치주염은 치아 주위 조직의 염증으로 인해 치은과 치조골의 파괴가 일어나는 질환이며, 이는 제2형 당뇨, 심혈관계 질환, 대장염, 간질환 등의 전신질환과 상관성이 있다고 보고되고 있다. 그러나 어떠한 질병이 매개하는지에 대한 명확한 기전은 아직 명확하게 밝혀진 바 없다. 치주염은 일반적으로 물리적 치료 또는 항생제 등으로 치료하지만, 항생제 내성 세균의 출현 또는 치료의 부작용 등을 줄이기 위해 대체제로서 프로바이오틱스, 천연물질의 관심이 증가하고 있다. 미생물 생물전환 기술은 프로바이오틱스의 효소와 천연물질 등을 생물전환하여 체내 흡수 증진과 더불어 새로운 생리활성 물질을 생산하는 기술로 최근 다양한 연구가 보고되고 있다. 싸주아리쑥은 약쑥 중 하나로, eupatilin, jaceosidin, hispidulin 등의 유효 성분에 의해 항암, 항염증, 항대장염, 구강 유해 세균에 대한 항균 효과가 보고된 바 있어서 생물전환의 원료로 잠재력이 있는 식품이다. 따라서 본 연구에서는 치주염 유발에 따라 전신질환이 매개될 수 있는지 확인하고, 치주염 및 이로 매개된 증상을 개선하기 위한 신종 프로바이오틱스를 선별하여 싸주아리쑥 추출물과 생물전환한 발효유를 개발하였다.
싸주아리쑥은 에탄올 추출물과 열수 추출물 2종을 확보하고, 구강 유해 세균에 대한 최소살균농도 확인 실험을 통해 에탄올 추출물은 5 mg/mL, 열수 추출물은 25 mg/mL 농도를 선정하였다. 74개의 김치 분리 젖산균 중에서, γ-hemolysis 및 β-glucosidase와 β-glucuronidase 음성이며, 내산성, 내담즙성, 항산화능, 구강 유해세균의 항균 및 항바이오필름 효과, α-glucosidase와 lipase 저해 활성능이 높은 LAB24 균주를 최종적으로 probiotic 후보 균주로 선정하였다. LAB24와 싸주아리쑥 추출물의 생물전환 발효유 4종[LAB24 발효유(BM1), LAB24+싸주아리쑥 에탄올 추출물 생물전환 발효유(BM2), LAB24+싸주아리쑥 열수추출물 생물전환 발효유(BM3), LAB24+싸주아리쑥 에탄올 추출물+싸주아리쑥 열수 추출물 혼합 생물전환 발효유(BM4)]의 구강 유해 세균 항균효과, lipase 및 α-glucosidase 활성 억제능 분석 결과, 각기 다른 발효유에서 우수한 효능이 나타났고 모두 세포독성이 낮아서, 생물전환 발효유 4종 모두 치주염 랫드 모델을 이용한 동물실험을 진행하였다. 치주염 유발부위에 대한 micro-CT 분석 및 조직병리학적 분석 결과, 치주염 유발군의 해면골 소실부피, CEJ-ABC 거리, histological 지수, 염증세포수, 파골세포수의 유의적인 증가 및 조골세포의 유의적인 감소가 나타났으며, 잇몸 조직에서 염증지표의 mRNA 및 단백질 발현량이 증가하여 치주염이 유발되었음을 확인하였다. 또한, 치주염과 전신질환의 상관성 확인을 위해 혈청 생화학적 분석 결과, 치주염 유발군의 alanine aminotransferase (55.6±6.6 U/L), 혈당 (261.7±64.3 mg/dL), 인슐린 (1.90±0.87 ng/mL) 수치가 유의적으로 높게 나타났으며, 간조직 및 대장 조직에서 mRNA 및 단백질 발현량 분석 결과, 염증지표 및 당신생합성에 관여하는 G6Pase가 유의적으로 증가하였다. 또한 치주염 유발에 따라 장내균총 구성 중 Lactobacilleceae 비율(2.31%)은 감소하고 Oscillospiraceae 비율(32.76%)은 증가하였다. 따라서 치주염 유발에 따라 전신 염증 및 혈당 조절, 장내 균총에 영향을 미치는 것으로 나타 났다. 생물전환 발효유 투여에 따른 효능을 확인한 결과, 치주조직에서의 micro-CT 분석 및 조직병리학적 분석에서 BM3 투여군이 해면골 소실 부피 저하, CEJ-ABC 거리 감소, histological 지수 개선, 염증세포수 감소, 파골세포수 감소, 조골세포수 증가, 잇몸 조직의 mRNA 및 단백질의 염증 지표의 상대적 발현량이 유의적으로 감소하여 치주염 개선 효능이 확인되었다. 또한 혈청 생화학적 분석 결과, BM3 처리군의 ALT (40.5±5.0 U/L), AST (76.3±7.0 U/L), 혈당(190.9±27.8 mg/dL) 수치가 유의적으로 감소하였으며, 간과 대장에서의 염증지표 완화, 당신생합성 지표 발현 저하 및 tight junction 관련 지표의 발현이 유의적으로 증가하였다. 또한 장내균총 구성 중 Actinobacteria 비율(3.12%)이 증가하였다. 선정한 LAB24 균주의 유전체 분석 결과, 3개의 contig로 조립되었으며, 최종 Lactobacillus plantarum SMFM2016-RK로 명명하였다. 7개의 다른 L. plantarum 균주를 선정하여 염기서열 유사도(ANI; average nucleotide identity (%)) 분석을 통해 유사도가 가장 높은 L. plantarum E1 chromosome (99.84%)과 gene annotation comparison 분석 결과, 일부 region에서 염기서열의 차이를 확인하여 L. plantarum SMFM2016-RK가 신종 균주임을 확인하였다. 결론적으로, 본 연구는 치주염이 전신 염증, 간손상, 혈당 조절의 저하, 장내 균총 불균형에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 또한 L. plantarum SMFM2016-RK와 싸주아리쑥 열수 추출물의 생물전환 발효유가 치주염과 이를 매개로 나타난 증상들을 완화하기 위한 기능성 식품으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.