【実施例】
【0036】
<実施例1>ビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3(Bifidobacterium breve CBT BR3)菌株の分離及び同定
1−1.菌株の選抜
ヒトの糞便1gを滅菌嫌気水に連続希釈(serial dilution)した後、各希釈液1mlをMan−Rogosa−Sharpe(MRS. BD. USA)固体培地に注ぎ、嫌気条件で3日間培養した。生成されたコロニーをMRSにBCP(Bromocresol purple、 0.17g/L)が添加された乳酸菌選択培地(BL固体培地)に移した後、同じ条件で3日間培養した。BCP指示薬は乳酸菌が乳酸を形成して周辺のpHが低くなると、紫色から黄色に変化する。コロニーの周辺の色が黄色に変化したコロニーを選択した後、生化学的、分子生物学的同定を行い、その後、菌株の機能性及び安定性が最も優れる菌株1種を最終選抜した。
【0037】
1−2.選抜された菌株の同定
1)APIキットを用いた生化学的同定
選抜された菌株の糖利用性を調べるために、API 50 CHL Carbohydrate Test Kit(bioMerieux Co., France)を用いた。10 mlのMRS(Man−Rogosa−Sharpe) 液体培地で37℃で17時間培養した後、1mlの培養液を回収してCHL溶液で2回洗浄した。続いて、遠心分離(MICRO−17、Hanil、KR)によって菌体を集めて9mlのCHL溶液に再懸濁させた。150μlの菌株懸濁液をAPI 50 CHLキットの各ウェルに入れた後、オートクレーブしたパラフィン油をウェル内の菌株懸濁液上に分注した。37℃で3日間培養した後、各々の糖利用性を比較した。49種の炭素源に対して微生物増殖による色の変化可否を観察して各炭素源の利用可否を観察し、最終同定の結果は、同定用プログラムAPI webを利用して解釈し、その結果を下記表1及び表2に示した。
【0038】
【表1】
【0039】
【表2】
【0040】
2)16s rDNA遺伝子塩基配列の決定を通じた同定
分離した菌株からゲノムDNAを抽出し、16s rRNA塩基配列を分析した。糞便から分離した菌株の純粋培養液1mlでAccuprepゲノム抽出キット(Bioneer、Korea)を用いてゲノムDNAを抽出した。抽出したDNAを鋳型として16s rRNA領域をプライマーF(5’−AAGGAGGTGATCCAGCC−3’)
3とプライマーR(5’−AAGGAGGTGATCCAGCC−3’)
3を用いてPCR(MyCycler、BIO−RAD、USA)を行った。
【0041】
PCR産物は、pGEM−Teasyベクター(Promega、USA)に連結し、E.coli 菌株DH5αに形質転換させた後、LB/x−gal/ampplateに塗抹し、37℃で一晩培養した。スクリーニングを通じて形質転換体から挿入体を含む組み換えプラスミドを分離した後、DNA塩基配列の分析を行った。DNA塩基配列の分析は、DNA star programのCluster V methodを用いてビフィドバクテリウム・ブレーベ
T (ATCC 15700)と相同性を比較した。分離した菌株の16s rRNA塩基配列は、
図1に図示されたように、ビフィドバクテリウム・ブレーベ
T (ATCC 15700)と99.3%の相同性を示した。
【0042】
3)RAPD(Random Amplified Polymorphic DNA)によるDNA指紋分析
RAPD分析は、糞便から分離した菌株からゲノムDNAを抽出し、分離したDNAを鋳型として(GTG)
5(5’−GTGGTGGTGGTGGTG −3’) プライマーを用いて、PCR−RAPD (MyCycler、BIO−RAD、USA)を行った。最終の産物であるPCR産物は、EtBr (ethidium bromide)に染色した後、G:BOX (SYNGENE、UK)で観察した。RAPDの結果から分離した菌株は、
図2に図示されたように、ビフィドバクテリウム・ブレーベ
T (ATCC 15700)と異なるバンドパターンを示していることが確認できた。従って、上記結果から、糞便から分離した菌株は、ビフィドバクテリウム・ブレーベ
T (ATCC 15700)と異なる新規な菌株であることを確認した。
図2におけるレーン1は、ビフィドバクテリウム・ブレーベ
T(ATCC 15700)の結果であり、レーン2は、ビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3(KCTC 12201BP)の結果を示す。
【0043】
4)PFGE(Pulsed Field Gel Electrophoresis)によるDNA指紋分析
MRS brothで純粋培養したビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3とビフィドバクテリウム・ブレーベ
T(ATCC 15700)のO.D.を測定した後、2%Low Melting Agaroseを用いて、最終にO.D
600=4に合わせてプラグ(plug)を作製した。作製されたプラグを1mlリゾチーム緩衝液(2mg/ml Lysozyme (Sigma)、0.05% N−lauorylsarcosine (Sigma))に入れて、4 mg/ml Lysostaphin(sigma) 10μlを加えた後、37℃で一晩反応させた。プラグを慎重に取り外してNDS緩衝液(1ml 1M Tris−HCl(pH=8.0)、10 ml100% SDS、89 ml0.5M EDTA(pH=8.5)4mlに入れて、50℃で一晩反応させた。以降、軽く振とうしながら、50mM EDTA(pH 8.5) 10mlでプラグを6回洗浄した後、処理しようとする酵素緩衝液400μlにプラグを慎重に移し、常温で30分放置する。プラグを新たな酵素緩衝液400μlに移した後、制限酵素(20U)を入れて、37℃で一晩反応させた。このとき、制限酵素はNotIを使用した。電気泳動はCHEFシステム(BIO−RAD、USA)を用いて、0.5X TBEで5.3cm/V、1s〜15sパルスタイム、20時間実施した。
【0044】
電気泳動が完了した後、EtBr溶液で染色した後、G:BOX (SYNGENE、 UK)でバンドパターンを観察した。NotIを用いたPFGEの結果、糞便から分離したビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3は、ビフィドバクテリウム・ブレーベ
T(ATCC 15700)と相違するバンドパターンを示す新たな菌株であることを確認した。
図3におけるレーン1は、ビフィドバクテリウム・ブレーベ
T(ATCC 15700)の結果であり、レーン2は、ビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3(KCTC 12201BP)の結果を示す。
【0045】
5)その他菌学的特性
本発明によるビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3の特性は次の通りである。
【0046】
【表3】
【0047】
以上の結果に基づき、前記菌株を“ビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3(Bifidobacterium breve CBT BR3)”菌株と名付けて、2012年5月7日付で韓国の特許菌株寄託機関である微生物資源センター(KCTC)に寄託し、受託番号KCTC 12201BPの付与を受けた。
【0048】
1−3.機能性及び安定性
1)抗生剤の耐性実験
分離したビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3(KCTC 12201BP)の安全性を検証するために、抗生剤の耐性を分析した。抗生剤の耐性実験は、European Food Safety Authority (EFSA)で推薦するmicro−dilution方法を用いて行い、実験に用いられた抗生剤は10種であって、アンピシリン(AMP)、バンコマイシン(VAN)、ゲンタマイシン(GEN)、カナマイシン(KAN)、ストレプトマイシン(STM)、エリトロマイシン(ERM)、シナシッド(Q/D)、クリンダマイシン(CLM)、テトラサイクリン(TET)及びクロラムフェニコール(CP)である。
【0049】
クリンダマイシンを除いた抗生剤に対しては、ISO−sensitest broth 10%とMRS broth 90%とを混合したbrothに256、128、64、32、16、8、4、2、1、0.5μg/mlの濃度で添加し、クリンダマイシンは ラクトバチルスグループのEFSAブレークポイント値が0.25μg/ml以下であるため、抗生剤の濃度は16、8、4、2、1、0.5、0.25、0.125、0.0625、0.03125μg/mlの濃度で添加して使用した。また、シナシッドはBioMeriux社のE−テストストリップを用いて行った。
【0050】
マイクロプレートを37℃下の嫌気性条件下で48時間インキュベーションし、続いてMICを可視的な成長が観察されない最低の抗生剤濃度で測定した。
【0051】
(Bifidobacterium breve CBT BR3)が各々の抗生剤に対して耐性があるか否かを確認し、下記表4に示した。
【0052】
【表4】
【0053】
分離したビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3は、実験に用いられた全ての抗生剤に対する耐性がEFSA抗生剤の耐性基準よりも低く示されたため、EFSAの抗生剤に対する安定性の基準に好適なものと確認された。ビフィドバクテリアは、シトクロム−媒介の薬物輸送システムの欠如でカナマイシンのようなアミニグリコシドに対して耐性があることが報告されているため、EFSAはビフィドバクテリウムに対する薬剤のMIC値を要求しない。
【0054】
2)腸定着性実験
ビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3の腸定着性の測定は、ビフィドバクテリウム・ブレーベ
T (ATCC 15700)を対照群として人の大腸上皮細胞に由来するHT−29細胞株で実施した。HT−29細胞株に各菌株を1時間処理した後、グラム染色と生菌の数を測定することによって、菌株の腸定着能を比較し、下記表5に示した。
【0055】
【表5】
【0056】
腸定着性の測定結果、ビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3菌株は、ビフィドバクテリウム・ブレーベ
T(ATCC 15700)菌株よりも優れた腸定着性を示す菌株であることを確認した。このような結果は、本発明の前記菌株が腸上皮細胞に付着し、腸内環境を改善することができるということを示す。
【0057】
3)溶血性テスト
溶血性テスト(Hemolysis test)は、ビフィズス菌が人体内で溶血性毒性がないことを確認するためのものであって、赤血球の破壊または分解する現象である溶血性可否を検査した。Baumgartner等の方法によって、試験菌株を5%馬血液が補充されたMRS培地で成長させ、嫌気性の条件下で37℃で48時間インキュベーションした。菌体の周りに透明環の生成可否で溶血性を判断した。本発明の菌株の溶血性可否を検査した結果、
図4を通じて確認されるように、ビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3菌株は、馬の血液に対して溶血性がないため、人体に無害であることが確認された。
【0058】
4)急性毒性実験
本発明のビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3菌株に対する安全性を検証するために、実験動物を対象に急性毒性実験を実施した。6週齢の雌雄Sprague−Dawley (SD)系マウスに本発明の凍結乾燥された菌株を1.0×10
11cfu/kgで経口投与した。対照群には0.85%塩水を胃内に投与した。全ての実験動物に対する臨床症状は、試料投与の1日から剖検日まで1日1回ずつ14日間観察した。観察結果は、下記表5に示した。
【0059】
ビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3菌株を投与した後、全ての対照群及び投与群で死亡率を観察できず、また、特異的な臨床症状を示す個体を見つけることができなかった。さらに、投与後14日間、餌と水の摂取量、及び体温を観察した結果、投与群と対照群との間に統計学的に有意的な差を見つけることができなかった。
【0060】
【表6】
【0061】
<実施例2>ビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3菌株の遺伝子分析
ビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3(KCTC 12201BP)菌株のゲノムシーケンシングは、PacBio RS II System (DNA Link、Republic of Korea)を用いて行った。ゲノムに対して、10 kbのライブラリーを作り、C2−P4 chemistryを有するSMRTcellのうち一つを用いて、ゲノムシーケンシングを実施した。ゲノムシーケンシングによって337,655,282 bpの長い配列が収得された。SMRTpipe HGAPによりDe novo組立を実施し、SMRTpipe AHAによってスキャフォールディングとギャップフィリングを行った。構造遺伝子の予測は、Glimmer3とし、遺伝子annotationはPfam、Uniref100、KEGG、COG及びGenBank NRデータベースに対してBLASTPによって得た結果を用いて、AutoFACT (Koski et al. 2005)によって行った。Transfer RNA及びリボソームRNAは、各々tRNAscan−SE (Lowe and Eddy 1997) 及びRNAmmer (Lagesen et al. 2007)を用いて行った。Clusters of Orthologous Groups (COGs) categoryによる遺伝子の機能的分類は、e−value cutoffを1e−2未満としてRPS−BLASTを用いて行った(Mavromatis et al. 2009)。
【0062】
ゲノム上の特殊な遺伝子の存在は、収集されたデータセットに対して配列相同性≧50%のパラメータでBLASTPを用いて行った。ゲノムの代謝経路の分析は、KEGG automatic annotation serverを用いて行った(Moriya et al. 2007)。二次代謝産物の生合成遺伝子の分析は、antiSMASH version 3.0.0 (Blin et al. 2013; Blin et al. 2014)((http://antismash.secondarymetabolites.org/))を用いて行った。
【0063】
2−1.HMO(Human Milk Oligosaccharide) 代謝関連の遺伝子
本発明のビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3菌株のゲノムの遺伝子コンテンツ分析の結果、母乳オリゴ糖代謝に関する遺伝子中、α−マンノシダーゼ、β−マンノシダーゼ、エンド−β−N−アセチルグルコサミニダーゼ、エンド−α−N−アセチルガラクトサミニダーゼ、シアリダーゼ、α−フコシダーゼをコード化する遺伝子を含むことが確認された。これによって、本発明の菌株が人の酵素によって消化されない母乳オリゴ糖を消化させて供給することができるということが分かる。
【0064】
【表7】
【0065】
2−2.ビタミン生合成遺伝子
遺伝子分析の結果、本発明のビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3菌株は、ビタミン、特にビタミンB群の生合成のための全ての遺伝子を有することが確認された。本発明のビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3菌株のゲノムには、2種類のビタミンを合成することができる遺伝子が存在する。コリスミ酸から葉酸(B2)を合成し、L−アスパラギン酸塩からニコチン酸(B3)を合成する遺伝子を有することが確認された。
【0066】
【表8】
【0067】
本発明に関する菌株のビタミン生合成遺伝子を比較すると、下記表の通りである。
【0068】
【表9】
【0069】
2−3.病原性遺伝子の不在
PAIs (Pathogenicity islands) 及びREIs(Antimicrobial resistance islands)に対する分析は、PAIデータベース(Yoon et al. 2007; Yoon et al. 2015)のPAI finderを用いて行った。分析の結果、本発明のビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3菌株のゲノムには、PAI (Pathogenicity islands) 及びPAI−類似領域は存在しないことが確認された。
【0070】
実施例3.ビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3菌株の成長促進効果
以下の実施例で、本発明の菌株の特性と成長促進用効能を立証する。全ての実施例の実験結果は、平均(mean)±標準偏差(SD)で表し、実験結果の統計処理は、GraphPad Prism
TM 6.0を用いて、実験群間の平均の差は、one−way ANOVAで有意性を確認した後、Tukey’s multiple range testを用いて事後検証した。.
【0071】
3−1.本発明の菌株の培養物及びそれを含む組成物の製造
ビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3菌株(KCTC 12201BP)をBLブロス(BD Diagnostics、Sparks、MD)で24時間37℃で培養し、リン酸塩バッファー溶液(PBS、10mMリン酸ナトリウム、130mM塩化ナトリウム、pH7.4)に10
11CFU/mlで希釈して超音波処理した後、上澄み液を遠心分離し、0.45μmポアサイズのフィルタでろ過し、凍結乾燥した後、−20℃に生体内実験前まで保管した。
【0072】
3−2.肥満動物のモデル及びサンプリング
動物実験は、Institutional Animal Care and Use Committee(IACUC)のAnimal use and Care Protocolを遵守して行った。実験動物は、Saeronbio Inc.(Uiwang、Korea)で雄のSD実験用マウス6週齢を(グループ当たり10匹、雌5匹、雄5匹)購入し、24時間の適応期間を有した後、17日間の飼育が行われ、飼育環境は24±2℃、湿度55±15%でlight cycleが12時間維持された。基礎食餌のために17日間麦成分の飼料(barley feed、A04、UAR、Vilemoisson−sur−Orge、France)を摂取するようにし、飲用水は自由に摂取したり、ビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3(10
7 CFU/head/day)を飲用水に混ぜて摂取するようにした。
【0073】
3−3.本発明の菌株の成長発育促進の効果
本発明のビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3菌株の成長促進の効能を観察するために、麦成分の飼料を17日間食べさせて基礎食餌を誘導し、実験を始めた後17日まで毎日体重と摂取した飲用水及び飼料の量を測定した。体重の増加は、実験日の体重から実験開始日の体重を引いて計算した。飲用水と飼料は、ケージ別に測定した後、匹当たり計算して17日までの総量を計算した。体重増加の効率は、総摂取した飼料の量から増加した体重を割って計算した。
【0074】
ビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3を飲用水に混ぜて食べさせたグループ(CBT BR3)の場合、一般の飲用水を正常的に食べさせたグループ(NC)に比べ、12日から有意性のあるように体重が増加することを観察した(12day; p<0.05、13 to 17 days; p<0.01)(
図7(A))。しかし、17日間摂取した総飼料の摂取量(FI)と飲用水の量(WI)は、二つのグループ間で特別な差を示さなかった(
図7(B))。本発明の菌株の投与が飼料摂取に影響を与えず、体重(WG)の増加が飼料摂取量(FI)の差に起因していないことが確認できる。このように摂取した飼料の量に対する体重増加の効率(FI/WG)は、正常グループに対してビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3を摂取したグループで有意味な結果が示され、本発明のビフィドバクテリウム・ブレーベCBT BR3菌株の投与により成長が促進されることが確認された。
【0075】
以上で、本発明についてその好ましい実施例を中心に見た。本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明が本発明の本質的な特性から外れない範囲内で多様に変形または変更された形で具現できるということを理解できるであろう。従って、本発明の真の保護範囲は、前述の実施例ではなく、以下の特許請求範囲及びそれと均等な範囲に解釈されなければならない。
【0076】
【0077】
【0078】
【0079】
【0080】
【0081】
【0082】
【0083】