소개글
"인천대 발효"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 피부 미생물의 중요성
1.2. 피부 질환 증가와 화장품 성분 문제
1.3. 장내 미생물과 피부질환의 연관성
2. Lactobacillus plantarum
2.1. 분류 및 특성
2.2. 세포 구조
2.3. 대사 활동
2.4. 게놈
2.5. 생합성 및 분비
2.6. 프로바이오틱스로서의 특징
2.7. 배양 방법
3. Lactobacillus plantarum의 질환 개선 및 치료 효과
3.1. 위장 질환 개선
3.2. 장내 미생물 균형 조절
3.3. 피부 질환 개선
3.3.1. 노화 억제 및 피부 주름 개선
3.3.2. 피부 장벽 기능 강화
3.3.3. 여드름 개선
3.3.4. 화상 상처 치료
3.3.5. 아토피 피부염 개선
3.4. 콜레스테롤 저하 효과
3.4.1. Lactobacillus plantarum FB003
3.4.2. Lactobacillus plantarum PH04
3.4.3. Lactobacillus plantarum CECT
3.5. 장벽 기능 강화
3.5.1. L. plantarum MB452
3.5.2. L. plantarum DSM 2648
4. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 피부 미생물의 중요성
피부에는 수많은 박테리아 곰팡이들이 존재하며, 이들은 서로 경쟁하면서 피부에 도움과 병을 주며 살고 있다. 피부 박테리아에 존재하는 종을 식별하기 위해 16S ribosomal RNA를 이용한 연구에 따르면 보통 사람의 피부에 상주하는 미생물에는 1000 종의 박테리아가 존재하고 있다. 이들 대부분은 표피의 표피층과 모낭의 윗부분에서 발견된다.
피부에 존재하는 박테리아는 일반적으로 비병원성이며 공생 또는 상호적인 관계에 있다. 박테리아가 피부에게 제공하는 것에는 먹이를 놓고 경쟁하거나 화학물질을 분비하여 피부의 면역 체계를 자극하여 일시적으로 병원성 유기체로부터 피부를 보호하는 것이 있다. 즉, 우리가 비병원균과 병원성균으로 간주하는 것의 구별은 종종 미생물의 고유한 특성이 아니라 감염의 저항하는 피부의 능력에 있다는 것이다.
인간(host)의 피부 방어는 다양한 보완 시스템의 결합된 행동을 통해 발생한다. 여기에는 1차적으로 표피에 의한 물리적 장벽, 피부 표면의 pH, 그리고 2차적으로 표피 내부에서 단백질 분해효소, lysozyme, cytokine, chemokine 과 같이 세포 및 적응 면역 반응의 활성화가 있다.
과거에는 피부 미생물에 대한 의견들은 피부에 서식하는 군의 개체군 구조 또는 이러한 미생물의 하위 집합이 병원균이 될 수 있는 방법을 이해하는데 중점을 두었다. 하지만 최근에는 피부 미생물이 숙주에 직접적으로 도움이 되며 병원성을 거의 나타내지 않는다는 새로운 가설들이 떠오르고 있다. 따라서 요즘 피부 건강에 상주하는 피부 미생물 총의 영향을 체계적으로 평가한 문헌들이 계속적으로 연구되고 있다.
이처럼 피부 미생물 군집의 중요성이 날로 강조되고 있으며, 이는 현대인들의 피부 질환 증가와 화장품 성분 문제와도 깊은 연관이 있다고 볼 수 있다. 따라서 피부 미생물의 중요성을 이해하고 이를 활용한 새로운 치료법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
1.2. 피부 질환 증가와 화장품 성분 문제
현대사회에 들어 다양한 화장품과 생활용품이 개발되면서 피부 질환이 오히려 증가하고 있다. 과거에는 피부질환이 많지 않았으나, 화장품과 생활용품에 포함된 화학 성분들이 피부 미생물군집을 파괴하면서 오히려 피부에 해를 끼치게 된 것이다.
우츠기 박사는 피부가 붉어지거나 건조해지는 등의 피부 질환을 치료하기 위해서는 상부 세균을 피부에 유지하는 것이 매우 중요하다고 주장한다. 즉, 화장품의 성분들이 피부의 표피와 진피의 미생물 군집을 망치고 파괴하여, 오히려 피부를 해치고 있다고 한다. 따라서 이 미생물들의 비율들이 중요하다고 주장한다.
또한 장내 미생물 군집이 피부의 질환들을 해결하는 열쇠라고 주장한다. 특히 심한 가려움증을 동반하는 만성 염증 피부 질환은 몸 속 장내 미생물 특히 뮤신-분해 미생물이 감소하면 장 내 미생물도 감소하여 면역력이 감소하여 심해진다는 것이다.
이처럼 현대사회에서 화장품과 생활용품의 발달로 인해 오히려 피부 질환이 증가하고 있으며, 피부 미생물과 장내 미생물의 균형 유지가 중요한 것으로 나타나고 있다.
1.3. 장내 미생물과 피부질환의 연관성
장내 미생물과 피부질환의 연관성은 최근 주목받고 있는 분야이다. 장내 미생물 집단의 불균형은 여러 피부질환의 발병과 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났다. 건선, 아토피 피부염 등 만성 염증성 피부질환의 경우 장내 미생물의 감소와 특정 유해균의 증가가 관찰되었다. 특히 장내 마이크로바이옴(microbiome)에서 뮤신 분해 세균의 감소가 면역력 약화를 유발하여 피부질환을 악화시키는 것으로 알려졌다.
장내 미생물은 장벽 기능 유지, 면역 조절, 영양분 공급 등 다양한 방식으로 피부 건강에 기여한다. 장내 미생물이 생산하는 대사산물이 피부로 전달되어 피부 장벽을 강화하고 염증을 억제하는 데 도움을 준다. 반면 장내 미생물 불균형은 장벽 손상과 면역 불균형을 초래하여 만성 피부질환을 유발할 수 있다.
따라서 장내 미생물 균형을 개선하는 것이 피부질환 예방 및 치료에 효과적일 것으로 기대된다. 유산균 섭취, 프로바이오틱스 투여 등을 통해 장내 미생물 집단을 개선하고 이를 피부 건강 증진에 활용하는 연구들이 진행되고 있다. 이러한 연구 결과는 장내 미생물과 피부질환의 밀접한 연관성을 입증하고 있다.
2. Lactobacillus plantarum
2.1. 분류 및 특성
Lactobacillus plantarum은 세균계(Domain: Bacteria)-문(Phylum): Firmicutes-강(Class): Bacilli-목(Order): Lactobacillales-과(Family): Lactobacillaceae-속(Genus): Lactobacillus-종(Species): plantarum으로 분류된다. 이는 다양한 곳에서 발견되는 그람 양성 간균으로, 특히 유제품, 육류 및 발효 식품에서 발견되며 인간의 장과 피부에서도 흔히 관찰된다. 이 젖산균은 그람 양성이며 혐기성으로 성장하는 비포자성 발효균이다. 주요 기능은 원료에 존재하는 당을 젖산으로 발효시키는 것이다. 또한 항균 펩타이드와 exopolysaccharide를 생산하며, 세포 내부와 외부 간 pH 농도차를 유지할 수 있는 능력이 있다.
2.2. 세포 구조
L. plantarum은 이름에서 보는 것처럼 bacilli 모양을 가지고 있으며, 끝이 둥글고 직선으로, 보통 폭이 0.9~1.2 μm, 길이가 3~8 μm 된다. 또한 쌍 또는 짧은 체인 모양을 가진다.""
2.3. 대사 활동
대사(Metabolism)는 L. plantarum의 주요 기능을 설명하는 부분이다. L. plantarum은 그람 양성 박테리아로서 세포벽에 높은 농도의 펩티드글리칸(peptidoglycan)이 있고 세포 외막이 없다.
L. plantarum의 주요 기능은 원료에 존재하는 당과 pyruvate을 젖산이 존재하면 이를 분해하는 것이다. 이 과정에서 탄소를 얻어내고 부산물로 알코올 또는 젖산을 생산한다.
호기성 조건에서는 젖산염이 아세테이트로 전환되며, 이 과정에서 1개의 ATP가 생성된다. 아세테이트를 생산할 뿐만 아니라 과산화수소와 이산화탄소도 부산물로 생성된다. 과산화수소는 망간(Mn) 의존적 과정을 통해 산소 변환에 의해 형성되며, 이는 다른 박테리아를 죽일 수 있어 유익한 작용을 한다.
또한 L. plantarum은 혐기성 박테리아에 대한 기본적인 전자 수송 사슬(electrogenic antiport)을 가지고 있어 질산염을 전자 수용체로 사용하는 질산염 환원 시스템을 가지고 있다고 알려져 있다.
설탕은 L. plantarum의 주요 에너지원이며, 이를 분해하는 과정에서 탄소가 방출되어 에너지원으로 사용된다. L. plantarum은 Embden-Meyerhoff-Parnas(EMP) 경로와 phosphoketolase 경로를 통해 동종 및 이종 발효를 수행할 수 있다.
이처럼 L. plantarum은 원료에 존재하는 당과 pyruvate을 젖산과 알코올 등으로 발효시키는 대사 활동을 통해 에너지를 생산하는 것이 주요 기능이라 할 수 있다.
2.4. 게놈
L. plantarum은 젖산균 중에서 가장 큰 게놈 중 하나를 가지고 있다. 그림2.5와 같이 원형 염색체에는 3,308,274개의 염기쌍이 들어 있다. 게놈은 전체 게놈 염기서열을 어셈블리 접근법을 사용하여 배열되었다.
L. plantarum의 게놈은 5 개의 rRNA 오페론으로 구성되어 염색체 주위에 분포되어 있다. 총 62 개의 tRNA 암호화를 하는 유전자가 발견되었으며 일부 rRNA cluster와 관련되어 있다. 또한, 게놈은 이동성 유전 요소(mobile genetic elements)를 변환하는 것으로 생각되는 두 종류의 transposase regions을 변환한다.
염색체의 전체 GC 함량은 44.5%이며 플라스미드는 GC 함량이 낮은 경향이 있다. 예측된 단백질 중 2,120개에 대해 착상 생물학적 기능이 부여되었다. 염색체의 특별한 흥미로운 영역 중 하나는 당 수송, 신진대사, 그리고 조절을 위해 단백질을 인코딩하는 3,072,500 ? 3,28,500의 213 kb 영역이다.
이러한 게놈 구조는 L. plantarum이 다양한 환경에 적응할 수 있도록 해주며, 유전자 조절과 대사 경로의 다양성을 제공한다. 이를 통해 L. plantarum은 다양한 탄소원을 이용하고 스트레스 환경에서도 생존할 수 있게 된다.
2.5. 생합성 및 분비
L. plantarum은 일반적으로 요구르트와 같은 단백질이 풍부한 환경에서 발견되며, 펩타이드를 흡수할 수 있는 시스템을 갖추고 있다. 이 박테리아는 다양한 종류의 펩타이다아제(peptidase)를 가지고 있어 흡수된 펩타이드를 분해할 수 있다. 특히 3개의 펩타이다아제가 프롤린의 N-말단을 전달할 수 있다.
L. plantarum은 아미노산 합성 능력도 있는데, 발린, 류신, 이소류신을 제외한 대부분의 아미노산을 합성할 수 있다. 또한 이 박테리아는 mRNA에 의존하지 않는 nonribosomal peptide를 합성할 수 있는데, 이는 이전에 보고된 적이 없는 능력이다. L. plantarum의 nonribosomal peptide 합성 시스템에는 중요한 인산염 전달효소인 두 개의 nonribosomal peptide와 조절, 운반, 효소 활성에 필요한 단백질들이 포함되어 있다.
L. plantarum은 아미노산과 펩타이드를 주로 57개의 ATP-binding cassette(ABC) 수송체를 통해 세포 내외로 수송한다. 그 중 27개 수송체는 세포 내로, 30개 수송체는 세포 외로 수송한다. 이는 이 박테리아가 자체적으로 합성할 수 없는 아미노산을 외부로부터 얻는데 필요한 것으로 보인다.
뿐만 아니라 L. plantarum은 다양한 당을 흡수할 수 있는 시스템과 조절 단백질을 가지고 있어, 다양한 환경에 적응할 수 있다. 특히 낮은 pH 또는 높은 염분 농도와 같은 스트레스가 많은 환경에서도 잘 생존할 수 있는데, 이는 효과적인 pH 조절 시스템과 산화 스트레스 방어 기작 때문이다.
L. plantarum은 세포 표면 단백질을 변형하는 sortase 효소를 가지고 있어 주변 환경과 상호작용할 수 있다. 또한 DNA 결합 및 흡수 단백질 시스템을 통해 다양한 환경에 적응할 수 있다. 이처럼 L. plantarum은 다양한 생합성 및 분비 능력을 갖추고 있어 다양한 환경에 잘 적응할 수 있는 미생물이라고 할 수 있다.
2.6. 프로바이오틱스로서의 특징
L. plantarum은 프로바이오틱스로서 다양한 특징을 가...
참고 자료
https://terms.naver.com/imageDetail.naver?docId=1123038&imageUrl=https%3A%2F%2Fdbscthumb-phinf.pstatic.net%2F2765_000_315%2F20190117010823374_HL5CRNV4L.gif%2F107663_0.gif%3Ftype%3Dm4500_4500_fst&mode=simple&cid=40942&categoryId=32310
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5733357&cid=60266&categoryId=60266
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5141681&cid=60266&categoryId=60266
https://www.acs.org/content/acs/en/molecule-of-the-week/archive/f/fructose.html
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1063914&cid=40942&categoryId=32310
https://theory.labster.com/sucrose/
Julia Burdge, Chemistry, 4th Edition©2016, p42
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1087135&cid=40942&categoryId=32315
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5647158&cid=62861&categoryId=62861
Julia Burdge, Chemistry, 4th Edition©2016, p43
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5569092&cid=61233&categoryId=61233
https://andyjconnelly.wordpress.com/2017/02/12/practical-pipetting-a-guide/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC98985/
인천대학교 학습관리시스템(일반생물학실험1-주차 미생물 관찰)
생명 생물의 과학 11판(옮긴이: 정종우,강상순,김윤희 외 14명)
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%8C%80%EC%9E%A5%EA%B7%A0 (대장균, 위키백과)
https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%9A%A8%EB%AA%A8 (효모, 위키백과)
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=887353&cid=46689&categoryId=46689 (치마버섯, 식물백과)
Cogen AL, Nizet V, Gallo RL (2008). "Skin microbiota: a source of disease or defence?". Br J Dermatol. 158 (3): 442–55.
Kleerebezem, M.; Boekhorst, J.; van Kranenburg, R.; Molenaar, D.; Kuipers, O. P.; Leer, R.; Tarchini, R.; Peters, S.A.; Sandbrink, H.M.; Fiers, M.W.E.J.; Stiekema, W.; Lankhorst, R.M.K.; Bron, P.A.; Hoffer, S.M.; Groot, M.N.N.; Kerkhoven, R.; de Vries, M.; Ursing, B.; de Vos, W.M.; Siezen, R.J. Complete genome sequence of Lactobacillus plantarum WCFS1. PNAS 2003, 100, 1990-1995.
Pappas S. (2009). Your Body Is a Wonderland ... of Bacteria. ScienceNOW Daily News
Custom Probiotics, Incorporated: About Probiotics. Accessed April 2010.
Siezen, R.J.; van Hylckama Vlieg, J.E. Genomic diversity and versatility of Lactobacillus plantarum, a natural metabolic engineer. Microbial Cell Factories 2011, 10, 1-13.
Grice EA, Kong HH, Conlan S (2009). "Topographical and Temporal Diversity of the Human Skin Microbiome". Science. 324(5931): 1190–119
Christensen, J.; Dudley, E.; Pederson, J.; Steele, J. Peptidases and Amino Acid Catabolism in Lactic Acid Bacteria. Antonie Van Leeuwenhoek 1999, 76, 217-46.
Jockers, David. "Learn about the Importance of Good Bacteria, Part II: Lactobacillus Plantarum." NaturalNews. NaturalNews, 1 Jan. 2010. Web. 19 Apr. 2013.
Adlerberth, I.; Ahrne, S.; Johansson, M.L.; Molin, G.; Hanson, L.A.; Wold, A.E. A mannose-specific adherence mechanism in Lactobacillus plantarum conferring binding to the human colonic cell line HT-29. Appl Environ. Microbiol. 1996, 62, 2244-2251.
Sunanliganon, C.; Thong-Ngam, D.; Tumwasorn, S.; Klaikeaw, N. Lactobacillus plantarum B7 inhibits Helicobacter pylori growth and attenuates gastric inflammation. World J Gastroenterol. 2012, 18, 2472-2480.
Cebeci, A.; Gurakan, C. Properties of potential probiotic Lactobacillus plantarum strains. Food Microbiology 2003, 20, 511-518.
Duary, R.K.; Bhausaheb, M.A.; Batish, V.K.; Grover, S. Anti-inflammatory and iummnomodulatory efficacy of indigenous probiotic Lactobacillus plantarum Lp91 in colitis mouse model. Mol Biol Rep. 2012, 39, 4765-4775.
Liu, Z.; Zhang, P.; Ma, Y.; Chen, H.; Zhou, Y.; Zhang, M.; Chu, Z.; Qin, H. Lactobacillus plantarum prevents the development of colitis in IL-10-deficient mouse by reducing the intestinal permeability. Mol. Biol. Rep. 2011, 38, 1353-1361.
Ko, J.S.; Yang, H.R.; Chang, J.Y.; Seo, J.K. Lactobacillus plantarum inhibits epithelial dysfunction and interleukin-8 secretion induced by tumor necrosis factor-α. World J. Gastroenterol. 2007, 13, 1962-1965.
Zhang, M.; Wang, X.; Zhou, Y.; Ma, Y.; Shen, T.; Chen, H.; Chu, Z.; Qin, H. Effects of oral Lactobacillus plantarum on hepatocyte tight junction structure and function in rats with obstructive jaundice. Mol. Biol. Rep. 2010, 37, 2989-2999.
Ra J, Lee DE, Kim SH, Jeong JW, Ku HK, et al. (2014) Effect of oral administration of Lactobacillus plantarum HY7714 on epidermal hydration in ultraviolet B-irradiated hairless mice. J Microbiol Biotechnol 24: 1736–1743. pmid:25179898
Kim HM, Lee DE, Park SD, Kim YT, Kim YJ, et al. (2014) Oral administration of Lactobacillus plantarum HY7714 protects hairless mouse against ultraviolet B-induced photoaging. J Microbiol Biotechnol 24: 1583–1591. pmid:25112318
Lee DE, Huh CS, Ra J, Choi ID, Jeong JW, et al. (2015) Clinical Evidence of Effects of Lactobacillus plantarum HY7714 on Skin Aging: A Randomized, Double Blind, Placebo-Controlled Study. J Microbiol Biotechnol 25: 2160–2168. pmid:26428734
Huang LS, Kong C, Gao RY, Yan X, Yu HJ, et al. (2018) Analysis of fecal microbiota in patients with functional constipation undergoing treatment with synbiotics. Eur J Clin Microbiol Infect Dis 37: 555–563. pmid:29340896
Bora Nam, Soo A. Kim,Soo Dong Park,Hyeon Ji Kim, Ji Soo Kim,Chu Hyun Bae, et al. (2020) Regulatory effects of Lactobacillus plantarum HY7714 on skin health by improving intestinal condition. PLOS ONE.
McCusker MM, Grant-Kels JM. 2010. Healing fats of the skin: the structural and immunologic roles of the omega-6 and omega-3 fatty acids. Clin. Dermatol. 28: 440-451
Flynn TC, Petros J, Clark RE, Viehman GE. 2001. Dry skin and moisturizers. Clin. Dermatol. 19: 387-392.
Kim HG, Kim HR, Jeong BJ, Lee SS, Jeong JH, et al. (2015) Effects of Oral Intake of Kimchi-Derived Lactobacillus plantarum K8 Lysates on Skin Moisturizing: Journal of Microbiology and Biotechnology 25: 74-80
Valdéz JC, Peral M, Rachid M, Santana M, Perdigón G. Interference of Lactobacillus plantarum on Pseudomonas aeruginosa in vitro and in infected burns. The potential use of probiotic in the wound treatment. Clin Microbiol Infect 2005;11:472–9.
Gan BS, Kim J, Reid G, Cadieux P, Howard JC. Lactobacillus fermentum RC‐14 inhbits Staphylococcus aureus infection of surgical implants in rats. J Infect Dis 2002;185:1369–72.
Maria C Peral ,Miguel A Huaman Martinez, Juan C Valdez(2009) Bacteriotherapy with Lactobacillus plantarum in burns. Int WoundJ 2009;6:73–81
Prakoeswa, C.R.S.; Herwanto, N.; Prameswari, R.; Astari, L.; Sawitri, S.; Hidayati, A.N.; Indramaya, D.M.; Kusumowidagdo, E.R.; Surono, I.S.(2017) Lactobacillus plantarum IS-10506 supplementation reduced SCORAD in children with atopic dermatitis Beneficial Microbes, Volume 8, Number 5, 13: pp. 833-840(8)
Kim, J.; Lee, B.S.; Kim, B.; Na, I.; Lee, J.; Lee, J.Y.; Park, M.R.; Kim, H.; Sohn, I.; Ahn, K.; Identification of atopic dermatitis phenotypes with good responses to probiotics (Lactobacillus plantarum CJLP133) in children. Beneficial Microbes, Volume 8, Number 5, 13 October 2017, pp. 755-761(7)
Naomi HARIMA-MIZUSAWA, Keiko KAMACHI, Mitsuyoshi KANO, Daisuke NOZAKI, Tatsuo UETAKE, Yuji YOKOMIZO, Takayuki NAGINO, Akira TANAKA, Kouji MIYAZAKI, Shinichiro NAKAMURA; Beneficial effects of citrus juice fermented with Lactobacillus plantarum YIT 0132 on atopic dermatitis: results of daily intake by adult patients in two open trials ; Bioscience of Microbiota, Food and Health ;Vol. 35 (2016), No. 1 pp. 29-39).
The Probiotic, Lactobacillus Plantarum, Improves Skin of Adults with Acne(2017); www.invitehealth.com/Probiotic-Improves-Skin-Adults-Acne/radio/2017/01
Bao Le, Yang SH; Identification of a Novel Potential Probiotic Lactobacillus plantarum FB003 Isolated from Salted-Fermented Shrimp and its Effect on Cholesterol Absorption by Regulation of NPC1L1 and PPARα(2019); Probiotics and Antimicrobial Proteins volume 11, pages785–793(2019)
Nguyen TDT, Kang JH, .Lee MS; Characterization of Lactobacillus plantarum PH04, a potential probiotic bacterium with cholesterol-lowering effects(2007); International Journal of Food Microbiology; Volume 113, Issue 3, 15 February 2007, Pages 358-361
Mari C. Fuentes,Teresa Lajo,Juan M. Carrión and Jordi Cuñé; Cholesterol-lowering efficacy of Lactobacillus plantarum CECT 7527, 7528 and 7529 in hypercholesterolaemic adults(2013) ; British Journal of Nutrition , Volume 109 , Issue 10 , 28 May 2013 , pp. 1866 - 1872
Rachel C Anderson, Adrian L Cookson, Warren C McNabb, Zaneta Park, Mark J McCann, William J Kelly , Nicole C Roy; Lactobacillus plantarum MB452 enhances the function of the intestinal barrier by increasing the expression levels of genes involved in tight junction formation; BMC Microbiology volume 10, Article number: 316 (2010)
Rachel C. Anderson, Adrian L. Cookson, Warren C. McNabb, William J. Kelly, Nicole C. Roy
Author Notes; Lactobacillus plantarum DSM 2648 is a potential probiotic that enhances intestinal barrier function; FEMS Microbiology Letters, Volume 309, Issue 2, August 2010, Pages 184–192
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