비피도박테리움

비피도박테리움; 비피더스균(국문) Bifidobacterium; BIFIDUS(영문)

비피도박테리움(Bifidobacterium)은 방선균(Actinobacteria)에 속하는 비운동성이며 절대혐기성의 그람양성균으로 사람과 동물의 장에 많이 존재하지만 그 외에 피부, 구강에서도 발견되며, 하수, 음식 등 다양한 환경시료에도 존재하는 것으로 알려져 있다. 비피도박테리움의 경우 비병원성 균으로 알려져 있으며 비피도박테리움의 섭취로 인한 면역력 증진, 인체내 유해균 성장억제 등 다양한 건강증진관련 연구가 보고되면서 현재 프로바이오틱스(probiotics) 균으로 많이 사용되고 있다.

Bifidobacterium bifidum (출처: SPL B220_0267)

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1899년 프랑스 파리 파스퇴르 연구소의 소아과 의사 앙리 티시에(Henry Tissier)가 모유를 먹고 자란 아이의 분변에서 최초로 분리하였다. 당시 현미경으로 관측하였을 때 형태학상으로 Y자형 모양을 가지고 있어 최초의 균 명칭을 ‘둘로 갈라진’이란 뜻의 라틴어 ‘bifid’를 사용하여 Bacillus bifidus라 하였다. 이후 1920년에 홀랜드(Holland)에 의해 Lactobacillus bifidus로 재분류 되었고, 다시 1924년 올라 젠센(Orla-Jensen)에 의해 Bifidobacterium 속(genus)으로 재분류 되었다.

Domain Bacteria (세균계) > Phylum Actinobacteria (방선균 문) > Class Actinobacteriae (방선균 강) > Order Bifidobacteriales (비피도박테리움 목) > Family Bifidobacteriaceae (비피도박테리움 과) > Genus Bifidobacterium (비피도박테리움 속)

비피도박테리움의 유전체 크기는 1.73 Mb~3.25 Mb로 1개의 염색체(chromosome)과 0~2개의 플라스미드(plasmid)를 보유하고 있으며, 1,352~2,557개의 Open Reading Frames(ORF)를 가지고 있는 것으로 보고되고 있다.

비피토박테리움은 이형젖산발효(heterolactic fermentation)를 하는데, bifid shunt라는 독특한 당 대사경로를 가지고 있으며, 이는 다른 그람양성세균과 비피도박테리움을 구분하는 지표로 사용되기도 한다. Bifid shunt의 6탄당 대사관련 핵심 효소로는 헥소오스인산(hexose phosphate)을 에리트로오스 4-인산(erythrose-4-phosphate)과 아세틸인산(acetyl phosphate)으로 분해하는 과당-6-인산포스포케톨라아제(fructose-6-phosphate phosphoketolase)가 있으며, 이후 트랜스알돌라아제(transaldolase)와 트랜스케톨라아제(transketolase)의 추가적인 반응을 통해 5탄당(ribose-5-phosphate, xylulose-5-phosphate)을 생성한다. 생성된 5탄당은 5탄당 인산경로(pentose phosphate pathway)를 거쳐 젖산(lactic acid), 아세트산(acetic acid), 포름산(formic acid) 등을 최종 산물로 생성한다. 그 외에도 비피도박테리움은 식물 유래 올리고당(oligosaccharides)과 다당(polysaccharides)을 분해하는 효소를 가지고 있으며 몇몇 비피도박테리움 균주(Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum)의 경우 모유의 올리고당(human milk oligosaccharides)을 분해하는 능력을 가지고 있는 것으로도 보고된다.   

Bifidobacterium 당 대사경로 (그림: 중앙대학교 환경미생물학연구실)

비피도박테리움은 장내 우점 미생물중 하나로 병원성 미생물들이 장내에 정착하는 것을 방지하여 숙주(host)의 건강을 유지하는데 도움을 주는 것으로 알려져 있다. 대표적인 예로 비피도박테리움을 섭취한 신생아의 경우 설사와 로타바이러스 감염이 줄어드는 것이 확인되었고 비슷한 결과가 쥐 실험에서도 증명되었다. 이러한 타감작용(allelopathy)의 기작은 비피도박테리움이 생성하는 아세트산과 젖산 및 박테리오신(bacteriocin)을 포함한 다양한 항균물질 때문이며 특히 살모넬라(Salmonella), 리스테리아(Listeria), 캠필로박터(Campylobacter), 시겔라(Shigella), 여시니아(Yersinia), 비브리오 콜레라(Vibrio cholera), 대장균(Escherichia coli)에 대하여 뛰어난 항균작용이 있는 것으로 알려져 있다.

전체옥/중앙대학교

최경희/원광대학교

1. Duffy L, Zielezny M, Riepenhoff-Talty M, Dryja D, Sayahtaheri-Altaie S, Griffiths E, Ruffin D, Barrett H, Rossman J, Ogra P. 1994. Effectiveness of Bifidobacterium bifidum in mediating the clinical course of murine rotavirus diarrhea. Pediatr. Res. 35, 690–695.

2. LoCascio RG, Ninonuevo MR, Freeman SL, Sela DA, Grimm R, Lebrilla CB, Mills DA, German JB. 2007. Glycoprofiling of bifidobacterial consumption of human milk oligosaccharides demonstrates strain specific, preferential consumption of small chain glycans secreted in early human lactation. J. Agr. Food Chem. 55, 8914–8919.

3. Milani C, Turroni F, Duranti S, Lugli GA, Mancabelli L, Ferrario C, van Sinderen D, Ventura M. 2016. Genomics of the genus Bifidobacterium reveals species-specific adaptation to the glycan-rich gut environment. Appl. Environ. Microbiol. 82, 980–991.

4. Modesto M, Michelini S, Oki K, Biavati B, Watanabe K, Mattarelli P. 2018. Bifidobacterium catulorum sp. nov., a novel taxon from the faeces of the baby common marmoset (Callithrix jacchus). Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 68, 575–581.

5. Pokusaeva K, Fitzgerald GF, Sinderen D. 2011. Carbohydrate metabolism in Bifidobacteria. Genes Nutrition 6, 206.

6. Saavedra JM, Bauman NA, Perman J, Yolken R, Oung I. 1994. Feeding of Bifidobacterium bifidum and Streptococcus thermophilus to infants in hospital for prevention of diarrhoea and shedding of rotavirus. Lancet 344, 1046–1049.