KR19980703102A - 상피 흡착성 락토바실러스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상피세포 표면에 만노즈-특이적 에드신을 발현시키는 병인균의 결합을 저해시키는 제약학적 조성물을 만드는데 있어 만노즈-특이적 에드신을 가지는 락토바실러스 플란타룸의 용도에 관계한다. 본 발명에 이용되는 락토바실러스 플란타룸 균주는 D-만노즈-피복된 아가로즈 비드에 흡착하고, 적절하게는 REA에서 L.플란타룸 299에 70% 이상의 유사성을 가지는 L.플란타룸에 속한다. 또한, 본 발명은 박테리아 전치화 만노즈-특이적 에드신을 발현시키는 병인균에 의한 질병을 예방과 치료에 사용될 수 있는 제약학적 조성물에 이와 같은 균주의 이용에 관계한다.

Description

상피 흡착성 락토바실러스
상재 미생물군총은 박테리아 침투로 인한 콜로니형성에 대해 사람 또는 동물 신체를 보호하는 주요 방어 기작중에 하나이다. 면역억제된, 항생제 투여된 그리고 비경구적으로 투여된 환자들은 보통 배설물에서 주로 유도되는 박테리아로 인해 생성될 수 있는 폐혈증, 수막염 또는 뇨도관 감염과 같은 감염성 질환에 걸릴 위험에 있다. 이와 같은 과정의 배경이 되는 기작은 박테리아성 전위로써, 이는 위장관에서 장간막 임파구와 다른 기관으로 살아있는 박테리아의 통로로써 정의된다.
폐혈증은 복막 수술과 연관하여 가장 흔한 외과적 합병증으로 치사율이 높다. 박테리아 또는 박테리아 생성물은 기능이상이 있는 장벽을 침투할 수 있고 폐, 간, 심장등과 같은 다른 기관에 감염되거나 기능이상을 유도할 수 있어 이는 다중 기관 기능이상을 유도하거나 또는 소위 집중-치료-질환을 유도한다. 이와 같은 환자들은 항생제 투여와 위치를 아는 농양의 외과적 치료에 의해 현재 치료하고 있다. 현재 항생제는 수술후 감염의 위험을 감소시키기 위해 그리고 이로 인한 질병을 예방하기 위해 장 수술전에 통상적으로 투여된다. 그러나, 항생제 치료는 정상적인 장내세균총을 파괴시키고 더 많은 병원성 박테리아의 과도한 성장을 유도하는 경우가 있다.
이와 같은 발견은 항미생물 성분을 생산하거나 또는 경쟁적인 성장에 의해 숙주에서 미생물 균형에 유익한 영향을 줄 수 있는 미생물종을 증가시키게 되었다. 가장 연구가 많이 된 종가운데, 락토바실러스는 특정 경우에 병원균의 증식에 반작용을 하는 것으로 나타났다.
장에 있는 박테리아는 장에서 설사와 같은 콜로니를 형성한 숙주에서 질병을 일으키는 원인이 되고 또는 뇨도관과 같은 정상적인 멸균부위에 2차적인 콜로니를 형성하여 뇨도관 감염을 일으키거나 또는 혈류에 감염을 일으켜 폐혈증을 유도하게 된다.
병원성 박테리아는 소위 독성인자를 보유함으로써 질병을 일으키지 않는 박테리아와는 구별된다. 중요한 독성인자는 숙주 세포 탄화수물 수용체 분자에 흡착할 수 있는 능력이다. 이는 매우 중요한 단계인데 그 이유는 콜로니형성능력과 숙주세포에 근접하게 독소의 운반과 다른 염증수반물질의 운반능력 때문이다. 흡착성 박테리아에 의해 수송되는 경우에 이와 같은 독성물질은 장내관강에 잔류하는 박테리아에 의한 것보다 국소적으로 더 높은 정도로 도달하게 된다.
요도관 감염의 원인이 되는 박테리아에는 대장균(Escherichia coli), 엔테로박터(Enterobacter), 클렙스엘라(Klebsiella)와 프로테우스(Proteus)를 포함하는데 이를 모두 장내균과에 속한다. 이들 박테리아의 대부분은 사람 질 상피 세포에 있는 만노즈-포함하는 수용체에 흡착할 수 있는 능력과 뇨 점액 단백질 탐-호르세폴(Tamm-Horsefall) 단백질에 흡착할 수 있는 능력을 부여하는 제1형태 핌브리(fimbriae)를 가진다. 제1형 핌브리는 방광염에 대해 독성인자로 밝혀졌고 요도관의 상피세포에 결합함으로써 일어나는 자극효과의 증가 뿐만 아니라 질과 요도주위 상피세포에 결합함으로써 요도관으로 올라갈 수 있는 능력이 증가되는 것에 따라 달라질 수 있다[따라서, 제1형 핌브리는 배양된 상피세포에서 사이토킨 반응 즉 염증을 유도할 수 있다].
설사의 원인이 되는 박테리아에는 살모넬라와 쉬겔라가 포함되나 어린 유아에게는 클렙스엘과 또는 엔테로박터의 장대 과다성장의 연관이 있다. 생쥐에서 살모넬라로 인한 설사병의 독성 인자는 제1형 핌브리는 다른 박테리아의 콜로니형성을 실행시키고 상피에 가까이 독성물질 수송을 강화시키며 따라서, 설사를 일으키게 되는 것이다.
선행기술
EP-A2-0 199 535에서는 시험관 테스트에서 점막세포에 흡착할 수 있는 사람의 배설물에서 분리해낸 락토바실러스 악시도필러스(Lactobacillus acidophilus):(ATCC에 기탁됨 No. 53,103)의 생물학적 순수배양에 대해 상술하고 있다. L.악시도필러스는 위장관벽의 상부 통로를 조절한다. 그러나 생체에서 흡착에 대해서는 아직 밝혀지지 않고 있다.
WO 89/05849에서는 돼지의 위장관으로부터 분리해낸 그리고 시험관에서 돼지의 위장상피세포에 흡착할 수 있는 수단과 담즙산에 대한 내성이 있는가에 의해 선택된 젖산 박테리아에 대해 상술하고 있다. 상기 박테리아는 대장균 설사의 예방 또는 치료를 위해 우유의 발효에 이용될 수 있다.
WO 93/01823에서는 생체에서 사람 내장 점막에서 살 수 있는 능력을 가지고 경구 투여후 적어도 10일간 남아 있을 수 있는 능력을 가지는 락토바실러스 균주 분리 과정에 관한 것이다. 이와 같은 응용은 특히 2가지 신규 락토바실러스 균주를 제공하였는데 이는 부다페스트 조약에 따라 1991년 7월 2일 DSM-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH-, Braunschweig, Germany에 기탁되었다.
락토바실러스 플란타룸 299DSM 6595
락토바실러스 카제이 ssp. 라마노수스 271DSM 6594
그리고 이의 다양한 변체들도 위장관에 박테리아 감염의 예방 또는 치료에 사용될 수 있으며 외과적 수술과 연관하여 항생제와 대체될 수 있다.
SE 463 598은 위장관에 박테리아 흡착을 증가시키는 물질에 대해 상술하였고 이는 락토바실러스에서 구한 에드신(Adhesin)이라 불리는 흡착 촉진 단백질을 포함한다.
WO 90/09398에서는 병원균물질의 흡착, 성장 또는 생존을 저해시키는 생성물에 관계한다. 이와 같은 생성물은 대장균, 클로스트리듐, 살모넬라, 캄필로박테와 스트렙토코커스 균주와 같은 병원균을 저해하는 락토바실러스 메타볼라이트이다.
본 발명은 상피세포표면 특히 사람 내장 점막에 흡착할 수 있는 능력을 가지는 락토바실러스 균주로써, 유사한 방식으로 상피세포에 흡착하는 병원성 세균으로 인한 세균 혼관의 예방과 치료에 사용될 수 있다.
도 1은 피어슨 생성물 모멘트 상관 계수와 UPGMA에 기초한 REA-방법에 의해 특징지어진 여러 다른 테스트된 락토바실러스 사이에 유사도%를 나타내는 것이다.
놀라운 것은 락토바실러스 특정균주가 D-만노즈 피복된 아가로스 비드에 흡착할 수 있다는 것을 발견하였는데 이와 같은 능력은 메틸-α-D-만노시드에 의해 저해될 수 있는 방식으로 사람 결장 상피세포주 HT-29에 흡착할 수 있는 능력 뿐만 아니라 만노즈-감응성 방식으로 적혈구 세포를 응집할 수 있는 능력과 연관이 있다. HT-29세포를 과요오드산염으로 처리를 하면 만노즈-감응성 흡착이 제거되고 세포에 결합된 수용체는 탄수화물 특징을 가진다는 것을 확인할 수 있다. 또한 박테리아를 단백질분해효소 K 처리로 인하여 흡착이 사라지는데 이는 결합은 박테리아 세포표면에 있는 단백질 구조와 연관이 있다는 것을 나타낸다. 락토바실러스의 흡착부분, 에드신은 상피세포표면에서 만노즈를 포함하는 수용체에 흡착하는 것으로 보여진다. 이와 같은 흡착은 병원박테리아에 반작용을 하는 이들 박테리아의 능력과 숙주 방어 기작을 자극하는 능력과 연관이 있는 것으로 보인다.
특히, 이와 같은 흡착은 고유 장내 상피에 병원성 또는 가망 병원성 균주의 전치를 감소시키고, 상피세포 표면에 직접적으로 병원성 박테리아의 흡착을 저해하며 점막으로 독성 및 염증성 물질을 수송하는 능력과 점막 재구성을 위한 미소환경을 만들어서 불특정 자극물질에 의한 장내 염증손상을 감소시키는 능력이 감소된다. 상피와 연관된 것은 면역계와 상호작용할 수 있는 박테리아의 능력을 증가시키는 것이다. 이와 같은 락토바실러스 균주는 식작용 세포의 활성을 자극하여 항원을 제공하는 세포를 자극하여 면역성을 강화시킨다.
본 발명은 상피세포 표면에 만노즈-특이적 에드신을 발현할 수 있는 병원 박테리아의 결합을 저해할 수 있는 제약학적 조성물을 만들기 위한 만노즈-특이적 에드신을 가지는 락토바실러스-플란타룸의 이용에 관계한다. 이들 능력에 의해 독성 및 염증성 물질의 수송과 침투가 감소된다.
만노즈-특이적 에드신은 대장균, 클렙스엘라, 쉬겔라와 살로넬라종, 슈도모나스 에키노이드, 비브리오 콜레라와 비브리오 파라헤모리티쿠스와 같은 장내구균과를 포함한 그램 음성 박테리아에서 상술하고 있다.
대장균의 만노즈-특이적 에드신에 대한 적절한 수용체는 정의된 바 있고 이는 포유류 당단백질에서 발생될 수 있는 서열 만노즈α1-4-만노즈β를 포함하고 있다는 것은 공지된 바 있다. 다른 장내 박테리아 종의 만노즈-특이적 에드신의 정확한 수용체 구조는 아직 정의된 바 없고, 락토바실러스 플란타룸 균주의 만노즈-특이적 에드신의 수용체 구조에 대해서도 밝혀진 바가 없다. 그러나, 수용체는 Manα1-2Man 서열을 포함하는 것으로 보인다. 만노즈-특이적 L.플란타룸은 다른 수용체 구조에 결합할 수 있는 박테리아에서 이들의 효과와 비교하여 볼 때 만노즈를 포함하는 수용체에 결합할 수 있는 박테리아에 대해 더 큰 저해성 효과를 가질 것이다.
본 발명은 특히 상피세포 표면에 만노즈-특이적인 에드신을 발현할 수 있는 병원성 박테리아의 결합을 저해할 수 있는 제약학적 조성물을 준비하기 위해 D-만노즈 피복된 아가로즈 비드에 흡착할 수 있는 락토바실러스 플란타룸의 이용에 대한 것이다.
락토바실러스 플란타룸의 적절한 균주는 다음과 같다.
락토바실러스 플란타룸 299DSM 6595
락토바실러스 플란타룸 299VDSM 9843
락토바실러스 플란타룸 79
락토바실러스 플란타룸 105
락토바실러스 플란타룸 107
본 발명은 또한 박테리아 혼란을 예방하거나 또는 치료하기 위해 상피세포 표면에 만노즈-특이적 에드신을 발현시킬 수 있는 병원 박테리아의 결합을 저해하는 제약학적 조성물을 준비하기 위해 통상적인 담체와 복합하여 만노즈-특이적인 에드신을 가지는 락토바실러스 플란타룸의 이용에 관계한다.
2개 인자가 락토바실러스의 생태학적 효과를 발휘하는데 중요한 것으로 보인다. 첫째는 장에서 콜로니를 형성할 수 있는 능력으로 살아있는 박테리아의 최종 투여후에 일정시간동안 상당수가 생존하는 것이다. 이와 같은 성질은 병원성 박테리아의 성장과 증식을 락토바실러스가 억제하는 능력에 상당히 중요한 것으로 보이나 충분하지는 못하다. 둘째 인자로는 장내 상피 세포에 직접 결합할 수 있는 능력이다. 이는 콜로니형성을 촉진시키는 인자중에 하나일 수는 있으나 콜로니형성에 불가결한 것은 아니다. 상피에 흡착하는 능력은 균주가 콜로니를 형성할 수 있다는 것을 보장하는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 사람 장내 상피세포 표면에 만노즈-특이적 에드신을 발현하는 병인성 박테리아의 흡착을 저해하는 제약학적 조성물을 만드는데 있어 사람 장내 점막에 콜로니를 형성하는 능력 뿐만 아니라 만노즈-특이적인 에드신을 가지는 락토바실러스 플란타룸의 이용에 관계한다.
만노즈-특이적인 제1형 핌브리를 발현하는 병인성 장내세균은 클렙스엘라, 엔테로박터, 프로테우스, 살모넬라와 쉬겔라종, 즉 클렙스엘라 뉴모니에(Klebsiella pneumoniae), 살모넬라 티피뮤리움(Salmonella typhimurium), 쉬겔라 플렉스네리(Shigella flexneri) 그리고 대장균(Escherichia coli)이 속한다.
락토바실러스가 상피에 근접하여 함요부분을 점령하고 있기 때문에 상피세포에 직접적으로 흡착하는 능력은 점막 염증의 유도와 전치를 감소시키는데 있어 락토바실러스에 중요한 인자이다. 상피와 밀접하게 연관된 것은 락토바실러스가 내장상피세포에 직접적으로 영향을 줄 수 있는 미소환경을 변화시킬 수 있게 하여 자극물질에 의한 손상 후에도 치료를 촉진시킬 수 있다.
또한 본 발명은 고유 장내 상피에 병인성 또는 가망 병인성 박테리아의 전치를 예방하거나 또는 치료하기 위해 전술한 락토바실러스 플란타룸의 이용에 관계한다. 전치는 장간막 임파구, 혈액 또는 다른 기관으로부터 회수할 수 있도록 장내 상피를 통하여 살아있는 세균의 통로가 된다.
장에서 박테리아 혼란의 예방 또는 치료를 위한 제약학적 조성물에 사용될 수 있는 통상적인 담체는 전분 또는 우유에 기초된 다양한 종류의 음식물 뿐만 아니라 문제의 박테리아에 의해 발효된 생리학적으로 수용가능한 물질과 염 또는 물과 같은 비활성 고체 또는 액체물질에 기초한다. 적절한 기질은 위장관에 흡수되지 않은 액상 또는 고체 섬유를 포함하고 락토바실러스와 발효하였을 때 카르복실산을 만든다. 적절한 전분을 함유하는 기질의 예로는 귀리, 밀, 옥수수와 같은 곡류, 감자와 같은 구근채소 및 바나나와 같은 특정과일이 될 수 있다.
본 발명에 따른 조성물에 적절한 기질은 우수한 영양가치를 주기 위해 WO 89/08405에서 상술한 것과 같이 오트밀과 같은 영양액이 될 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은 적절한 방식 적절하게는 경구 또는 관장형태의 직장을 통하여 투여될 수 있다. 또한, 위를 통하여 장으로 삽입된 카테테르를 통해 또는 장에 직접적으로 투여될 수 있다. 테스트에서 오트밀 죽 또는 β-글루칸 형태로 식이섬유가 공급되는 경우에 이와 같은 효과는 개선되는 것으로 나타났다. 치료는 1회 또는 1∼2주 간격으로 매일 수회 이루어질 수 있다.
본 발명은 또는 사람의 질과 뇨도 상피세포에 만노즈-특이적 에드신을 발현시키는 병인성 세균 특히, 제1핌브리를 발현시킬 수 있는 대장균의 흡착을 저해하는 제약학적 조성물을 준비하기 위한 전술한 것과 같은 락토바실러스 플란타룸의 이용에 관계한다.
락토바실러스 균주의 분리.
락토바실러스 균주는 사람의 점막으로부터 분리하였다. 외과술에 의해 소장 즉 공장과 회장으로부터 장점막 조각을 떼어내어 장경에 의해 결장의 여러 부분의 생검을 하였다. 점막 샘플은 바로 특정 배지(0.9% 염화나트륨, 0.1% 트윈 80과 0.02% 시스테인; 모든 값은 중량/용적비이다)에 담구고, 2분 동안 초음파조에서 균질화시키고 Rogosa 한천(Difco Laboratories, Detroit, Michigan, USA)에 두기전에 1분간 교반한다. 플레이트는 2d동안 37℃에서 혐기성 배양시킨다(Gas Pak Anaerobic System, BBL). 하나 내지 세 개 콜로니를 각 플레이트에서 무작위로 선택하고 Rogosa 한천에서 5 내지 9회 순수 배양물에서 생장시키고 -80℃에서 냉동 완충액에서 농축 배양물로 유지시킨다. 이와 같은 공정에 의해, 락토바실러스 플란타룸 299와 299V, 105, 275, 386; 락토바실러스 퍼멘툼 8704:3; 락토바실러스 루테리 108, 8557:1, 8557:3; 락토바실러스 람노수스 271; 락토바실러스 아길리스 294를 분리하였다. 유사한 방식으로, 락토바실러스 균주는 쥐와 돼지 내장에서 분리하였는데 각각 락토바실러스 루테리 R2LC와 1063, 1068, 1044이다.
락토바실러스 균주는 다음의 방식으로 니게리안 오기 또는 피토에서 분리하였다. 원시료는 5분간 초음파조에서 처리하고, 2분간 볼텍스로 혼합하고, 37℃에서 Rosoga 한천으로 희석하여 3분간 배양한다. 이 과정에 의해, 락토바실러스 플란투럼 79, 107, 125, 98, 53, 97M2, 97, 101, 120, 144를 수득하였다.
락토바실러스 균주는 실라지에서도 분리하였는데 이것이 락토바실러스 플란투럼 36E, 256과 ATCC8014이다. So5는 Sockerbolaget, Arlov에서 수득한 락토바실러스 플란타룸 발단배양물이고, 락토바실러스 루테리 BR은 BRA-우유에 흔히 사용되는 균주이다(Arla Ekonomisk Forening, Stockholm, Sweden).
균주의 동정.
ATCC 14917T와 DSM 20016T는 락토바실러스 플란타룸과 락토바실러스 루테리의 표준 균주이다. 표준 균주는 aT로 표시한다. 특정 표준균주에 비해 70% 이상 DNA:DNA 유사성을 가지는 모든 다른 균주는 특정종에 속한다고 말한다.
조직적 미생물학 국제논문 45:670-675 Johansson, M-L, et al.에서 총 염색체 DNA의 제한효소 분석에 의해 분리된 균주의 분류에 대해 상술하고 있다. 수득된 핑거프린트에서, 비교시에 전체 패턴에 대해 유사성을 반영하도록 유전자 집단 또는 군집을 만든다. 이와 같은 분석방법에 따라서 락토바실러스 플란타룸 균주는 도 1에서 볼 수 있는 것과 같이 상이한 유전 집단 1a, 1b, 1c로 나눌 수 있다. 1c에 있는 균주는 L.플란타룸 299에 50% 초과 유사성을 가지고, 균주 299v, 107, 105, 79는 70% 초과 유사성을 가진다.
건강한 사람 내장 점막으로부터 분리된 균주 299와 299v는 각 1995년 3월 16일과 1991년 7월 2일자로 Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH에 기탁되어 각 기탁번호가 DSM 6595(299)와 DSM 9843(299v)를 가진다.
표현형 동정.
균주 299, 299v, 79, 105와 107은 pH 5.5에서 Rogosa 한천에서 생장할 수 있는 그램 양성, 촉매효소-음성 간상균이고 포도당에서 젖산을 혐기상태에서 생산할 수 있다. 상이한 탄수화물을 발효시키는 균주의 능력은 표 1에 나타내었다. 테스트는 제조업자의 지시에 따라 API 50 CH에 의해 이루어졌다.
균주는 표현형이 락토바실러스 플란타룸으로 확인되었다.
[표 1a]
30℃와 37℃에서 API 50 CH에서 균주 L.플란타룸 299, 299v, 107, 105와 275의 발효 패턴
[표 1b]
[표 1c]
플라스미드 용축.
플라스미드에 대해 Chassy et al(1976)에서 상술된 방법에 따라 균주를 테스트하였다. 락토바실러스 플란타룸 299, 299v, 79와 105는 동일한 플라스미드 즉 다섯 개 플라스미드 4, 9, 15, 21, 30 MDa을 가진다. 락토바실러스 플란타룸 107은 세 개 플라스미드 4, 15, 21 MDa을 가진다.
락토바실러스 플란타룸 299의 배양
- -80℃ 냉각기에서 접종물은 50ml 락토바실러스가 있는 배지(LCM, Efthymiou Hansen, J. Infect. Dis., 110:258-267, 1962) 또는 Rogosa에 첨가하고;
- 37℃에서 약 40시간동안 배양시키고;
- 50ml을 500ml LCM에 접종시키고;
- 500ml은 5ℓ에 접종시키고;
- 37℃에서 25-30시간동안 배양시키고;
- 10분간 10,000rpm에서 원심분리하고;
- 생리 염용액에 1회 세척하고;
- 펠렛은 1ℓ 생리염에 용해시킨다.
이 양은 400-500ℓ 오트밀 죽에 충분한 것으로 보인다. 배양배지는 최적화하지 않았다. 완충액 기능에 있어서 Rogosa가 LCM보다 나은 것으로 나타났다. 2% 포도당은 LCM에 첨가한다. 동일 과정이 다른 락토바실러스 균주를 생산하는데 이용될 수 있다.
생체에서 락토바실러스 플란타룸의 콜로니 형성
생체에서 콜로니를 형성하는 능력을 평가하기 위해 12명의 건강한 지원자에게 WO 93/01823에 상술된 것과 같은 냉동건조된 락토바실러스 균주 8×107CFU/g를 포함하는 100ml 액상 오트밀 죽을 10일간 공급하였다. 락토바실러스 플란타룸 299는 투여종료 후 10일에 장점막에 주요위치에서 볼 수 있었다.
또다른 테스트에서, 균주 L.플란타룸 105와 107의 콜로니형성능력에 대해 테스트하였다. 각 테스트균주 1.5×109CFU를 포함하는 냉동건조된 준비물은 8일간 1일 1회 섭취하였다. 투여시작하기전 직장에서 생검을 실시하고 투여후 1일과 8일에 종료하였다. 또한 생검은 공장에서 취하였다. 투여된 균주종 투여 종료후 8일에 Rogosa 플레이트에서 다시 분리된 것은 없었다.
혈구응집반응
대장균과 같은 장내구균내에 만노즈를 포함하는 수용체에 대해 에드신과 닮은 락토바실러스 균주의 에드신이 있는지를 조사하기 위해, 혈구응집 테스트를 상이한 기원의 적혈구 세포로 실시하는데 이때 에드신은 결장 상피세포에 결합을 중재하고 제1형 핌브리와 연관이 있는 것으로 보인다.
세척된 균은 2×1010/ml PBS에 현탁하고, 박테리아 현탁액의 2배 희석액은 PBS 또는 100mM 메틸-α-D-만노시드를 포함하는 PBS에 3% 적혈구세포 현탁액 동량과 함께 혼합하고 현미경 슬라이드에 놓는다. 슬라이드는 규칙적인 간격으로 부드럽게 기울인다. 응집은 눈으로 15분 후에 볼 수 있고 250x 확대범위에서 광현미경을 이용할 수도 있다. 15분 이내에 응집이 나타나는 박테리아 현탁액의 최대희석농도는 응집역가로 기록한다.
적혈구세포의 막-결합된 당단백질은 만노즈를 포함하고 만노즈-특이적 에드신이 있는 대장균은 만노즈-감응성 방식으로 광범위한 적혈구를 응집시킨다.
유전자 집단 1c에 속하는 L.플란타룸 균주는 사람, 기니아 피그, 병아리, 고양이, 개, 쥐, 생쥐, 토끼, 말 그리고 돼지에서 적혈구 세포를 응집시키나 드물게는 양 또는 소의 적혈구 세포도 응집시킨다. 양과 소 적혈구 세포를 제외하고는 응집은 완전히 저해되거나 또는 메틸-α-D-만노시드에 의해 상당히 감소된다. 약한 만노즈-감응성 응집반응은 1b 집단의 일부 균주에서 볼 수 있고 반면 다른 유전집단은 음성이다.
L.플란타룸의 만노즈-감응성 응집(MSHA)은 대장균의 것과 유사한데, 일부 다른 것도 볼 수 있다. 따라서, L.플란타룸에서는 병아리 적혈구 세포가 최대 MSHA 역가를 제공하고, 반면에 말 적혈구세포가 적은 활성 적혈구세포종 중에 하나이다. 한편, 대장균에서는 말 적혈구 세포는 병아리 적혈구 세포보다 약간 높은 최대 역가를 가진다. 기니아 피그 적혈구 세포에서는 L.플란타룸과 대장균에서 필적할만한 강한 응집활성을 나타내었고 반면에 사람 적혈구 세포는 대장균에 대해 다른 적혈구 종과 비교하였을 때 상대적으로 낮은 활성을 가지고 L.플란타룸과는 상대적으로 응집에 활성이 있었다.
HT-29 세포에 응집
사람 결장 육종 세포주 HT-29의 내장 상피세포에 흡착할 수 있는 능력에 대해 상이한 락토바실러스 균주를 테스트하였다(Wold, A, et al, Infection and Immunity, Oct. 1988, P. 2531-2537). 사람 아데노육종 세포주 HT-29의 세포는 10% 태아 송아지 혈청, 2mM L-글루타민과 50μg/ml 젠타마이신이 보충된 Eagles' 배지에서 배양하였다(Sigma Chemical Co., Saint Louis, Mo, USA). 세포가 합체된 후 몇일뒤에, EDTA를 포함하는 완충액(0.54mM)으로 분리시키고, 세척하고 Hank's balanced 염용액(HBSS)으로 5×108/ml 수준으로 현탁시킨다. 박테리아는 수득하여 세척하고 HBSS에서 5×109/ml(597nm에서 광학 밀도 1.5×2)로 현탁시킨다. 세포, 박테리아와 HBSS는 1:1:3의 비율로 혼합하고, 4℃에서 30분간 역회전식으로 배양시켰다. 세포는 냉각 PBS로 1회 세척하고, 중성 완충된 포르말린(Histofix, Histolab, Goteborg, Sweden)으로 고정시킨다. 적어도 40개 세포 각각에 부착된 박테리아의 수는 상간섭 현미경(500x, Nicon Optophot, 상간섭 장비, Bergstrom Instrumens, Goteborg, Sweden)을 이용하여 결정한다. 그리고 세포당 평균 세균수를 계산한다. 상이한 모노사카라이드(포도당, 만노즈, 메틸-α-D-만노시드) 1.5% 흡착 저해도 테스트는 흡착검사에 포함된다. 결과는 하기 표 2에 나타내었고 머리글, 균주, 유전집단은 다음과 같다:
- HT-29 VH는 박테리아/세포수의 평균값이고; 실험 횟수는 ()에 나타내었고;
- α-메틸 만노시드, 만노즈와 포도당은 α-메틸 만노시드, 만노즈와 포도당 존재하에 박테리아/세포수의 평균치를 나타내고; 실험 횟수는 ()에 나타내었고;
- n은 α-메틸 만노시드 유무에 관계없이 흡착을 비교함으로써 한쌍의 값을 나타내고;
- d는 α-메틸 만노시드 유무에 관계없이 평균차를 나타내고; 양수=만노시드의 저해;
- p는 비교를 위한 p-값; 한쌍의 값에 대한 Students T-test.
이와 같은 결과에서 락토바실러스의 처음 5개 균주는 시험관에서 HT-29 세포에 대해 강력한 흡착을 나타내었고 흡착은 당 α-메틸 만노시드에 의해 저해를 받았다.
[표 2a]
[표 2b]
[표 2c]
이와 같은 흡착 테스트는 5개 대장균 균주 뿐만 아니라 락토바실러스 플란타룸 균주로 반복하였다. 4개 야생형 균주는 파키스탄 유아의 직장에서 분리하였고 바이오타입이 대장균으로 동정되었다(Bettelheim, M.F., et al., J. Med. Microbiol. 2:225-236, 1969). 대장균 균주는 만노즈-특이적 에드신과 제1형 핌프리의 발현을 촉진시키기 위해 0.1% CaCl2를 포함하는 Luria 브로스에서 37℃ 12시간 배양하였다. 제1형 핌브리와 만노즈-특이적 에드신을 발현시키는 형질변환체 균주 대장균 506 MS는 25μg 클로람 페니콜/ml을 포함하는 트립톤 콩한천에서 배양하였다. L.플란타룸 균주는 37℃에서 24시간 동안 초기적으로 Rogosa 한천에서 배양하였다.
흡착의 저해를 테스트하기 위해 다음의 단당류는 흡착검사시에 최종 60mM 농도로 포함된다:D-포도당(USB, Cleveland, Ohio, USA), 메틸-α-D-글루코시드(Sigma), D-만노즈(Merck, USA), N-아세틸-글루코사민(USB), N-아세틸-갈락토사민(USB) 그리고 N-아세틸-뉴라민산(Sigma).
지원자에 콜로니를 형성할 수 있는 것으로 나타난 L.플란타룸 균주 299와 299v는 HT-29 세포에 흡착이 중정도로 나타났다(약 10박테리아/세포). 이는 모든 경우에 사실인데 단 한가지 유전집단 1c에 속하는 다른 L.플란타룸 균주중 하나는 예외이다. 메틸-α-D-만노시드는 이들 균주의 흡착을 45-73% 감소시키는 것으로 나타났다. 1b 집단에는 이들 균주가운데 흡착도가 더 낮은 것(2-5세균/세포)도 볼 수 있다. 이들의 흡착은 메틸-α-D-만노시드에 의해 33-58% 감소되었다. 유전자 집단 1b 또는 1c에 속하지 않는 다른 L.플란타룸 균주는 낮은 수로 흡착되었고 이들 흡착은 메틸-α-D-만노시드에 의해 저해되지 않았다.
또한 D-만노즈는 L.플란타룸 299와 299v의 흡착을 감소시켰으나 메틸-α-D-글루코시드 보다는 그 정도가 약하였다. 테스트된 다른 단당류 예로써, D-포도당, 메틸-α-D-만노시드, L-퓨코스, 갈락토즈, N-아세틸-글루코자민, N-아세틸-갈락토자민과 N-아세틸-뉴라민산중 어느 것도 HT-29 세포에 L.플란타룸 299 또는 299v의 흡착을 저해하지는 못했다.
테스트된 만노즈-특이적 에드신이 있는 대장균 균주는 15-45박테리아/세포 수준으로 흡착하였다. 대장균 506MS의 흡착은 메틸-α-만노시드와 D-만노즈에 의해 유사한 수준(95%)으로 저해되었다.
60mM 메틸-α-D-만노시드의 유무하에 배양후 HT-29 세포에 박테리아의 흡착 결과, 세가지 실험(대장균 345, 253, 810; 476은 한가지 실험에서만)으로부터 평균치의 계산은 하기 표 3에서 볼 수 있다.
아가로즈 비드에 고정된 D-만노즈에 결합
약간 수정된 Sanchez와 Jonson(APMIS., 1990, 98:353-357)의 방법에 따라 D-만노즈-피복된 아가로즈 비드에 박테리아 결합에 대한 테스트를 실행하였다. PBS에서 1010/ml로 현탁된, 세척된 박테리아는 공유결합으로 연결된 D-만노즈(아가로즈-p-아미노페닐-α-D-만노피라노시드, Sigma, St. Louis, USA) 또는 평이한 아가로즈 비드(4% 비드 아가로즈, PL-Biochemical, Milwaukee, Wis, USA)를 포함하는 상업적인 아가로즈 비드 PBS에 1:4 현탁된 동량을 혼합하여 현미경 슬라이드에 얹는다. 슬라이드는 2분간 기울이고 그 다음 상간섭 현미경(500x, Nicon Optiphot)에서 관찰한다. 평이한 아가로즈 비드에 결합되지 않고 만노즈 피복된 비드에 박테리아 흡착이 양성반응이다. 본 테스트의 결과는 표 3에 제공한다. 만노즈-피복된 아가로즈 비드의 발견은 다음과 같이 평가한다:
- 만노즈가 없는 컨트롤 비드와 비교하였을 때 결합에서 차이가 없는 세균;
+ 비드의 표면층에 50% 이상을 얇은 층으로 덮는 박테리아;
++ 두꺼운 층으로 비드의 전체 표면적을 덮고 때로는 다층피복이 나타나는 박테리아;
D-만노즈 피복된 아가로즈 비드에 결합은 HT-29 세포에 흡착하는 모든 L.플란타룸 균주에서 나타났고 만노즈-감응성 방식으로 적혈구 세포를 응집시켰고 이는 모두 집단 1c, 1b의 ATCC 14917T, 256, 36E에 속하는 균주이다. 가장 양성인 균주는 만노즈-피복된 아가로즈 비드와 강력하게 반응하고; 가장 약한 반응은 L.플란타룸 275와 ATCC 14917T와 256에서 나타났다. 만노즈-감응성 흡착에 대해 음성인 모든 L.플란타룸 균주는 또는 1a에 속하는 L.플란타룸 97을 제외하고 만노즈 피복된 비드에도 음성이다. 그러나, 이와 같은 균주들은 종종 다른 실험에서 만노즈-감응성 흡착을 나타낸다.
대장균 506 MS는 강력한 양성 L.플란타룸 균주와 동일한 수준으로 결합한다.
[표 3a]
[표 3b]
메타 과요오드산염 산화와 박테리아와 HT-29 세포의 효소처리.
세척된 박테리아 또는 HT-29 세포는 0.1M 시트레이트-인산 완충액 pH 4.5에서 0.01M 메타 과요오드산염(Merck, USA)에 현탁시킨다. 박테리아는 1시간동안 37℃에서 배양시키고 HT-29 세포는 15분 또는 30분간 실온에서 배양시킨다. 배양후에, 세포 또는 세균은 가라앉히고 PBS로 2회 세척후 HBSS에 재현탁시킨다. 기준 배양은 전술한 동일 완충액에서 0.01M 요오드나트륨(Mallinckrodt Chemical Works, Saint Louis, Mo, USA) 또는 완충액 단독으로 실행하였다.
세척된 세균 또는 HT-29 세포는 2mg/ml 프로테네이즈 K(15units/mg, Sigma)를 포함하는 PBS 또는 PBS 단독에 현탁시키고 1시간동안 37℃ 배양시키고 전술한 것과 같이 세척하고 재현탁시킨다.
15분 또는 30분 동안 과요오드산염으로 HT-29 세포의 처리는 세포 파괴를 유도하고; 세포의 5-10%만이 다음의 흡착검사후에 남게 된다. 15분동안 처리된 세포에 L.플란타룸의 만노즈-감응성 흡착은 여전히 높게 나타나나(기준 완충액 관련하여 p=0.41), 30분간 처리된 세포는 L.플란타룸에 결합되지 않았고(기준 완충액 관련하여 p=0.033), 30분 동안 과요오드산염처리로 거의 흡착이 사라졌다(기준 완충액 관련하여 p=0.0005, 요오드산염 기준 관련하여 p=0.0067). 박테리아 세포 표면 탄수화물의 과산화염 산화는 결합에 많은 영향을 주지 않았다.
프로테나제 K로 L.플란타룸을 처리하면 HT-29 세포에 흡착하는 능력이 완전히 제거되고(p=0.0008, 표 5), 이 효소로 박테리아를 처리한 후에 대장균 506 MS의 흡착이 감소되지는 않았다. HT-29 세포의 프로테나제 K 처리는 L.플란타룸 299v(p=0.36)의 흡착에 분명한 효과가 없었으나 제1형 핌브리 대장균 506 MS에 흡착은 감소하는 경향이 있다.
이와 같은 실험에서 세포-결합된 수용체는 탄수화물이며 박테리아 세포표면에 있는 단백질 구조는 수용체에 흡착하는데 연관이 있는 것으로 보인다.
HT-29 세포에 살모넬라 티피뮤리움의 흡착.
살모넬라는 설사병에 주요 병인균이다. 많은 살모넬라 균주가 제1형 핌브리를 가지는데 이는 만노즈-감응성 응집에 의해 감지될 수 있다.
위장질환이 있는 환자에서 분리한 살모넬라 균주, 살모넬라 티피뮤리움 11014는 적혈구세포의 만노즈-감응성 응집을 나타내는 것으로 본 흡착 테스트에 대해 선택되었다. 살모넬라 균주는 카르보네이트 완충액(pH 9.6)에서 냉각상태 12시간동안 박테리아와 FITC를 배양시킴으로써 형광 프로브 FITC(플로레신 이소티오시아네이트, Sigma)로 라벨된다. 박테리아는 흡착검사에 사용하기 전에 3회 세척한다.
흡착을 위해서는 0.1ml HT-29 세포(5.106/ml)는 5.108플로레슨트 살모넬라와 5.108라벨안된 락토바실러스 플란타룸 299 또는 299v와 혼합시킨다. 혼합물은 30분간, 냉각상태에서, 역회전하면서 배양시킨다. 세포를 세척한 후 흡착 박테리아는 형광감지할 수 있는 장비가 갖추어진 현미경하에서 헤아린다. 결과는 하기 표에 나타낸다.
[표 4]
HT-29 세포에 흡착.
상기 표에서 볼 수 있듯이 살모넬라 균주는 사람 결장 세포 즉 HT-29 세포에 만노즈-특이적 기작에 의해 흡착한다는 것을 분명히 알 수 있다. 이와 같은 만노즈-감응성 흡착은 락토바실러스 플란타룸에 의해 상당히 차단된다. 동량의 박테리아가 동시에 존재한다.
락토바실러스 균주는 병인균주전에 첨가되는 경우, 만노즈-특이적 에드신을 가지는 병인 박테리아에 대한 부위를 점령할 것이고 따라서, 이 병인균들이 자리를 잡아서 질병을 유발하는 것은 불가능하다.
급성 간 질환은 치사율이 상당히 높고 치사율의 대부분은 갑작스런 폐혈증 때문이다. 중병 또는 면역계 질환자에서 대부분 감염은 환자 자신의 미생물 총에 의한 것이고 폐혈증 또는 다중 기관 마비로 죽은 많은 환자들은 폐혈증이 되는 것으로 확인된 장내 세균은 가지지 않았고 이는 이와 같은 감염이 장에서 기인된 것임을 나타낸다. 급성 간 기능 마비 동안에 임상적으로 중요한 박테리아 폐혈증의 빈도가 상당히 높기 때문에 예방치료 가능성이 상당히 높아지고 있다. 급성 간 기능 마비 또는 중요한 간 수술후에 장에서 전치되는 세균이 증가되고 이는 이와 같은 질병에서 어느 정도의 감염이 복합되었다는 것을 설명하는 것이다. 이와 같은 기작을 밝히고 가능한 예방책을 찾기 위해 다음과 같은 실험을 하였다.
쥐에서 테스트.
급성 간 손상에 락토바실러스 보충 효과.
본 실험의 목적은 급성 간 손상 모델에서 박테리아 전치정도에서 상이한 균주의 락토바실러스의 직장 투여효과를 연구하는 것이다. 직장과 맹장에서의 장내 구균에 이와 같은 투여의 영향을 조사하기 위한 것이다.
200∼300g 체중을 가지는 스프라우그-도우리 쥐(수컷)를 6가지 동물군으로 나눈다:정상, 기준 급성 간 손상(ALI), 락토바실러스 로우테리 R2CL(SR) 보충된 군, 락토바실러스 람노수스 271(SS) 보충된 군, 락토바실러스 플란타룸 299v(SP) 보충된 군, 락토바실러스 페르멘툼 8704:3(SF) 보충된 군 그리고 락토바실러스 로우트리 108(ST) 보충된 군. 모든 동물은 정상적인 쥐 먹이를 공급받았고(R3, Lactamin AB, Stockholm) 실험을 통하여 임의로 물을 공급받았으며, 12시간씩 낮/밤 과정을 반복하고 실온은 22℃로 유지하였다. 상이한 락토바실러스 균주가 8일간 1일 1회 직장으로 투여되었다. 락토바실러스 균주의 매일 공급은 3ml당 동물마다 3×309CFU이다. 급성 간 손상은 D-갈락토사민(Sigma Chemical Co., St Louis, USA)을 1.1g/kg 복막 투여에 의해 8일째 유도하였고 이는 장내관강에서 멀리있는 기관으로 박테리아의 이동을 증가시킨다. 급성 간 기본군에서 정상염이 8일 동안 매일 공급되었고 간 손상은 8일째 유도되었다. 샘플은 간 손상 야기후 24시간째 수득하였다. 에테르 마취하에 멸균상태에서 중앙선을 따라 개복하였다. 미생물 테스트를 위해 문맥과 동맥혈을 수집하였다. 간의 미형로브와 장간막 임파구(MLN)에서 샘플을 수득하여 박테리아 연구를 하였고; 맹장과 결장에서의 박테리아를 헤아렸다.
박테리아 분석에서 조직 샘플은 5ml 멸균 트랜스포트 배지에 둔다. 샘플은 5분간 초음파조에 두고 2분간 Chiltern(Terma-Glas, Sweden)에서 교반시킨다. 전체 호기성 플레이트 카운트는 뇌 심장 주입 배지 BHI(Oxoid)에 샘플 0.1ml을 넣어 만들고 3일간 37℃에서 배양한다. 전체 혐기성 플레이트 카운트는 BHI에 샘플을 넣고 37℃에서 혐기성 조건에서 배양시킨다. 3일 후에, 각 플레이트에 형성된 콜로니수를 헤아리고 원조직의 중량에 대해 보정한다. 조직 샘플은 조직 g당으로 표시한다. 모든 값은 평균 ±SEM으로 나타낸다. 결과는 언페어드(unpaired) Student t 테스트를 이용하여 통계학적으로 평가한다. 0.05 이하의 확률이 유효한 것으로 간주한다(p0.05).
[표 5]
간과 MLN에서 박테리아 전치.
락토바실러스 플란타룸 299v로 쥐를 미리 처리하면 장으로부터 박테리아 전치가 상당히 감소되고 간 상태가 개선되었다.
세균총은 맹장과 결장에서 취한 샘플을 이용하여 조사하는데 이는 5ml 멸균 트랜스포트 배지에 바로 넣고 초음파조에 넣고 전술한 것과 같이 chiltern에서 교반시킨다. 살아있는 장내구균수는 24시간동안 37℃에서 혐기상태로 배양한 자색-적색-담즙-글루코즈 한천 VRBG(Oxoid)에서 할 수 있다.
[표 6]
맹장과 결장에서 장내구균수
상기 표에서는 락토바실러스가 보충된 모든 군에서 결장과 맹장에서의 장내구균수가 감소하였음을 볼 수 있다.
임상 테스트.
폴란드 Szezecin 병원에서 급성장염인 26명의 어린 환자에게 5.5일간 Pro Viva(락토바실러스 플란타룸 299v가 함께 발효시킨 오트밀을 재료로 한 rose hip 스프)를 제공하였다. 매일 400ml 양을 아침에 200ml, 저녁에 200ml씩 제공하였다.
모든 어린이는 치료전에 하루에 3 내지 9회 화장실을 갔으나 치료후에 하루 1∼2회 빈도로 감소하였다. 6명의 환자에게서 치료전에 배변에서 병인균이 나왔다. 즉 세명의 아이에게서 살모넬라가, 2명의 아이에게서 장내병인성 대장균이, 그리고 1명의 아이에게서 기아르디아 인테스티날리스가 나왔다. 처리후에 배변에서 병인균이 나오지 않았다. 기아르디아 인테스티날리스를 제외하고는 이들 병인균 모두다 제1형 핌브리를 가지며 장내 상피세포에 만노즈-특이적 기작을 통하여 흡착하는 것으로 알려졌다. 상피세포 또는 점막층에서 만노즈를 포함하는 탕단백질에 있는 결합부위에 대해 병인균과 경쟁하는 락토바실러스 플란타룸 299v의 능력은 락토바실러스 플란타룸의 투여후에 배변 배양물에서 이와 같은 세균을 제거하는 것이다.
결론
장내에 있는 그람-음성 박테리아 가운데 만노즈-특이적 에드신의 광범위한 발생은 이와 같은 에드신이 장내 콜로니화에 중요한 것임을 나타내는 것이다. 만노즈-특이적 에드신은 락토바실러스 플란타룸과 같은 그람-음성종으로 이전에는 확인되지 않았다. 만노즈를 함유하는 수용체에 흡착할 수 있는 능력은 이와 같은 박테리아의 콜로니형성능에 상당히 중요하다. 그러나, 점막 수용체에 흡착할 수 있는 능력이 부족한 박테리아 역시 내장 상피세포에 흡착할 수 없는 균주 271의 훌륭한 콜로니형성 물질이다.
상피에서 만노즈-함유하는 수용체에 결합할 수 있는 능력은 락토바실러스 플란타룸이 병인성 박테리아의 효과에 반작용할 수 있는 특별한 능력을 가지는 것이다. 우선, 이것은 우수한 장내 콜로니형성물질이다. 둘째, 만노즈-함유 점막 수용체에 대해 병인성 세균의 콜로니형성 능력에 매우 중요한 수용체에 대해 병인성 균과 경쟁한다. 셋째, 내장 상피 세포에 있는 수용체에 결합함으로써, 락토바실러스 플란타룸은 상피세포의 미생물 환경에 바로 영향을 줄 수 있다. 따라서, 락토바실러스에 의해 미생물 환경의 변화는 상피로부터 미생물이 다소 떨어져 있는 것보다 상피세포에 더 큰 영향을 줄 수 있다. 넷째로, 상피세포에 있는 만노즈-함유 수용체에 결합함으로써, 락토바실러스 플란타룸은 병인균이 흡착하는 것을 막고 따라서, 상피에 직접 독성물질 또는 자극 물질을 수송하는 능력을 감소시키는데, 이는 이들 박테리아의 병인작용에 필수적인 것이기도 하다.

Claims (9)

  1. 상피세포표면에 만노즈-특이적 에드신을 발현시킬 수 있는 병인균의 흡착을 저해시키는 제약학적 조성물의 제조에서 만노즈-특이적 에드신을 가지는 락토바실러스의 용도.
  2. 제1항에 있어서, 락토바실러스 플란타룸은 D-만노즈-피복된 아가로즈 비드에 흡착하는 것을 특징으로 하는 락토바실러스의 용도.
  3. 제1항 또는 2항에 있어서, 락토바실러스 플란타룸 299v는 기탁번호가 DSM 9843인 것을 특징으로 하는 락토바실러스의 용도.
  4. 제1항 내지 3항에 있어서, 박테리아 혼란의 예방 또는 치료를 위해 상피 세포 표면에 만노즈 만노즈 특이적 에드신의 결합을 저해하는 제약학적 조성물을 준비하는데 있어서 통상의 담체와 복합하는 것을 특징으로 하는 락토바실러스의 용도.
  5. 사람 장 상피세포 표면에 만노즈-특이적 에드신을 발현시키는 병인균의 흡착을 저해하는 제약학적 조성물을 준비하는데 있어서 사람 장 점막에 콜로니를 형성할 수 있고 만노즈-특이적 에드신을 가지는 것을 특징으로 하는 락토바실러스 플란타룸의 용도.
  6. 제1 내지 5항에 있어서, 제1형 핌브리를 발현시키는 장내세균, 특히 클렙스엘라, 엔테로박터, 프로테우스, 살모넬라와 쉬겔라 또는 대장균에 속하는 것을 특징으로 하는 락토바실러스 플란타룸의 용도.
  7. 제1항 내지 6항에 있어서, 장내 상피를 벗어나 병인균이 전치하는 것을 예방하거나 치료하는 것을 특징으로 하는 락토바실러스 플란타룸의 용도.
  8. 제1 내지 3항에 있어서, 사람 질과 용도 상피세포에 만노즈-특이적 에드신을 발현시키는 병인균의 흡착을 저해하는 제약학적 조성물을 만드는 것을 특징으로 하는 락토바실러스 플란타룸의 용도.
  9. 제8항에 있어서, 제1형 핌브리를 발현시키는 대장균 흡착을 저해하는 것을 특징으로 하는 락토바실러스 플란타룸의 용도.
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