus gasseri), 락토바실러스 플란타럼(Lactobacillus plantarum) 및 락토바실러스 파라카제이(Lactobacillus paracasei)가 최적의 프로바이오틱스로 선별되어 이를 추천하였고, 시료 2의 장염이 있는 아이에게는 락토바실러스 가세리(Lactobacillus gasseri)가 최적의 프로바이오틱스로 선별되어 이를 추천하였다.
이후, 시료 1의 어린이는 키토산을 8주 동안 섭취하도록 하였고, 시료 2의 어린이에게는 스피루리나(spinulina)를 8주 동안 섭취하도록하였다. 8주후 대변 검사를 통해 장내미생물 환견에 대하여 재분석한 결과, 하기 표 9~11에 개시한 바와 같은 변화가 나타났다.
키토산 섭취 후, 시료 1의 장내 미생물 분석 결과
장내 미생물 키토산 섭취 후(시료 1)
Numbers of bacteria
(raw data) 		Percentage of bacteria
E2 240 1.37
Bifidobacteriales 0 0.00
Coriobacteriales 116 0.66
Bacteroidales 5182 29.62
YS2 0 0.00
Streptophyta 0 0.00
Deferribacterales 72 0.41
Lactobacillales 2017 11.53
Clostridiales 7310 41.78
Erysipelotrichales 220 1.26
Fusobacteriales 0 0.00
RF32 22 0.13
Burkholderiales 179 1.02
Desulfovibrionales 129 0.74
Campylobacterales 14 0.08
Aeromonadales 12 0.07
Enterobacteriales 1972 11.27
Spirochaetales 6 0.03
CW040 0 0.00
Anaeroplasmatales 0 0.00
Mycoplasmatales 0 0.00
RF39 0 0.00
HA64 4 0.02
총계 17495 100
시료 2의 장내 미생물 분석 결과
장내 미생물 스피루리나 섭취 후 (시료 2)
Numbers of bacteria
(raw data) 		Percentage of bacteria
E2 28 0.15
Bifidobacteriales 218 1.19
Coriobacteriales 196 1.07
Bacteroidales 3582 19.57
YS2 0 0.00
Streptophyta 0 0.00
Deferribacterales 26 0.14
Lactobacillales 2145 11.72
Clostridiales 4588 25.07
Erysipelotrichales 883 4.82
Fusobacteriales 0 0.00
RF32 0 0.00
Burkholderiales 83 0.45
Desulfovibrionales 77 0.42
Campylobacterales 7 0.04
Aeromonadales 0 0.00
Enterobacteriales 6429 35.12
Spirochaetales 16 0.09
CW040 4 0.02
Anaeroplasmatales 0 0.00
Mycoplasmatales 0 0.00
RF39 0 0.00
HA64 22 0.12
총계 18304 100
상기 표 9 및 10은 각각 프리바이오틱스 정보를 제공받아 8주동안 섭취한 후의 대변 검사를 통해 확인한 장내미생물에 대한 환경이 변화된 것을 확인한 결과이며, 이와 같은 장내미생물 환경 변화에 따른 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid)의 중량비가 변화된 것을 확인할 수 있었다(표 11).
아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid)의 중량비
프리바이오틱스
제공 후		 아세트산(%) 프로피온산(%) 뷰티르산(%) 합(%)
시료 1 80.3 8.0 11.7 100
시료 2 77.4 10.9 11.7 100

Claims (7)

  1. (1) 채취한 대변에 포함된 장내 미생물의 종류와 함량을 분석하는 단계;
    (2) 분석하고자 하는 장내미생물의 정보 입력부; 알려진 장내 미생물 균총에 대하여 종속과목강문계별 분류체계로 분류하고, 장내 미생물이 생산하는 SCFA(short-chain fatty acd) 정보를 저장하는 제1저장부; 장내 미생물과 건강정보를 맵핑하고 있는 제2저장부; 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 식이 여부에 따른 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid)의 생성량 변화 관계를 저장하고 있는 제3저장부; 및 상기 제1 내지 제3저장부에 함유된 데이터를 맵핑하여 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 선별에 대한 스코어링 및 순위를 정하는 계산부; 및 결과 출력 및 전송하는 출력부;를 포함하는 맞춤형 건강정보, 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스 정보 제공용 데이터베이스 시스템에, 상기 단계 (1)에서 획득한 장내 미생물의 종류와 함량을 입력하는 단계;
    (3) 상기 단계 (2)에서 입력한 장내 미생물이 생산할 수 있는 SCFA(short-chain fatty acd) 정보와 장내 미생물과 관련된 대사성 질환 및 안질환을 포함하는 질병 또는 건강정보를 상기 데이터베이스 시스템으로부터 획득하는 단계; 및
    (4) 상기 단계 (3)에서 획득한 상기 SCFA 정보 중에서 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid)의 중량비에 따른 스코어링을 통해 맞춤형 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스의 순위를 정하는 단계;를 포함하는 맞춤형 건강정보, 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스 정보를 제공하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 건강정보는 간질환, 비만, 당뇨병, 고혈압, 면역력 감소, 호흡기면역질환, 피부 면역질환, 심혈관계질환, 관절염, 안질환, 과민성 대장증후군, 크론병, 변비, 비뇨기계 염증질환, 전립선질환, 피부건선, 운동능력, 불면증, 세균성질염, 칸디다증, 유방암, 대장암, 췌장암, 폐암, 망막동맥폐색증, 파킨스병, 알츠하이머병, 뇌졸중, 우울증 및 면역결핍바이러스(HIV virus)관련 면역질환 중에서 선택된 하나 이상의 질병 또는 건강지표에 대한 위험도인 것을 특징으로 하는 맞춤형 건강정보, 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스 정보를 제공하는 방법.
  3. 제1항 있어서, 상기 프리바이오틱스는 이눌린(inulin), 시트러스 펙틴(citrus pectin), 자일로-올리고사카라이드(xylo-oligosaccharides), 이소말토-올리고사카라이드(isomalto-oligosaccharide), 구아검(guargum), 글루코만난(glucomannan), 스피루리나(spinulina), 마스틱검(mastic gum), 소듐 알지네이트(sodium alginate), 로커스트 빈 검(locust bean gum), 셀룰로오스(cellulose), 오트브랜(oatbran), 쌀겨(ricebran), 키토산(chitosan), 콘드로이틴황산(Chondroitin Sulfate) 및 후코이단(fucoidan) 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 맞춤형 건강정보, 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스 정보를 제공하는 방법.
  4. 제1항 있어서, 상기 프로바이오틱스는 엔테로코커스 패시움(Enterococcus faecium), 락토바실러스 헬베티쿠스(Lactobacillus helveticus), 락토바실러스 퍼멘텀(Lactobacillus fermentum), 락토바실러스 애시도필러스(Llactobacillus acidophilus), 락토바실러스 카제이(Lactobacillus casei), 스트렙토코커스 써모필러스(Streptococcus thermophilus) 및 비피도박테리움 브레브(Bifidobacterium breve) 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 맞춤형 건강정보, 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스 정보를 제공하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid)의 중량비에 따른 스코어링은 장내 미생물로부터 획득한 개인의 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(Butyric acid)의 중량비를 60:20:20으로 기준하여,
    아세트산의 중량비(a)가 60보다 작은 경우 0, 60≤a＜80인 경우 1, 80≤a인 경우 2로 스코어링하고,
    프로피온산의 중량비(p)가 15보다 작은 경우 2, 15≤p＜20인 경우 1, 20≤p인 경우 0으로 스코어링하며,
    뷰티르산(butyric acid)의 중량비(b)가 15보다 작은 경우 2, 15≤b＜20인 경우 1, 20≤b인 경우 0으로 스코어링하는 것을 특징으로 하는 맞춤형 건강정보, 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스 정보를 제공하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 스코어링 값은 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스를 개별적으로 식이할 경우 변화되는 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid) SCFA 생성량을 정규화하고, 합한 개별 표준값과 비교하여 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스의 순위를 정하는 것을 특징으로 하는 맞춤형 건강정보, 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스 정보를 제공하는 방법.
  7. 분석하고자 하는 장내미생물의 정보 입력부; 알려진 장내 미생물 균총에 대하여 종속과목강문계별 분류체계로 분류하고, 장내 미생물이 생산하는 SCFA(short-chain fatty acd) 정보를 저장하는 제1저장부; 장내 미생물과 건강정보를 맵핑하고 있는 제2저장부; 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 식이 여부에 따른 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 뷰티르산(butyric acid)의 생성량 변화 관계를 저장하고 있는 제3저장부; 및 상기 제1 내지 제3저장부에 함유된 데이터를 맵핑하여 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 선별에 대한 스코어링 및 순위를 정하는 계산부; 및 결과 출력 및 전송하는 출력부;를 포함하는 맞춤형 건강정보, 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스 정보 제공용 데이터베이스 시스템.
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