바이오인

프로바이오틱스와 바이오차의 혼합 급여에 따른 반추위 메탄저감 가능성 제시

[R&D 이슈브리프 6호]

◈본문

연구 배경 

• ●최근 반추가축의 소화 과정에서 발생하는 메탄으로 의해 축산업이 기후 변화에 큰 영향을 미치는 것으로 여겨지고 있으며 따라서 지속가능한 축산을 위해 반추위에서의 메탄 생산을 줄이는 것이 중요한 과제로 인식 
  

• ●반추위 메탄 생성을 줄이기 위한 천연 물질이나 인공 화합물, 미생물 등 다양한 저메탄 사료 첨가제에 대한 연구가 이루어지고 있으나 많은 경우 반추위미생물의 상호작용 메카니즘에 대한 이해부족으로 인해 효과 면에서 한계점 존재 
  
  

연구 개발 필요성/목적 

• ●반추가축에서 생성되는 메탄은 유전적 특성, 사육 환경 조건, 제공되는 사료의 종류와 상태 등 여러 요인에 따라 달라질 수 있으므로 반추위 대사 및 미생물 상호작용을 기반으로 메탄생성 대사를 이해하는 것이 필요 
  

• ●반추위 미생물의 복잡성으로 인해 대부분의 메탄저감 후보물질의 효과가 한계가 있거나 그 억제 작용 메커니즘에 대한 연구가 부족한 상황임. 본 연구에서는 미생물 기반의 새로운 메탄 생성 억제 첨가제 탐색과 함께 반추위 미생물의 상호작용을 통한 프로바이오틱스와 바이오차의 혼합처리에 따른 메탄 생성 억제 메커니즘을 규명하고자 함
  
  

연구 내용 및 결과 

• ●프로바이오틱 Escherichia coli Nissle 1917(EcN) 균주를 반추위액에 처리하였을 때 메탄 생성량과 메탄 생성 고세균의 양은 유의적으로 감소하고 acetate와 propionate의 양 및 두 지방산 생성균의 양은 증가하는 것을 확인. 이러한 효과는 프로바이오틱스 EcN 균주와 바이오차(Biochar)를 함께 처리하였을 때 더욱 강화되며, Acetate와 propionate 생성균은 메탄 생성 고세균이 메탄 생성을 위해 사용하는 수소를 경쟁적으로 사용하기에 이 두 균의 활성화는 메탄 생성의 억제를 유도함 

• ●Biochar가 함께 처리되었을 때 EcN의 반추위 메탄 생성 억제 능력이 증가하는 것으로 확인한 바 biochar에 의해 증가하는 acetate 생성 관련 유전자 ackA, pta, poxB의 작용이 중요한 것으로 가정하고 CRISPR/Cas9 system을 이용하여 해당 유전자를 억제하였을 때 EcN의 메탄 생성 억제 능력이 감소하는 것을 확인 

• ●이러한 연구 결과를 통해 EcN과 biochar의 혼합물이 반추위 대사 및 미생물 조절을 통해 반추위 메탄 저감을 위한 새로운 사료 첨가제로써 사용될 수 있으며 그 작용 메커니즘이 EcN의 acetate 생성능력과 관련이 있음을 확인

[ 그림 1. EcN과 biochar 혼합처리시 반추위 메탄생성 감소 및 VFA 변화능 평가 ] 

[ 그림 2. EcN과 biochar 혼합처리시 반추위 미생물의 풍부도 및 다양성 변화 평가 ] 

[ 그림3. EcN과 biochar 혼합처리시 반추위 대사 및 미생물 조절에 따른 메탄저감 작용기작 규명 ]

시사점(의의) 

• ●본 연구는 기능성 프로바이오틱스 균주을 활용하여 반추위 미생물의 대사 및 상호작용 메카니즘에 기반한 새로운 제메탄 사료첨가제 개발에 활용 가능한 새로운 기술로 판단 
  

• ●본 연구는 향후 메탄저감 효능을 가진 신규 프로바이오틱스 균주 발굴과 함께 가축분료 유래의 축분 바이오차에 적용하여 축산분야의 환경문제와 기후변화 대응에 적극적으로 대응할 수 있는 동물생명공학 신기술로 활용이 가능할 것으로 기대됨

...................(계속)

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