KR20240167519A - Universal culture media for gut microbes - Google Patents
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Abstract
본 발명은 장내 미생물의 증식을 위한 배양배지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장 마이크로바이옴을 구성하는 대다수의 장내 미생물의 포괄적 배양을 위한 ‘장내 미생물 만능 배양배지’에 관한 것이다.
본 발명에 따른 ‘장내 미생물 만능 배양배지’는 필수복합성분을 포함하는 장내 미생물 배양용 기본배지(basal media)에 작물 첨가제 및 혈액 첨가제로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 첨가제가 추가로 포함된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 ‘장내 미생물 만능 배양배지’를 이용할 경우 장 마이크로바이옴을 구성하는 대다수의 장내 미생물을 분리 및 배양할 수 있으므로, 신규 장내 미생물 개발 및 이를 이용한 혁신적인 치료제 개발에 유용하다.
The present invention relates to a culture medium for the proliferation of intestinal microorganisms, and more specifically, to a 'universal intestinal microorganism culture medium' for the comprehensive cultivation of a majority of intestinal microorganisms constituting the intestinal microbiome.
The 'universal intestinal microorganism culture medium' according to the present invention is characterized in that it additionally contains at least one additive selected from the group consisting of crop additives and blood additives in a basal medium for intestinal microorganism culture containing essential complex components.
Since the 'universal intestinal microorganism culture medium' of the present invention can be used to isolate and culture most of the intestinal microorganisms that make up the intestinal microbiome, it is useful for developing new intestinal microorganisms and innovative therapeutic agents using them.
Description
본 발명은 장내 미생물의 증식을 위한 배양배지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장 마이크로바이옴을 구성하는 대다수의 장내 미생물의 포괄적 배양을 위한 ‘장내 미생물 만능 배양배지’에 관한 것이다.The present invention relates to a culture medium for the proliferation of intestinal microorganisms, and more specifically, to a ‘universal intestinal microorganism culture medium’ for the comprehensive cultivation of a majority of intestinal microorganisms constituting the intestinal microbiome.
사람의 체세포 수보다 10배 이상 많은 100조 개에 달하는 장내 미생물은 인체 미생물의 대부분을 차지하는데 그 종류는 2~4천 종일 것으로 추정된다. 장내 미생물은 체세포의 중요한 동반자로서 서로 긴밀하게 신호와 자극을 주고받으며 기능을 극대화하는 쪽으로 진화해왔으며, 인간이 외부 환경에 빠르게 적응할 수 있도록 도와준다.The intestinal microbes, which number 100 trillion, more than 10 times the number of human somatic cells, account for the majority of the human microbes, and the number of species is estimated to be 2,000 to 4,000. As important companions of somatic cells, intestinal microbes have evolved to maximize their functions by closely exchanging signals and stimuli, and help humans quickly adapt to the external environment.
장내 미생물의 총합인 장 마이크로바이옴에 대한 현재 연구는 mNGS(metagenomic next-generation sequencing) 방법에 의존하고 있는데, mNGS 분석을 이용하면 사람의 건강 및 질병에 관련 있을 것으로 추정되는 장내 미생물들을 찾아내고 있다. 발굴된 후보 장내 미생물이 질병의 예방 및 치료, 표현형 개선 등에 영향을 미치는지 규명하려면, Koch's postulates을 만족시킬 수 있는 수준의 동물실험을 통해, 원인과 결과 사이의 상호관계를 증명하는 개념 입증 연구(proof-of-concept research)가 필요하다. 개념 입증 연구는 기본적으로 후보 장내 미생물들을 실험동물에 투여하여 이루어지는 연구이므로, 시험하고자 하는 장내 미생물의 실험실 배양이 필수이다.Current research on the gut microbiome, the sum of gut microbes, relies on metagenomic next-generation sequencing (mNGS) methods, and mNGS analysis is used to identify gut microbes that are thought to be related to human health and disease. In order to determine whether the discovered candidate gut microbes affect disease prevention and treatment, phenotypic improvement, etc., proof-of-concept research is necessary to prove the correlation between cause and effect through animal experiments that can satisfy Koch's postulates. Since proof-of-concept research is basically conducted by administering candidate gut microbes to laboratory animals, laboratory culture of the gut microbes to be tested is essential.
장내 미생물의 실험실 배양에서 가장 중요한 것은 배양 배지인데, 장내 미생물 대부분이 기존 배지에서는 3~7일에 걸쳐 매우 느리게 자라거나 아예 자라지 않는다. 이로 인해 그나마 발굴된 장내 미생물들은 배양배지 발굴 단계에 머무르고 있어, 장내 미생물을 이용한 치료제 개발은 진척되지 못했고, 장 마이크로바이옴의 작용기전 규명도 답보 상태이다(Lau JT et al. Genome Med, 2016, 8:72; Browne HP et al. Nature, 2016, 53:543).The most important factor in the laboratory cultivation of intestinal microorganisms is the culture medium. Most intestinal microorganisms grow very slowly in existing media over a period of 3 to 7 days or do not grow at all. As a result, the intestinal microorganisms that have been discovered are still at the stage of culture medium discovery, and the development of therapeutics using intestinal microorganisms has not progressed, and the elucidation of the mechanism of action of the intestinal microbiome is also at a standstill (Lau JT et al. Genome Med, 2016, 8:72; Browne HP et al. Nature, 2016, 53:543).
현재 가장 보편적으로 사용되는 배양배지는 YCFA이다(Tidjani Alou M et al. Clin Microbiol Rev, 2020, 34:(1):e00129; Browne, H. P. et al. Nature, 2016, 533:543-546). YCFA는 가장 광범위한 장내 미생물의 성장을 지원하는 배지로, 총 137 종의 장내 미생물 배양에 성공한 바 있다. 그러나, 사람의 장 마이크로바이옴을 구성하는 장내 미생물 종류가 수천 종 이상으로 추정되는 점을 감안하면, YCFA 배지는 뚜렷한 한계를 가진다(Chang Y et al. Front Microbiol, 2019, 10:2891).Currently, the most commonly used culture medium is YCFA (Tidjani Alou M et al. Clin Microbiol Rev, 2020, 34:(1):e00129; Browne, H. P. et al. Nature, 2016, 533:543-546). YCFA is a medium that supports the growth of the widest range of intestinal microorganisms, and a total of 137 species of intestinal microorganisms have been successfully cultured. However, considering that the number of intestinal microorganisms that make up the human intestinal microbiome is estimated to exceed several thousand species, YCFA medium has clear limitations (Chang Y et al. Front Microbiol, 2019, 10:2891).
장 마이크로바이옴을 기반으로 하는 혁신적 신약을 개발하기 위해서는 YCFA 배지의 한계를 극복할 수 있는 만능 배양배지의 개발이 필수적이며, 이를 위한 많은 시도가 이루어지고 있으나 저성장(Slow growth) 또는 난배양(Unculturable) 장내 미생물 배양에도 범용적으로 사용할 수 있는 장내 미생물 배양용 배지 개발은 성공 사례가 없다.In order to develop innovative new drugs based on the gut microbiome, it is essential to develop a universal culture medium that can overcome the limitations of the YCFA medium, and many attempts have been made to this end. However, there have been no successful cases of developing a culture medium for gut microbiota that can be used universally for culturing slow-growing or unculturable gut microbiota.
한국공개특허 제2023-0029769호는 박테리아 발효 공정에서 침전을 감소시키기 위한 미생물 배양 배지를 개시하였으나, 이 역시 다양한 종류의 장내 미생물의 배양에는 적합하지 않았다.Korean Patent Publication No. 2023-0029769 discloses a microbial culture medium for reducing precipitation in a bacterial fermentation process, but this too was not suitable for culturing various types of intestinal microorganisms.
이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 노력한 결과, ‘장내 미생물 배양용 기본배지(basal media)’에 작물첨가제, 혈액첨가제, 또는 이들을 함께 추가할 경우, 저성장(Slow growth) 또는 난배양(Unculturable) 장내 미생물을 포함하여 범용적으로 장내 미생물의 생장을 촉진하는 ‘장내 미생물 만능 배양배지’를 제조할 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the inventors of the present invention have made efforts to solve the above problems and, as a result, have confirmed that when a crop additive, a blood additive, or a combination of these is added to a ‘basal media for culturing intestinal microorganisms,’ an ‘universal intestinal microorganism culture medium’ that promotes the growth of intestinal microorganisms in a general manner, including slow-growing or unculturable intestinal microorganisms, can be produced, thereby completing the present invention.
본 발명의 목적은 장내 미생물을 범용적으로 배양할 수 있는 ‘장내 미생물 만능 배양배지’를 제공하는데 있다.The purpose of the present invention is to provide a ‘universal intestinal microorganism culture medium’ capable of universally cultivating intestinal microorganisms.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탄소원, 질소원 및 유·무기 염류를 복합적으로 포함하고 있는 ‘장내 미생물 배양용 기본배지(basal media)’에 작물 첨가제 및 혈액 첨가제로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 첨가제가 추가로 포함된 것을 특징으로 하는 ‘장내 미생물 만능 배양배지’를 제공한다.In order to achieve the above purpose, the present invention provides an ‘intestinal microorganism universal culture medium’ characterized in that it further comprises at least one additive selected from the group consisting of crop additives and blood additives in a ‘basal media for intestinal microorganism culture’ containing a carbon source, a nitrogen source, and organic and inorganic salts in a complex manner.
본 발명에 있어서, 상기 작물 첨가제는 오트밀(oatmeal), 현미(brown glutinous rice), 시금치(spinach), 녹두(mungbean), 율무(adlay), 생강(ginger), 브로콜리(broccoli), 콩나물(bean sprout), 새싹채소(philmuri sprout), 참나물(cham namul), 비트(beetroot), 껍질 벗긴 대마 씨(hulled hempseed), 오렌지 껍질(orange peel), 인삼(ginseng), 감초(licorice), 뽕나무 껍질(morus bark), 메밀(buckwheat), 도라지꽃(balloon flower) 및 파잎(green onion leaves)으로 구성된 군에서 선택되는 1 이상인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the crop additive is characterized in that it is at least one selected from the group consisting of oatmeal, brown glutinous rice, spinach, mung bean, adlay, ginger, broccoli, bean sprout, philmuri sprout, cham namul, beetroot, hulled hempseed, orange peel, ginseng, licorice, morus bark, buckwheat, balloon flower, and green onion leaves.
본 발명에 있어서, 상기 혈액 첨가제는 돼지, 양, 소 및 말로 구성된 군에서 선택되는 포유류의 전혈 또는 혈액 성분인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the blood additive is characterized in that it is whole blood or blood component of a mammal selected from the group consisting of pigs, sheep, cows, and horses.
본 발명에 있어서, 상기 ‘장내 미생물 만능 배양배지’는 ‘장내 미생물 배양용 기본배지(basal media)’ 0.1~53.5중량%, 작물 첨가제 0.1~20중량%, 및 혈액 첨가제 0.1~20중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the ‘intestinal microbial universal culture medium’ is characterized by containing 0.1 to 53.5 wt% of ‘basal media for intestinal microbial culture’, 0.1 to 20 wt% of crop additive, and 0.1 to 20 wt% of blood additive.
본 발명에 있어서, 상기 ‘장내 미생물 배양용 기본배지(basal media)’에 포함된 필수복합성분은 쇠고기 추출물 및 효모 추출물로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 추출물인 것을 특징으로 한다.In the present invention, it is characterized in that the essential complex component included in the ‘basal media for intestinal microorganism culture’ is at least one extract selected from the group consisting of beef extract and yeast extract.
본 발명에 있어서, 상기 기본배지는 (ⅰ) 단백질 첨가물, 탄수화물 첨가물 및 지방 첨가물로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 영양 첨가물; (ⅱ) 무기염 및 미량원소 용액으로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 무기 첨가물; 및 (ⅲ) 우레아, 헤민(Hemin) 및 비타민으로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 유기 첨가물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the basic medium is characterized in that it further comprises (i) at least one nutritional additive selected from the group consisting of protein additives, carbohydrate additives, and fat additives; (ii) at least one inorganic additive selected from the group consisting of inorganic salts and trace element solutions; and (iii) at least one organic additive selected from the group consisting of urea, hemin, and vitamins.
본 발명의 ‘장내 미생물 만능 배양배지’를 이용할 경우 장 마이크로바이옴을 구성하는 대다수의 장내 미생물을 분리 배양할 수 있으므로, 신규 장내 미생물 개발 및 이를 이용한 혁신적인 치료제 개발에 유용하다.Since the ‘universal intestinal microorganism culture medium’ of the present invention can be used to isolate and culture most of the intestinal microorganisms that make up the intestinal microbiome, it is useful for developing new intestinal microorganisms and innovative therapeutic agents using them.
도 1은 기본배지에 19종의 작물 첨가제가 각각 추가된 본원발명의 ‘장내 미생물 만능 배양배지’에서 배양된 10종 장내 미생물 배양액의 생균수(CFU/ml)를 측정한 결과이다(B:basal media, 1:껍질 벗긴 대마 씨(hulled hempseed), 2:오렌지 껍질(orange peel), 3:인삼(ginseng), 4:감초(licorice), 5:뽕나무 껍질(morus bark), 6:도라지꽃(balloon flower), 7:메밀(buckwheat), 8:파잎(green onion leaf), 9:생강(ginger), 10:콩나물(bean sprout), 11:시금치(spinach), 12:새싹채소(philmuri sprout), 13:브로콜리(broccoli), 14:참나물(cham namul), 15:비트(beet root), 16:녹두(mungbean), 17:율무(adlay), 18:오트밀(oatmeal), 19:현미(brown rice).
도 2는 기본배지에 작물 첨가제 및 혈액 첨가제가 추가된 본원발명의 ‘장내 미생물 만능 배양배지’(이하 GM 배지)에서 배양된 10종 장내 미생물 배양액의 생균수(CFU/mL)를 측정한 결과이다(■: 기본배지, □: GM 배지).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 GM 배지 및 기존 YCFA 배지로 사람의 분변 시료(feces sample)를 배양한 후 배양액의 장내 미생물 생균수(CFU/gram)를 측정하여 비교한 결과이다(■: YCFA 배지, □: GM 배지).
도 4(4a~4b)는 저성장 난배양성 장내 미생물 7종을 기존 YCFA 배지, 처방배지 및 GM 배지에 각각 접종하여 배양한 후 GM 배지(왼쪽 줄)는 16-24시간 후 이미지이고, 기존 YCFA배지(중앙 줄)와 처방배지(오른쪽 줄)는 72시간 후 얻어낸 이미지이다(1: Finegoldia magna, 2: Capnocytophaga granulosa, 3: Oribacterium asaccharolyticum, 4: Capnocytophaga ochracea, 5: Cutibacterium acnes, 6: Prevotella copri, 7: Porphyromonas gingivalis).
도 5는 건강한 성인의 분변 샘플(fecal samples) 96개를 GM 배지에 접종하여 배양된 미생물의 16S rRNA 유전자의 DNA 서열분석으로 얻어진 최대 가능성 계통수(maximum likelihood phylogenetic tree)를 나타낸 것으로, 도 5a는 참조 서열과 서열 동일성이 99.80% 미만(<99.80%)인 알려진(known) 종 422종이고, 도 5b는 참조 서열과 서열 동일성이 99.80% 미만인 미지의(unknown) 종 1,027종이고, 도 5c는 분류 체계가 아직 알려지지 않아 분류되지 않은(unclassified) 종 56종이며, 도 5d는 55종의 곰팡이 종(55 gut fungal species)이며, 도 5e는 총 1,505종의 장내 미생물 라이브러리 컬렉션의 트리이며, 클레이드와 내부 원은 문(phylum)에 따라 레이블이 지정되고 외부 원은 목 수준(order level)을 나타낸다.
Figure 1 shows the results of measuring the viable cell count (CFU/ml) of 10 types of intestinal microbial culture solutions cultured in the 'intestinal microbial universal culture medium' of the present invention, to which 19 types of crop additives were each added to the basic medium (B: basal media, 1: hulled hempseed, 2: orange peel, 3: ginseng, 4: licorice, 5: morus bark, 6: balloon flower, 7: buckwheat, 8: green onion leaf, 9: ginger, 10: bean sprout, 11: spinach, 12: philmuri sprout, 13: broccoli, 14: cham namul, 15: beet root), 16: mung bean, 17: adlay, 18: oatmeal, 19: brown rice.
Figure 2 shows the results of measuring the viable cell count (CFU/mL) of 10 types of intestinal microbial culture solutions cultured in the 'intestinal microbial universal culture medium' (hereinafter referred to as GM medium) of the present invention to which crop additives and blood additives are added to the basic medium (■: basic medium, □: GM medium).
FIG. 3 shows the results of comparing the number of intestinal microorganisms (CFU/gram) in the culture solution after culturing a human feces sample with a GM medium manufactured according to one embodiment of the present invention and a conventional YCFA medium (■: YCFA medium, □: GM medium).
Figure 4(4a-4b) shows the images obtained after 16-24 hours for the GM medium (left row) and 72 hours for the conventional YCFA medium (middle row) and the prescribed medium (right row) after inoculating and culturing seven species of low-growth, nutrient-poor intestinal microorganisms onto the existing YCFA medium, prescribed medium, and GM medium, respectively (1: Finegoldia magna , 2: Capnocytophaga granulosa , 3: Oribacterium asaccharolyticum , 4: Capnocytophaga ochracea , 5: Cutibacterium acnes , 6: Prevotella copri , 7: Porphyromonas gingivalis ).
Figure 5 shows a maximum likelihood phylogenetic tree obtained by DNA sequence analysis of the 16S rRNA gene of microorganisms cultured by inoculating 96 fecal samples of healthy adults on a GM medium. Figure 5a shows 422 known species with less than 99.80% sequence identity with the reference sequence, Figure 5b shows 1,027 unknown species with less than 99.80% sequence identity with the reference sequence, Figure 5c shows 56 unclassified species because their taxonomic system is not yet known, Figure 5d shows 55 gut fungal species, and Figure 5e is a tree of a total of 1,505 gut microbe library collections, where clades and inner circles are labeled by phylum and outer circles represent order levels.
장내 미생물의 실험실 배양에서 가장 중요한 것은 배양 배지인데, 장내 미생물 대부분이 기존 배지에서는 3일에서 7일에 걸쳐 매우 느리게 자라거나(Slow growth) 아예 배양되지 않는(Unculturable) 미생물들로 분리 자체가 불가능하다.The most important thing in laboratory cultivation of intestinal microorganisms is the culture medium. Most intestinal microorganisms grow very slowly in existing media over a period of 3 to 7 days (slow growth) or are unculturable, making isolation impossible.
본 발명자들은 장내 미생물을 체외 환경에서 배양하려면 (a) 위장 내용물(gastrointestinal content)의 환경을 최대한 모방하여 배지를 구성해야 한다는 점, (b) 오랜 기간 농경생활을 해온 인류의 장에서 식용 작물의 소화 흡수 과정에서 주요 대사가 이루어지는 점, (c) 장은 섭취한 음식물이 소화 후 혈액으로 흡수되는 장소이자 혈액의 각종 대사산물이 분비되는 곳이라는 점에 착안하여, 미생물 생장에 필수적인 기본배지에 식용작물(crop)과 혈액 성분을 첨가시킬 경우, 장내 미생물(Gut Microbiome, GM) 배양을 위한 만능 배양배지를 제조할 수 있다는 것을 확인하고자 하였다.The present inventors, taking into account the following facts: (a) in order to cultivate intestinal microorganisms in an in vitro environment, the medium must be composed to mimic the environment of gastrointestinal contents as much as possible; (b) in the intestines of humans who have lived an agricultural life for a long time, major metabolism occurs during the digestion and absorption of edible crops; and (c) the intestines are where ingested food is absorbed into the blood after digestion and where various metabolites of the blood are secreted, the inventors attempted to produce a universal culture medium for culturing intestinal microorganisms (Gut Microbiome, GM) by adding edible crops and blood components to a basic medium essential for microbial growth.
이에 본 발명에서는 필수복합성분을 포함하는 장내 미생물 배양용 기본배지(basal media)에 작물 첨가제 또는 혈액 첨가제를 첨가하거나, 두가지 모두를 첨가하여 ‘장내 미생물 만능 배양배지’(Universal culture medium for Gut Microbes, 만능배지 또는 GM 배지)를 제조하였다. 이 배지를 사용시 장내 미생물의 배양에 미치는 영향을 평가한 결과, 배양불가능 장내 미생물을 포함한 모든 종류의 장내 미생물의 배양을 촉진하는 효과가 있다는 것을 확인할 수 있었다.Accordingly, in the present invention, a ‘universal culture medium for gut microbes’ (universal medium or GM medium) was manufactured by adding a crop additive or a blood additive, or both, to a basal medium for culturing gut microbes containing essential complex components. As a result of evaluating the effect of using this medium on the culture of gut microbes, it was confirmed that it had the effect of promoting the culture of all types of gut microbes, including unculturable gut microbes.
따라서, 본 발명은 일 관점에서, 필수복합성분을 포함하는 ‘장내 미생물 배양용 기본배지(basal media)’에 작물 첨가제 및 혈액 첨가제로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 첨가제가 추가로 포함된 것을 특징으로 하는 ‘장내 미생물 만능 배양배지’에 관한 것이다.Therefore, from one aspect, the present invention relates to a ‘universal intestinal microorganism culture medium’ characterized in that it further comprises at least one additive selected from the group consisting of crop additives and blood additives in a ‘basal media for intestinal microorganism culture’ containing essential complex components.
본 발명에 있어서, 상기 작물 첨가제는 장내 미생물의 증식을 촉진시키기 위한 것으로, 오트밀(oatmeal), 현미(brown glutinous rice), 시금치(spinach), 녹두(mungbean), 율무(adlay), 생강(ginger), 브로콜리(broccoli), 콩나물(bean sprout), 새싹채소(philmuri sprout), 참나물(cham namul), 비트(beetroot), 껍질 벗긴 대마 씨(hulled hempseed), 오렌지 껍질(orange peel), 인삼(ginseng), 감초(licorice), 뽕나무 껍질(morus bark), 메밀(buckwheat), 도라지꽃(balloon flower), 파잎(green onion leaves) 등의 작물을 예시할 수 있고, 동결 건조체나 추출물을 분말, 오일 형태 또는 액상 형태로 이용할 수 있다.In the present invention, the crop additive is for promoting the growth of intestinal microorganisms, and may be exemplified by crops such as oatmeal, brown glutinous rice, spinach, mung bean, adlay, ginger, broccoli, bean sprouts, philmuri sprouts, cham namul, beetroot, hulled hempseed, orange peel, ginseng, licorice, morus bark, buckwheat, balloon flower, and green onion leaves, and a freeze-dried product or extract may be used in the form of powder, oil, or liquid.
상기 작물이 1 이상 적용될 경우에 각 작물은 중량 비율에 큰 제한 없이 자유롭게 혼합하여 적용될 수 있으며, 바람직하게는 1 : 1 내지 5(1개의 기준 작물의 중량 대 나머지 식용작물 중 하나의 중량) 비율로 적용될 수 있다.When the above crops are applied in amounts of one or more, each crop may be freely mixed and applied without significant restrictions on the weight ratio, and preferably may be applied in a ratio of 1:1 to 5 (weight of one reference crop to weight of one of the remaining edible crops).
본 발명에 있어서, 작물 첨가제는 ‘장내 미생물 만능 배양배지’ 전체 조성중 0.1~20중량% 첨가되는 것이 바람직하다. 작물 첨가제가 0.1중량% 미만인 경우에는 장내 미생물의 생장 촉진 효과가 미미하고, 20중량%를 초과할 경우 첨가량 증가로 인한 비용은 증가하는데 반해 배양 효율은 크게 증가하지 않는 문제가 있다.In the present invention, it is preferable that the crop additive be added in an amount of 0.1 to 20 wt% of the total composition of the ‘universal intestinal microorganism culture medium’. If the crop additive is less than 0.1 wt%, the effect of promoting the growth of intestinal microorganisms is minimal, and if it exceeds 20 wt%, there is a problem that the cost increases due to the increased amount added, but the culture efficiency does not increase significantly.
본 발명에 있어서, 상기 혈액 첨가제는 장내 미생물의 증식을 촉진시키기 위한 것으로, 산업동물로 사용되는 포유류의 전혈 또는 혈액 성분일 수 있으며, 포유류로는 돼지, 양, 소, 말 등을 예시할 수 있다.In the present invention, the blood additive is for promoting the proliferation of intestinal microorganisms and may be whole blood or blood components of mammals used as industrial animals. Examples of mammals include pigs, sheep, cows, horses, etc.
본 발명에 있어서, 혈액 첨가제는 ‘장내 미생물 만능 배양배지’ 전체 조성중 0.1~20중량% 첨가되는 것이 바람직하다. 혈액 첨가제가 0.1중량% 미만인 경우에는 장내 미생물의 생장 촉진 효과가 미미하고, 20중량%를 초과할 경우 첨가량 증가로 인한 비용은 증가하는데 반해 배양 효율은 크게 증가하지 않는 문제가 있다.In the present invention, it is preferable that the blood additive be added in an amount of 0.1 to 20 wt% of the total composition of the ‘intestinal microorganism universal culture medium’. If the blood additive is less than 0.1 wt%, the effect of promoting the growth of intestinal microorganisms is minimal, and if it exceeds 20 wt%, there is a problem that the cost increases due to the increased amount added, but the culture efficiency does not increase significantly.
본 발명에 있어서, 장내 미생물 배양용 기본배지는 장내 미생물 배양을 위하여 사용하는 통상적인 배지로서, 필수복합성분을 포함한다.In the present invention, the basic medium for culturing intestinal microorganisms is a conventional medium used for culturing intestinal microorganisms and contains essential complex components.
본 발명에 있어서, ‘장내 미생물 배양용 기본배지(basal media)’는 (ⅰ) 단백질 첨가물, 탄수화물 첨가물 및 지방 첨가물로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 영양 첨가물; (ⅱ) 무기염 및 미량원소 용액으로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 무기 첨가물; 및 (ⅲ) 우레아, 헤민(Hemin) 및 비타민으로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 유기 첨가물을 추가로 포함할 수 있다.In the present invention, the ‘basal media for intestinal microorganism culture’ may additionally include (i) one or more nutritional additives selected from the group consisting of protein additives, carbohydrate additives, and fat additives; (ii) one or more inorganic additives selected from the group consisting of inorganic salt and trace element solutions; and (iii) one or more organic additives selected from the group consisting of urea, hemin, and vitamins.
상기 ‘장내 미생물 배양용 기본배지(basal media)’는 ‘장내 미생물 만능 배양배지’ 전체 조성중 0.1~53.5중량% 첨가되는 것이 바람직하다. It is preferable that the above ‘basal media for intestinal microorganism culture’ be added at 0.1 to 53.5 wt% of the total composition of the ‘universal intestinal microorganism culture medium.’
본 발명에 있어서, 필수복합성분은 미생물 배양에 이용 가능한 동식물 추출물, 미생물 추출물 등을 예시할 수 있으며, 쇠고기 추출물 및 효모 추출물을 단독 또는 함께 사용하는 것이 바람직하다. 필수복합성분은 ‘장내 미생물 만능 배양배지’중 각각 0.1중량% 내지 20중량% 첨가되는 것이 바람직하다.In the present invention, the essential complex components may be exemplified by plant and animal extracts and microbial extracts that can be used for microbial culture, and it is preferable to use beef extract and yeast extract alone or together. It is preferable that the essential complex components are added in an amount of 0.1 wt% to 20 wt% in the ‘universal intestinal microbial culture medium’.
본 발명에 있어서, 영양 첨가물은 미생물 배양에 이용 가능한 단백질 첨가물, 탄수화물 첨가물, 및 지방 첨가물을 단독 또는 둘 이상 포함할 수 있다. ‘장내 미생물 만능 배양배지’중 단백질 첨가물은 0.1중량% 내지 10중량%, 탄수화물 첨가물은 0.1중량% 내지 10중량%, 지방 첨가물은 0.01중량% 내지 10중량% 포함되는 것이 바람직하다.In the present invention, the nutritional additives may include one or more of protein additives, carbohydrate additives, and fat additives that can be used for microbial culture. It is preferable that the ‘intestinal microbial universal culture medium’ contains 0.1 to 10 wt% of protein additives, 0.1 to 10 wt% of carbohydrate additives, and 0.01 to 10 wt% of fat additives.
상기, 단백질 첨가물은 미생물 배양에 이용 가능한 아미노산과 펩타이드를 단독 또는 둘 이상 포함할 수 있으며, 아미노산으로는 시스틴(cystine), 아기닌 (arginine), 글루타민(glutamine) 등을 예시할 수 있고, 펩타이드로는 펩톤계 화합물인 백토-펩톤(bacto-peptone), 트립티카제 펩톤(trypticase peptone), 폴리펩톤(polypeptone), 트립톤(tryptone) 등을 예시할 수 있으나 이에 한정되지 않으며, ‘장내 미생물 만능 배양배지’중 0.1중량% 내지 10중량%, 1중량% 내지 10중량%, 1중량% 내지 5중량% 또는 1중량% 내지 2중량% 포함되는 것이 바람직하다.The above protein additive may include one or more amino acids and peptides available for microbial culture. Examples of amino acids include cystine, arginine, and glutamine. Examples of peptides include peptone compounds such as bacto-peptone, trypticase peptone, polypeptone, and tryptone, but are not limited thereto. It is preferable that the protein additive be included in the ‘universal intestinal microbial culture medium’ in an amount of 0.1 wt% to 10 wt%, 1 wt% to 10 wt%, 1 wt% to 5 wt%, or 1 wt% to 2 wt%.
본 발명에 있어서, 탄수화물 첨가물은 미생물 배양에 이용 가능한 단순당, 복합탄수화물을 단독 또는 둘 이상을 포함할 수 있으며, 포도당(glucose), 설탕 및 가용성 전분(soluble starch) 등을 예시할 수 있으나 이에 한정되지 않으며, ‘장내 미생물 만능 배양배지’중 0.1중량% 내지 10중량%, 1중량% 내지 10중량%, 1중량% 내지 5중량% 또는 1중량% 내지 2중량% 포함되는 것이 바람직하다.In the present invention, the carbohydrate additive may include a single or two or more simple sugars or complex carbohydrates available for microbial culture, and examples thereof include, but are not limited to, glucose, sucrose, and soluble starch, and it is preferable that it be included in the ‘universal intestinal microbial culture medium’ in an amount of 0.1 wt% to 10 wt%, 1 wt% to 10 wt%, 1 wt% to 5 wt%, or 1 wt% to 2 wt%.
본 발명에 있어서, 지방 첨가물은 미생물 배양에 이용 가능한 단쇄지방산(아세트산, 발레르산, 부티릭산, 푸로피오닉산 등), 글리세롤, 식물성 기름(대두유, 옥수수유, 카놀라유 등)을 단독 또는 둘 이상을 포함할 수 있으며, ‘장내 미생물 만능 배양배지’중 0.01중량% 내지 10중량%, 0.1중량% 내지 10중량%, 1중량% 내지 10중량%, 1중량% 내지 5중량% 또는 1중량% 내지 2중량% 포함되는 것이 바람직하다.In the present invention, the fat additive may include one or more of short-chain fatty acids available for microbial culture (such as acetic acid, valeric acid, butyric acid, and furofionic acid), glycerol, and vegetable oils (such as soybean oil, corn oil, and canola oil), and is preferably included in the ‘universal intestinal microbial culture medium’ in an amount of 0.01 wt% to 10 wt%, 0.1 wt% to 10 wt%, 1 wt% to 10 wt%, 1 wt% to 5 wt%, or 1 wt% to 2 wt%.
본 발명에 있어서, 무기 첨가물은 무기염 및 미량원소를 단독 또는 둘 이상을 포함할 수 있으며, Na2HPO4, NaCl, CaCO3, C3H3NaO3, 미량원소(MnCl2, FeSO4, CoCl2, ZnSO4, Na2MoO4, NiCl2, CuSO4, H3BO3, MgSO4, CaCl2, (NH4)2SO4) 등을 예시할 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 전체 배지 중 0.001중량% 내지 2.5중량%, 0.001중량% 내지 2중량%, 0.001중량% 내지 1.5중량%, 0.001중량% 내지 1중량% 또는 0.01중량% 내지 1중량% 포함되는 것이 바람직하다.In the present invention, the inorganic additive may include one or more inorganic salts and trace elements, and may be exemplified by Na 2 HPO 4 , NaCl, CaCO 3 , C 3 H 3 NaO 3 , trace elements (MnCl 2 , FeSO 4 , CoCl 2 , ZnSO 4 , Na 2 MoO 4 , NiCl 2 , CuSO 4 , H 3 BO 3 , MgSO 4 , CaCl 2 , (NH 4 ) 2 SO 4 ), but is not limited thereto, and is preferably included in an amount of 0.001 wt% to 2.5 wt%, 0.001 wt% to 2 wt%, 0.001 wt% to 1.5 wt%, 0.001 wt% to 1 wt%, or 0.01 wt% to 1 wt% of the total medium.
본 발명에 있어서, 유기 첨가물은 비타민, 우레아(urea), 헤민(hemin)을 단독 또는 둘 이상을 포함할 수 있으며, 상기 비타민은 비오틴, 시아노코발라민, 엽산, 피리독신, 리보플라빈, L-아스코르브산, 코엔자임큐, 이노시톨, 니아신, 디메틸글리신, L-카르니틴, 메틸설포닐메탄, 비타민 K1 등을 예시할 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 전체 배지중 0.00001중량% 내지 1중량% 포함되는 것이 바람직하다.In the present invention, the organic additive may include one or more of vitamins, urea, and hemin. The vitamins may include, but are not limited to, biotin, cyanocobalamin, folic acid, pyridoxine, riboflavin, L-ascorbic acid, coenzyme Q, inositol, niacin, dimethylglycine, L-carnitine, methylsulfonylmethane, and vitamin K1, and are preferably included in an amount of 0.00001 wt% to 1 wt% of the total medium.
본 발명에 따른 ‘장내 미생물 만능 배양배지’의 조성을 정리하면 다음과 같다.The composition of the ‘universal intestinal microorganism culture medium’ according to the present invention is as follows.
(중량%)Minimum
(weight%)
(중량%)Maximum
(weight%)
상기 ‘장내 미생물 만능 배양배지’는 현재까지 보고된 느리게 성장하는 장내 미생물의 성장을 극적으로 촉진시켜 일반적으로 알려진 빠르게 성장하는 미생물과 유사한 속도로 성장되며, 예를 들어, 12~18시간 만에 GM 한천 배지에서 시각화된 단일 콜로니를 형성할 수 있다.The above-mentioned ‘universal intestinal microorganism culture medium’ dramatically promotes the growth of slow-growing intestinal microorganisms reported to date, and grows at a rate similar to that of generally known fast-growing microorganisms, and can form a single colony visualized on GM agar medium in just 12 to 18 hours, for example.
본 발명은 다른 관점에서, ‘장내 미생물 만능 배양배지’에 장내 미생물이 포함된 배양물 또는 시료를 접종하는 단계; 장내미생물을 배양하는 단계; 및 미생물 배양물을 얻어내는 단계를 포함하는 장내 미생물 배양방법에 관한 것이다.From another perspective, the present invention relates to a method for culturing intestinal microorganisms, comprising the steps of inoculating a culture or sample containing intestinal microorganisms into an ‘intestinal microorganism universal culture medium’; the step of culturing intestinal microorganisms; and the step of obtaining a microbial culture.
본 발명에 있어서, 접종 단계에 사용되는 장내 미생물 균체 또는 시료는 장 마이크로바이옴에서 유래된 장내 미생물이 함유되어 있는 균체 또는 시료를 말하며, 상기 시료는 다양한 분비물(예: 분변, 소변, 장 용액, 체액, 혈액), 조성물, 배양물을 모두 포함할 수 있다.In the present invention, the intestinal microbial cells or sample used in the inoculation step refers to cells or samples containing intestinal microorganisms derived from the intestinal microbiome, and the sample may include various secretions (e.g., feces, urine, intestinal fluid, body fluid, blood), compositions, and cultures.
상기 배양물은 상기 배지를 이용하여 마이크로바이옴에서 유래된 장내 미생물을 배양하여 수득된 배양물 자체, 또는 이로부터 균체를 제거하여 수득된 배양 상층액, 또는 배양 상층액의 농축물 또는 동결건조물일 수 있다.The culture may be the culture itself obtained by culturing intestinal microorganisms derived from the microbiome using the medium, or a culture supernatant obtained by removing the bacterial cells therefrom, or a concentrate or lyophilized product of the culture supernatant.
[실시예][Example]
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. It will be apparent to those skilled in the art that these examples are intended only to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.
실시예 1: 작물 첨가제를 포함하는 ‘장내 미생물 만능 배양배지’ 제조Example 1: Preparation of ‘Intestinal Microbial Universal Culture Medium’ Containing Crop Additives
농경생활을 한 인류 뿐 아니라 영장류를 포함한 다수의 포유류는 진화를 거치면서 장에서 공생하는 미생물의 대사 과정을 거쳐 다양한 식물성분을 섭취 해왔다. 이에 주목한 발명자들은 인간이 경작하여 섭취하는 성분들이 장내 미생물의 생장에 핵심성분일 것으로 보고, 이를 확인하고자 하였다. 이를 위해 본 발명자들은 흔히 섭취되는 야채, 곡류, 과일을 포함한 366종류의 식용작물(crop)을 준비하여 각각 분쇄하고 동결 건조한 후 장내 미생물의 배양에 미치는 영향을 평가하였다.Not only humans who have lived an agricultural life, but also many mammals including primates have consumed various plant components through the metabolic process of microorganisms living in the intestines through evolution. The inventors who paid attention to this reported that the components cultivated and consumed by humans would be key components for the growth of intestinal microorganisms and attempted to confirm this. To this end, the inventors prepared 366 kinds of edible crops including commonly consumed vegetables, grains, and fruits, ground each one, freeze-dried it, and evaluated the effect on the culture of intestinal microorganisms.
먼저 본 발명의 장내 미생물 포괄적 배양을 위해서 본 발명자들은 인간 위장관의 화학적 구성을 최대한 모방하여 배지를 구성하고자 하였다. 이를 위해 필수복합성분, 영양 첨가물, 유기 첨가물, 무기 첨가물을 포함한 기본배지(basal media)를 다음과 같이 만들었다. 먼저 쇠고기 추출물 2.4g, 효모 추출물 5.0g, 백토-펩톤(bacto-peptone) 10g, Na2HPO4 4.0g, 글루코스(glucose) 1.5g, 가용성 전분 0.5g, L-cysteine-HCl 1g, 트립티카제 펩톤(trypticase peptone) 2.0g, NaCl 1g, 아르기닌 0.2g, 피루브산나트륨(sodium pyruvate) 0.2g, 우레아 1g, CaCO3 0.2g, 폴리펩톤(polypeptone) 2.0g, 글리세롤(glycerol) 2mL, 헤민(Hemin) 0.1mg, 1mL 미량원소 용액(Trace elements solution; 0.72 gm/L MnCl2 x 4H2O, 0.2 g/L FeSO4 x 7H2O, 0.2g/L CoCl2 x 6H2O, 0.2g/L ZnSO4 x 7H2O, 0.02g/L Na2MoO4 x 2H2O, 0.1g/L NiCl2, 0.02g/L CuSO4 x 5H2O, 0.02g/L H3BO3, 0.6g/L MgSO4 x 7H2O, 0.6 g/L CaCl2 x 2H2O 및 0.1g/L (NH4)2SO4), 0.578ml 단쇄지방산 용액(15mL acetic acid, 6mL propionic acid, 1mL n-valeric acid, 1mL iso-valeric acid, 5mL butyric acid 및 1mL iso-butyric acid의 혼합물)을 증류수에 혼합하여 1리터가 되도록 제조하고, 최종 pH는 7.4로 조정하였다. 배지는 멸균하여 상온으로 식힌 후 무균 비타민액(물 1L에 Biotin 0.02g, Cyanocobalamin 0.02g, P-aminobenzoic acid 0.03g, Folic acid 0.05g, Pyridoxine HCl 0.15g, Thiamine HCl 0.05g, Riboflavin 0.05g, L-ascorbic acid 0.05g, Coenzyme Q 0.04g, L-glutamine 0.02g, Trimethyl glycine 0.03g, Inositol 0.03g, Niacin 0.03g, L-carnitine 0.03g, Methylsulfonylmethane 0.03g, Vitamin K1 0.1ml) 2 mL를 첨가하였다. 다음 배지 200μL를 96-웰 플레이트의 각 웰에 첨가한 후 혐기성 인큐베이터에서 3시간 동안 배양하여 배지에서 산소를 제거하였다. 366종류의 식용작물 분말을 준비하여 각 웰에 1.5mg/mL 농도로 첨가하여 준비하였다.First, in order to comprehensively cultivate the intestinal microorganisms of the present invention, the inventors attempted to create a medium that mimics the chemical composition of the human gastrointestinal tract as much as possible. To this end, a basal medium containing essential complex components, nutritional additives, organic additives, and inorganic additives was created as follows. First, 2.4 g of beef extract, 5.0 g of yeast extract, 10 g of bacto-peptone, 4.0 g of Na 2 HPO 4 , 1.5 g of glucose, 0.5 g of soluble starch, 1 g of L-cysteine-HCl, 2.0 g of trypticase peptone, 1 g of NaCl, 0.2 g of arginine, 0.2 g of sodium pyruvate, 1 g of urea, 0.2 g of CaCO 3 , 2.0 g of polypeptone, 2 mL of glycerol, 0.1 mg of hemin, 1 mL of trace elements solution (0.72 gm/L MnCl 2 x 4H 2 O, 0.2 g/L FeSO 4 3 BO 3 , 0.6 g / L MgSO 4 5mL butyric acid and 1mL (a mixture of iso-butyric acid) was mixed with distilled water to make 1 liter, and the final pH was adjusted to 7.4. The medium was sterilized, cooled to room temperature, and 2 mL of sterile vitamin solution (Biotin 0.02 g, Cyanocobalamin 0.02 g, P-aminobenzoic acid 0.03 g, Folic acid 0.05 g, Pyridoxine HCl 0.15 g, Thiamine HCl 0.05 g, Riboflavin 0.05 g, L-ascorbic acid 0.05 g, Coenzyme Q 0.04 g, L-glutamine 0.02 g, Trimethyl glycine 0.03 g, Inositol 0.03 g, Niacin 0.03 g, L-carnitine 0.03 g, Methylsulfonylmethane 0.03 g, Vitamin K1 0.1 mL to 1 L of water) was added. 200 μL of the following medium was added to each well of a 96-well plate and cultured in an anaerobic incubator for 3 hours to remove oxygen from the medium. 366 kinds of edible crop powders were prepared and added to each well at a concentration of 1.5 mg/mL.
배양능을 평가하기 위한 장내 미생물로는 일반적인 장내 미생물 10종(Bacillus sp. strain AD39 SUBx, Citrobacter freundii strain CitB, Edwardsiella tarda strain KC-Pc-HB1, Staphylococcus gallinarum strain SSB39, Plesiomonas shigelloides strain MS-17-188, Clostridioides mangenotii strain CBA7501, Yersinia kristensenii Aeromonas sp. 1805, Escherichia coli strain 93-a pink, Lactococcus garvieae strain VX49)을 순수 배양액으로 준비하여 5μL씩 각 웰에 접종한 후 플레이트를 37℃ 혐기배양기에서 밤새 배양하였다. 다음날 OD600을 측정함으로써, 스크리닝한 작물 366종류 중 장내 미생물에 대한 생장 촉진 효능이 우수한 것으로 나타난 상위 19종 작물을 확인하였다.To evaluate the cultivability, 10 common intestinal microorganisms ( Bacillus sp. strain AD39 SUBx, Citrobacter freundii strain CitB, Edwardsiella tarda strain KC-Pc-HB1, Staphylococcus gallinarum strain SSB39, Plesiomonas shigelloides strain MS-17-188, Clostridioides mangenotii strain CBA7501, Yersinia kristensenii Aeromonas sp. 1805, Escherichia coli strain 93-a pink, Lactococcus garvieae strain VX49 ) were prepared as pure cultures, 5 μL each was inoculated into each well, and the plates were cultured overnight in an anaerobic incubator at 37°C. By measuring OD 600 the next day, the top 19 crops among 366 screened crops were identified as having excellent growth promotion efficacy for intestinal microorganisms.
생장 촉진 효능을 생균수 측정으로 재확인하기 위하여, 상위 19종 작물이 각각 포함된 기본배지에서 10종의 장내 미생물에 대한 생장 촉진 여부를 배양액의 생균수(Colony forming Unit, CFU)를 측정하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.In order to reconfirm the growth promotion efficacy by measuring the number of viable cells, the number of viable cells (Colony forming Unit, CFU) in the culture solution was measured to determine whether the growth of 10 types of intestinal microorganisms was promoted in the basic medium containing each of the top 19 crops, and the results are shown in Figure 1.
도 1로부터, 작물첨가제로 오트밀(oatmeal), 현미(brown glutinous rice), 시금치(spinach), 녹두(mungbean), 율무(adlay), 생강(ginger), 브로콜리(broccoli), 콩나물(bean sprout), 새싹채소(philmuri sprout), 참나물(cham namul), 비트(beet root), 대마 씨(hulled hempseed), 오렌지 껍질(orange peel), 인삼(ginseng), 감초(licorice), 뽕나무 껍질(morus bark), 메밀(buckwheat), 도라지꽃(balloon flower) 및 대파잎(green onion leaves)이 각각 첨가되었을 때 장내 미생물의 생장이 현저히 향상된다는 것을 알 수 있었다.From Fig. 1, it was found that when oatmeal, brown glutinous rice, spinach, mung bean, adlay, ginger, broccoli, bean sprout, philmuri sprout, cham namul, beet root, hulled hempseed, orange peel, ginseng, licorice, mulberry bark, buckwheat, balloon flower, and green onion leaves were added as crop additives, the growth of intestinal microorganisms was significantly improved.
다음으로 작물 첨가제의 적정한 첨가 수준을 알아내기 위하여, 필수복합성분인 쇠고기 추출물(0.5중량%)과 효모 추출물(1중량%)만을 포함한 기본배지에 19종 작물의 동량 혼합물을 0.1중량%, 0.5중량%, 2.5중량%, 또는 10중량%만큼 추가한 배지를 각각 제조하였다. 각 배지를 400 μL씩 48-웰 플레이트에 넣고 혐기성 인큐베이터에서 3시간 동안 배양하였다. 이어서 실시예 1에서 사용한 10종 미생물 배양액을 10 μL씩 각 웰에 접종하고 37℃ 혐기배양기에서 16시간 배양한 후 흡광도를 측정하고 상대적 증가를 표 2에 나타내었다.Next, in order to find out the appropriate addition level of crop additives, media were prepared by adding 0.1 wt%, 0.5 wt%, 2.5 wt%, or 10 wt% of an equal amount of a mixture of 19 crops to the basic medium containing only the essential complex components, beef extract (0.5 wt%) and yeast extract (1 wt%). 400 μL of each medium was added to a 48-well plate and cultured in an anaerobic incubator for 3 hours. Then, 10 μL of the 10 microbial cultures used in Example 1 were inoculated into each well and cultured in an anaerobic incubator at 37°C for 16 hours. The absorbance was measured and the relative increase is shown in Table 2.
* 기본배지(필수복합성분) 대조군 대비 작물 첨가군의 흡광도 증가율 10% 미만: +, 50% 미만:++, 100% 미만:+++, 100% 이상:++++.* Absorbance increase rate of crop addition group compared to basic medium (essential complex components) control group: less than 10%: +, less than 50%: ++, less than 100%: +++, 100% or more: +++.
표 2로부터, 영양 첨가물이나 유무기 첨가물을 별도로 추가하지 않고, 쇠고기 추출물 및 효모 추출물만을 필수복합성분으로 포함하는 기본배지에 작물 첨가제를 0.1% 이상 첨가하면 기본배지와 비교시 생장이 향상된 장내 미생물이 나타나기 시작하고, 2.5% 이상 첨가시 시험한 모든 미생물에서 우수한 생장 촉진 효과를 갖는 것을 확인할 수 있었다.From Table 2, it was confirmed that when crop additives were added at 0.1% or more to the basic medium containing only beef extract and yeast extract as essential complex components without separately adding nutritional additives or inorganic additives, intestinal microorganisms with enhanced growth began to appear compared to the basic medium, and when added at 2.5% or more, an excellent growth promotion effect was observed in all tested microorganisms.
실시예 2: 혈액 첨가제를 포함하는 ‘장내 미생물 만능 배양배지’ 제조Example 2: Preparation of ‘Intestinal Microbial Universal Culture Medium’ Containing Blood Additives
장은 섭취한 음식물이 소화 후 혈액으로 흡수되는 장소이자 혈액의 각종 대사산물이 분비되는 곳이다. 이에 주목한 발명자들은 혈액 성분들이 장내 미생물의 생장을 도와주는 또 다른 핵심성분일 것으로 보고, 이를 확인하기 위하여 여러 포유류(소, 돼지, 양, 말)의 혈액을 첨가한 배지에서 장내 미생물을 배양하였다. 이를 위해서 실시예 1에서 제조한 필수복합성분, 영양 첨가물, 유기 첨가물, 무기 첨가물을 포함한 기본배지(basal media)를 멸균하고 식힌 후, 시험하고자 하는 혈액(whole blood)을 3중량%만 첨가하여 ‘장내 미생물 만능 배양배지’를 제조하였다.The intestines are where ingested food is absorbed into the blood after digestion and where various metabolic products of the blood are secreted. The inventors, who paid attention to this, reported that blood components would be another key component that helps the growth of intestinal microorganisms, and to confirm this, they cultured intestinal microorganisms in a medium added with blood from various mammals (cows, pigs, sheep, horses). To this end, the basal media containing the essential complex components, nutritional additives, organic additives, and inorganic additives manufactured in Example 1 was sterilized and cooled, and only 3 wt% of the blood to be tested (whole blood) was added to prepare an ‘intestinal microorganism universal culture medium.’
제조된 ‘장내 미생물 만능 배양배지’ 400 μL를 48-웰 플레이트의 각 웰에 첨가한 후 혐기성 인큐베이터에서 3시간 동안 배양하여 배지에서 산소를 제거하였다. 실시예 1에서 사용한 10종 미생물 배양액을 10 μL씩 각 웰에 접종한 후 플레이트를 37℃ 혐기배양기에서 16시간 배양한 후 미생물의 생장이 가장 뚜렷한 시험군을 확인하고 그 결과를 표 3에 나타내었다.400 μL of the manufactured ‘Intestinal Microbiota Universal Culture Medium’ was added to each well of a 48-well plate, and the medium was cultured for 3 hours in an anaerobic incubator to remove oxygen from the medium. 10 μL of the 10 types of microbial culture solutions used in Example 1 were inoculated into each well, and the plate was cultured for 16 hours in an anaerobic incubator at 37°C. The test group with the most prominent microbial growth was identified, and the results are shown in Table 3.
* 기본배지(필수복합성분 + 첨가물) 대조군 대비 혈액 첨가군의 흡광도 증가율 10% 미만: +, 50% 미만:++, 100% 미만:+++, 100% 이상:++++.* Absorbance increase rate of blood-added group compared to basic medium (essential complex components + additives) control group: less than 10%: +, less than 50%: ++, less than 100%: +++, 100% or more: +++.
표 3으로부터, 혈액성분이 보충되지 않은 기본배지와의 상대적 비교시, 혈액성분이 추가된 배지에서의 생장이 기본 배지보다 모두 향상되었음을 확인할 수 있었다. 특히 양, 돼지, 소의 혈액 그룹에서 전반적으로 우수한 미생물 생장이 확인되었으며, 10종 미생물 모두에서 가장 우수한 생장을 보인 것은 돼지 혈액이었고, 다음으로 양 혈액, 소 혈액, 말 혈액임을 알 수 있었다.From Table 3, it was confirmed that the growth in the medium with added blood components was all improved compared to the basic medium when compared to the basic medium without blood components. In particular, excellent microbial growth was confirmed overall in the blood groups of sheep, pig, and cow, and the best growth was shown in pig blood among all 10 types of microorganisms, followed by sheep blood, cow blood, and horse blood.
다음으로 혈액 첨가제의 적정한 첨가 수준을 알아내기 위하여 미생물 배양 효능이 우수한 돼지 혈액을 이용하여 첨가 수준을 달리하고 나머지 성분은 표 3의 실험과 동일하게 필수복합성분, 영양 첨가물, 유기 첨가물, 무기 첨가물을 포함한 기본배지(basal media)를 제조하였다. 각 배지를 400 μL씩 48-웰 플레이트에 넣고 3시간 혐기배양하였다. 이어서 실시예 1에서 사용한 10종 미생물 배양액을 10 μL씩 각 웰에 접종하고 37℃ 혐기배양기에서 24시간 배양한 후 흡광도를 측정하고 상대적 증가를 표 4에 나타내었다.Next, in order to find out the appropriate level of addition of blood additives, pig blood with excellent microbial culture efficacy was used to vary the addition level, and the remaining components were the same as in the experiment in Table 3 to prepare a basal media including essential complex components, nutritional additives, organic additives, and inorganic additives. 400 μL of each medium was added to a 48-well plate and anaerobically cultured for 3 hours. Then, 10 μL of the 10 types of microbial cultures used in Example 1 were inoculated into each well and cultured in an anaerobic incubator at 37°C for 24 hours. The absorbance was measured and the relative increase is shown in Table 4.
* 기본배지(필수복합성분 + 첨가물) 대조군 대비 혈액 첨가군의 흡광도 증가율 10% 미만: +, 50% 미만:++, 100% 미만:+++, 100% 이상:++++.* Absorbance increase rate of blood-added group compared to basic medium (essential complex components + additives) control group: less than 10%: +, less than 50%: ++, less than 100%: +++, 100% or more: +++.
표 4로부터, 혈액 첨가제가 0.1중량% 첨가되면 무첨가 대조군과 비교시 생장이 뚜렷이 향상된 장내 미생물이 나타나기 시작하고, 5중량% 이상 첨가시 시험한 모든 미생물에서 우수한 생장 촉진 효과를 가지는 것을 확인할 수 있었다. From Table 4, it was confirmed that when 0.1 wt% of blood additive was added, intestinal microorganisms with significantly improved growth began to appear compared to the control group without any additive, and when 5 wt% or more was added, it had an excellent growth promotion effect in all tested microorganisms.
실시예 3: 작물첨가제 및 혈액 첨가제를 포함하는 ‘장내 미생물 만능 배양배지’ 제조Example 3: Preparation of ‘Intestinal Microbial Universal Culture Medium’ Containing Crop Additives and Blood Additives
실시예 1과 2의 결과를 바탕으로 본 발명자들은 장내 미생물 배양을 위한 만능배지를 제조하고자, 실시예 1의 필수복합성분, 영양 첨가물, 유기 첨가물, 무기 첨가물을 포함한 기본배지(basal media) 조성에 19종 작물의 동량 혼합물을 31g 추가하고, 증류수를 넣어 최종 950ml이 되도록 제조하였다. 이를 멸균하여 식힌 후 필터 멸균(0.22㎛)된 비타민 용액 2ml 및 돼지 혈액 50mL을 첨가하고, 최종 pH는 7.4로 조정하여 ‘장내 미생물 만능 배양배지’ (이하 GM 배지로 칭함)를 제조하였다. 각 배지를 200μL씩 플레이트에 넣고 혐기성 인큐베이터에서 3시간 동안 배양하였다. 이어서 실시예 1에서 사용한 10종 미생물 배양액을 10μL씩 각 웰에 접종하고 37℃ 혐기배양기에서 24시간 배양한 후 배양액 원액 및 희석액을 100μL씩 도말하여 CFU를 측정하고 도 2에 나타내었다.Based on the results of Examples 1 and 2, the inventors of the present invention attempted to manufacture a universal medium for culturing intestinal microorganisms by adding 31 g of an equal amount of a mixture of 19 crops to the basal media composition including the essential complex components, nutritional additives, organic additives, and inorganic additives of Example 1, and adding distilled water to make a final volume of 950 mL. After sterilizing and cooling, 2 mL of a filter-sterilized (0.22 μm) vitamin solution and 50 mL of pig blood were added, and the final pH was adjusted to 7.4 to manufacture an ‘intestinal microorganism universal culture medium’ (hereinafter referred to as GM medium). 200 μL of each medium was added to a plate, and cultured in an anaerobic incubator for 3 hours. Next, 10 μL of the 10 types of microbial cultures used in Example 1 were inoculated into each well, and cultured in an anaerobic incubator at 37°C for 24 hours. Then, 100 μL of the original and diluted cultures were smeared to measure the CFU, which is shown in Figure 2.
도 2로부터 기본 배지에서 10종 장내 미생물 배양시 생균수는 0.5 ~ 1 x 109 CFU 범위인데 비해 작물 첨가제 및 혈액 첨가제가 추가된 GM 배지에서의 생균수는 3.5 ~ 5 x 109 CFU 범위로 장내 미생물 수치가 7~10배 이상 증가된 것을 알 수 있었다. 즉, 기본배지에 작물 첨가제 및 혈액 첨가제가 추가될 경우 장내 미생물의 배양이 촉진되었다.From Fig. 2, it was found that the number of viable cells when culturing 10 types of intestinal microorganisms in the basic medium was in the range of 0.5 to 1 x 10 9 CFU, whereas the number of viable cells in the GM medium with added crop additives and blood additives was in the range of 3.5 to 5 x 10 9 CFU, indicating that the intestinal microorganism count increased by 7 to 10 times. In other words, when crop additives and blood additives were added to the basic medium, the culture of intestinal microorganisms was promoted.
다음으로는 사람의 분변 시료를 이용하여 GM 배지의 장내 미생물 배양능을 기존 배지와 비교 분석하였다. YCFA 배지는 (증류수 1L당 Casitone 10g, Yeast Extract 2.5g, Glucose 2g, Sodium Bicarbonate 4g, Dipotassium Phosphate 0.45g, Monopotassium Phosphate 0.45g, Sodium Chloride 0.9g, Magnesium Sulfate Heptahydrate 0.01g, Calcium Chloride 0.09g, and Haemin 0.01g, L-cystein 1g, 1 mL Resazurin (0.1 %), 6.2 mL SCFA(17mL acetic acid, 6mL propionic acid, 1mL n-valeric acid, 1mL iso-valeric acid, 5mL butyric acid 및 1mL iso-butyric acid의 혼합물), 2mL vitamin solution(물 1L에 Biotin 5mg, Vitamin B12 5mg, p-Aminobanzoic acid 15mg, Folic acid 25mg, Pyridoxine HCl 75mg, Thiamin HCl 25mg, Riboflavin 25mg)을 제조한 후, 사전에 37℃ 혐기성 챔버에서 혐기배양하여 산소를 제거한 후 사용하였다.Next, the intestinal microbial culturing ability of the GM medium was compared with that of the existing medium using human fecal samples. YCFA medium contains (per 1L of distilled water: Casitone 10g, Yeast Extract 2.5g, Glucose 2g, Sodium Bicarbonate 4g, Dipotassium Phosphate 0.45g, Monopotassium Phosphate 0.45g, Sodium Chloride 0.9g, Magnesium Sulfate Heptahydrate 0.01g, Calcium Chloride 0.09g, and Haemin 0.01g, L-cysteine 1g, 1 mL Resazurin (0.1%), 6.2 mL SCFA (a mixture of 17mL acetic acid, 6mL propionic acid, 1mL n-valeric acid, 1mL iso-valeric acid, 5mL butyric acid and 1mL iso-butyric acid), 2mL vitamin solution (water) Biotin 5mg, Vitamin B12 5mg, 1L After preparing p-Aminobanzoic acid (15 mg), Folic acid (25 mg), Pyridoxine HCl (75 mg), Thiamin HCl (25 mg), and Riboflavin (25 mg), it was anaerobically cultured in an anaerobic chamber at 37℃ to remove oxygen before use.
도 3은 분변 시료(feces sample)를 GM 배지 및 기존 YCFA 배지로 배양한 후 배양액의 생균수(CFU)를 비교한 결과이다. 건강한 인간 기증자로부터 수집한 신선한 분변 시료는 사전 혐기배양된 YCFA 배지와 GM 배지에 즉시 접종하여 장내 미생물의 생존력을 유지하였다. 37℃ 혐기성 챔버에서 배양한 후 액상 배양액에서의 생균수(CFU)를 측정한 후 분변 시료당 얻어진 장내 미생물 생균수를 CFU/gram로 계산하였다. 기존 YCFA 배지로 배양시 생균수는 0.57 x 107 CFU/gram 으로 분석된 반면 GM 배지를 사용하여 얻어진 장내 미생물 생균수는 1.84 x 107 CFU/gram으로 분석되었다. 이는 GM 배지가 YCFA 배지보다 3.20±0.33배 더 많은 장내 미생물의 생장을 지원함을 의미한다.Figure 3 shows the results of comparing the viable cell counts (CFU) of the cultures after culturing the feces sample in the GM medium and the existing YCFA medium. Fresh feces samples collected from healthy human donors were immediately inoculated into the pre-anaerobic YCFA medium and GM medium to maintain the viability of the intestinal microorganisms. After culturing in an anaerobic chamber at 37℃, the viable cell counts (CFU) in the liquid culture were measured, and the intestinal microbial viable cell count obtained per feces sample was calculated as CFU/gram. The viable cell count when cultured in the existing YCFA medium was analyzed to be 0.57 x 10 7 CFU/gram, whereas the intestinal microbial viable cell count obtained using the GM medium was analyzed to be 1.84 x 10 7 CFU/gram. This means that the GM medium supports the growth of intestinal microorganisms 3.20±0.33 times more than the YCFA medium.
도 3의 결과에 따르면, 본 발명의 GM 배지를 이용하여 배설물 시료를 배양하면, 장 마이크로바이옴을 구성하던 장내 미생물의 배양이 촉진되어, 배양액의 생균수가 YCFA 배지보다 3배 이상 증가하는 효과를 갖는다.According to the results of Fig. 3, when a fecal sample is cultured using the GM medium of the present invention, the culture of intestinal microorganisms that constitute the intestinal microbiome is promoted, resulting in an effect of increasing the number of viable cells in the culture solution by more than three times compared to the YCFA medium.
실시예 4: GM 배지의 장내 미생물 성장 촉진 효능 평가Example 4: Evaluation of the efficacy of GM medium to promote intestinal microorganism growth
실시예 1~3에서 본 발명의 ‘장내 미생물 만능 배양배지’는 장내 미생물의 배양에 매우 효과적임을 확인하였다. 이에 배양이 매우 어려워서 잘 자라지 않아 각 균주별로 권장되는 처방배지(Prescribed media)에서도 최소 72시간 이상 배양이 필요한 저성장(Slow Growth) 장내 미생물을 대상으로, 각 배지에 따른 장내 미생물 성장 촉진 효능을 비교분석하였다. 실시예 3에서 제조된 ‘장내 미생물 만능 배양배지’(GM 배지), YCFA 배지 및 처방배지(Prescribed media)를 한천 배지 형태로 준비한 후 저성장 장내 미생물을 접종하고 혐기성 인큐베이터에서 최대 96시간까지 배양하였다. 표 5는 시험한 저성장 장내 미생물 분류명, 기탁번호 및 처방배지를 나타낸 것이다.In Examples 1 to 3, it was confirmed that the ‘universal intestinal microorganism culture medium’ of the present invention is very effective in culturing intestinal microorganisms. Accordingly, slow growth intestinal microorganisms that are very difficult to culture and do not grow well and require culture for at least 72 hours even in the prescribed media recommended for each strain were subjected to a comparative analysis of the intestinal microorganism growth promotion efficacy according to each medium. The ‘universal intestinal microorganism culture medium’ (GM medium), YCFA medium, and prescribed media manufactured in Example 3 were prepared in the form of agar media, and then slow growth intestinal microorganisms were inoculated and cultured in an anaerobic incubator for up to 96 hours. Table 5 shows the tested slow growth intestinal microorganism taxonomy, deposit number, and prescribed media.
도 4a 및 도 4b는 저성장 장내 미생물 7종을 기존 YCFA 배지, 처방배지 및 ‘장내 미생물 만능 배양배지’(GM 배지)에 각각 접종하여 배양한 후 GM 배지(왼쪽 줄)는 16-24시간 후 이미지이고, 기존 YCFA배지(중앙 줄)와 처방배지(오른쪽 줄)는 72~96시간 이후 얻어낸 이미지이다.Figures 4a and 4b show images of seven low-growth intestinal microorganisms inoculated onto the existing YCFA medium, prescription medium, and ‘intestinal microorganism universal culture medium’ (GM medium), respectively, and the GM medium (left row) was imaged 16-24 hours later, while the existing YCFA medium (middle row) and prescription medium (right row) were imaged 72-96 hours later.
본 발명의 만능 배양배지(GM 배지)에서는 저성장 장내 미생물의 성장이 현저히 촉진되어 16~24시간 후면 뚜렷한 배양 콜로니들을 확인할 수 있었다. 반면, YCFA 배지와 처방배지는 모두 최소한 72시간의 배양 시간을 필요로 했고, 배양 상태도 양호하지 못했다.In the universal culture medium (GM medium) of the present invention, the growth of low-growth intestinal microorganisms was significantly promoted, and distinct culture colonies could be confirmed after 16 to 24 hours. On the other hand, both the YCFA medium and the prescription medium required at least 72 hours of culture time, and the culture conditions were not good.
도 4a 및 도 4b의 결과에 따르면, 본 발명의 GM 배지를 이용하면 저성장(Slow Growth) 장내 미생물의 성장을 현저히 촉진하여 콜로니 형성까지의 배양시간이 72~96시간에서 24시간 이내로 현저히 단축되는 것을 알 수 있었다.According to the results of FIGS. 4a and 4b, it was found that the use of the GM medium of the present invention significantly promoted the growth of slow-growth intestinal microorganisms, significantly shortening the culture time until colony formation from 72 to 96 hours to less than 24 hours.
본 발명의 GM 배지는 다양한 장내 미생물의 성장을 촉진시키는 것 외에도 배양배지에서 거의 안 자라거나(Unculturable) 느리게 성장하는(Slow Growth) 장내 미생물의 성장을 극적으로 활성화하여, 일반적으로 빠르게 성장하는 장내 미생물만큼 빠르게 성장시킬 수 있었다. 즉, 본 발명의 GM 배지는 거의 모든 장내 미생물의 보편적인 성장을 제공할 수 있음을 알 수 있다.In addition to promoting the growth of various intestinal microorganisms, the GM medium of the present invention dramatically activated the growth of intestinal microorganisms that were hardly grown (Unculturable) or grew slowly (Slow Growth) in the culture medium, and were able to grow them as quickly as intestinal microorganisms that generally grow quickly. In other words, it can be seen that the GM medium of the present invention can provide universal growth of almost all intestinal microorganisms.
실시예 5: GM 배지를 이용한 장내 미생물 라이브러리 구축 Example 5: Construction of a gut microbiota library using GM medium
실시예 1~4에서 기술한 대로 본 발명의 기본배지에 작물 첨가제 및 혈액 첨가제를 추가하여 제조된 GM 배지는, 기존 배지에 비해, 장내 미생물의 성장을 획기적으로 촉진함을 확인하였다. 이는 장 마이크로바이옴으로부터 분리 가능한 장내 미생물의 수가 현저히 증가하게 됨을 의미한다.It was confirmed that the GM medium prepared by adding crop additives and blood additives to the basic medium of the present invention as described in Examples 1 to 4 significantly promotes the growth of intestinal microorganisms compared to the existing medium. This means that the number of intestinal microorganisms that can be separated from the intestinal microbiome is significantly increased.
이에 본 발명자들은 본 발명의 GM 배지를 이용하여 장내 미생물 라이브러리를 구축하였다. 이를 위해 건강한 인간 기증자들로부터 수집한 96개의 신선한 분변 시료를 사전 혐기배양된 GM 액상배지를 이용하여 연속 희석한 후, 사전 배양된 GM 한천 배지에 도말하고 37℃ 혐기성 챔버에서 배양하였다. 배양 1일 후 추가 분석을 위해 미생물 콜로니를 선택하였다. 장내 미생물의 게놈 DNA 분리는 제조사의 프로토콜에 따라 DNAzol(Invitrogen)와 초음파 처리로 균질화한 후 에탄올로 DNA를 침전시켜 얻어낸 후 16S rRNA 서열 분석하였다. 장내 미생물의 genomic DNA로부터 full-length 16rRNA 유전자를 범용 프라이머(서열번호1: 27F 5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3' forward primer 및 서열번호 2: 1492R 5'-GGTTACCTTGTTACGACTT-3' reverse primer)를 사용하여 PCR로 증폭하였다. PCR 조건은 95 ℃에서 2분간 변성(denaturation) 처리 후 95℃ 30초, 52℃ 45초, 72℃에서 2분간을 34 cycle 후, 72℃에서 5분간 확장(extension)하였다. 젤 조각에서 분리정제된 16S rRNA 유전자는 Sanger 방법을 사용하여 시퀀싱하고, 생성된 컨티그(contig)는 DNAbaser 4.36 분석기를 사용하여 분석하여 전체 길이의 16S rRNA 유전자의 DNA 서열을 생성하였다. 그런 다음 전체 길이 16S rRNA 유전자의 DNA 서열을 NCBI BLAST에서 서열 상동성에 기반한 분류학적 분석을 수행하였고, ClustalW와 MEGAX 45 프로그램을 사용하여 maximum likelihood phylogenetic tree를 구성함으로써, 미생물 균주 간의 분류학적 관계를 확립하였다. Herein, the inventors of the present invention constructed an intestinal microbial library using the GM medium of the present invention. To this end, 96 fresh fecal samples collected from healthy human donors were serially diluted using a pre-cultured GM liquid medium, spread on a pre-cultured GM agar medium, and cultured in an anaerobic chamber at 37°C. Microbial colonies were selected for further analysis after 1 day of culture. The genomic DNA of the intestinal microorganisms was isolated by homogenizing the samples with DNAzol (Invitrogen) and sonication according to the manufacturer's protocol, precipitating the DNA with ethanol, and then subjecting the samples to 16S rRNA sequence analysis. The full-length 16S rRNA gene was amplified by PCR using universal primers (SEQ ID NO: 1: 27F 5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3' forward primer and SEQ ID NO: 2: 1492R 5'-GGTTACCTTGTTACGACTT-3' reverse primer) from the genomic DNA of the intestinal microorganisms. PCR conditions included denaturation at 95°C for 2 minutes, followed by 34 cycles of 95°C for 30 seconds, 52°C for 45 seconds, and 72°C for 2 minutes, and extension at 72°C for 5 minutes. The 16S rRNA gene purified from the gel slices was sequenced using the Sanger method, and the generated contigs were analyzed using a DNAbaser 4.36 analyzer to generate the DNA sequence of the full-length 16S rRNA gene. Then, the DNA sequence of the full-length 16S rRNA gene was subjected to taxonomic analysis based on sequence homology in NCBI BLAST, and a maximum likelihood phylogenetic tree was constructed using the ClustalW and MEGAX 45 programs to establish the taxonomic relationships among microbial strains.
도 5a~5e는 본 발명의 GM 배지를 이용하여 구축된 장내 미생물 라이브러리의 최대 가능성 계통수(maximum likelihood phylogenetic tree)이다. 이에 따르면, 본 발명에서는 55종의 곰팡이와 1,450종의 박테리아를 포함하여 총 1,505종의 미생물을 분리하였다. 1,450종의 세균 중 392종은 이전에 알려진 종으로 5 문(phyla), 15 군(classes), 29 목(orders), 59 과(families), 115 속으로 분류되었으며, 1,058종은 이전에 알려지지 않은 배양 불가능한 종이었다. 16S rRNA 염기서열 외에 필요한 경우 확인된 미생물 균주 각각에 대해 그람염색 및 생화학적 타이핑을 수행하였다. 16S rRNA 서열과 그람염색 이미지를 포함한 모든 미생물은 공개 배포를 위해 Gut Microbe Bank(https://www.gmbank.org/)에 기탁하였다. 도 5의 결과에 의하면, 본 발명은 1,505종의 미생물로 구성된 인간 장내 미생물 라이브러리를 제공할 수 있다.Figures 5a to 5e are maximum likelihood phylogenetic trees of the intestinal microbial library constructed using the GM medium of the present invention. According to these, a total of 1,505 microorganisms, including 55 fungi and 1,450 bacteria, were isolated in the present invention. Of the 1,450 bacterial species, 392 were previously known species and were classified into 5 phyla, 15 classes, 29 orders, 59 families, and 115 genera, and 1,058 were previously unknown, unculturable species. In addition to the 16S rRNA base sequence, Gram staining and biochemical typing were performed on each identified microbial strain when necessary. All microorganisms, including 16S rRNA sequences and Gram stain images, were deposited in the Gut Microbe Bank (https://www.gmbank.org/) for public distribution. According to the results of FIG. 5, the present invention can provide a human intestinal microorganism library consisting of 1,505 types of microorganisms.
실시예 1~5에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 GM 배지는 기존 배지에 비해 장내 미생물의 성장을 현저히 촉진 시킨다(도 1 내지 3). 즉, 본 발명의 GM 배지는 인간 장 마이크로바이옴(gut microbiome)을 구성하는 거의 모든 장내 미생물의 성장을 범용 지원할 수 있다.As examined in Examples 1 to 5, the GM medium of the present invention significantly promotes the growth of intestinal microorganisms compared to existing media (Figs. 1 to 3). That is, the GM medium of the present invention can universally support the growth of almost all intestinal microorganisms constituting the human gut microbiome.
또한 본 발명의 GM 배지는 느리게 성장하는 장내 미생물의 성장을 크게 촉진시킬 수 있다(도 4). 배양이 힘들어 매우 느리게 성장하는 것으로 알려진 장내 미생물들은 기존의 최적 배지에서 단일 콜로니(single colonies)가 관찰되기까지 일반적으로 3~7일이 걸리지만, 본 발명의 GM 배지에서는 24시간 이내 콜로니가 관찰된다(도 4). 이는 본 발명의 GM 배지가 인간 장 마이크로바이옴을 구성하는 모든 장내 미생물의 배양을 위한 보편적인 배지(universal medium)로 활용 가능하다는 것을 의미한다. In addition, the GM medium of the present invention can greatly promote the growth of slow-growing intestinal microorganisms (Fig. 4). Intestinal microorganisms known to be difficult to culture and grow very slowly generally take 3 to 7 days to observe single colonies in existing optimal media, but colonies are observed within 24 hours in the GM medium of the present invention (Fig. 4). This means that the GM medium of the present invention can be used as a universal medium for the cultivation of all intestinal microorganisms that constitute the human intestinal microbiome.
본 발명은, 또한 최대 규모의 장내 미생물 컬렉션(collection)을 제공한다. 본 발명과 기존 기술의 주요 차이점 중 하나는 본 발명의 컬렉션에는 기존에 배양이 불가능하여 분리되지 않았던 신종(unknown) 장내 미생물이 1,027종이나 새롭게 포함되어 있다는 것이다(도 5).The present invention also provides the largest collection of intestinal microorganisms. One of the major differences between the present invention and the existing technology is that the collection of the present invention newly includes 1,027 new (unknown) intestinal microorganisms that were previously impossible to culture and thus were not isolated (Fig. 5).
본 발명의 GM 배지는 대부분의 장내 미생물을 보편적으로 지원하기 때문에 기존 배지에서는 배양이 불가능하여 확인되지 않았던 대부분의 장내 미생물이 본 발명에서 배양되었다. 본 발명은 GM 배지를 이용하여 96명의 개체로부터 1,505개의 장내 미생물을 수집하였고, GM 배지를 사용하여 인간의 장내 미생물군집(gut microbiome)을 구성하는 수천 종의 장내 미생물을 최대 수집하는 것이 가능하다.Since the GM medium of the present invention universally supports most intestinal microorganisms, most intestinal microorganisms that were not identified because they could not be cultured in existing media were cultured in the present invention. The present invention collected 1,505 intestinal microorganisms from 96 individuals using the GM medium, and it is possible to collect up to several thousand species of intestinal microorganisms that constitute the human gut microbiome using the GM medium.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the specific parts of the present invention have been described in detail above, it will be apparent to those skilled in the art that such specific descriptions are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
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Claims (6)
A 'universal intestinal microorganism culture medium' characterized in that it additionally contains at least one additive selected from the group consisting of crop additives and blood additives to the 'basal media for intestinal microorganism culture' containing essential complex components.
In the first paragraph, the crop additive is a 'universal intestinal microorganism culture medium' characterized in that at least one is selected from the group consisting of oatmeal, brown glutinous rice, spinach, mung bean, adlay, ginger, broccoli, bean sprout, philmuri sprout, cham namul, beetroot, hulled hempseed, orange peel, ginseng, licorice, morus bark, buckwheat, balloon flower, and green onion leaves.
'Intestinal microbial universal culture medium' characterized in that in the first paragraph, the blood additive is whole blood or blood components of a mammal selected from the group consisting of pigs, sheep, cows, and horses.
In claim 1, an 'intestinal microorganism universal culture medium' characterized by comprising 0.1 to 53.5 wt% of 'basal media for intestinal microorganism culture', 0.1 to 20 wt% of crop additive, and 0.1 to 20 wt% of blood additive.
In the first paragraph, the 'basal media for intestinal microorganism culture' is characterized in that the essential complex component included in the 'basal media for intestinal microorganism culture' is at least one extract selected from the group consisting of beef extract and yeast extract.
In claim 5, the 'basal media for intestinal microorganism culture' is characterized in that it further comprises (i) at least one nutritional additive selected from the group consisting of protein additives, carbohydrate additives, and fat additives; (ii) at least one inorganic additive selected from the group consisting of inorganic salt and trace element solutions; and (iii) at least one organic additive selected from the group consisting of urea, hemin, and vitamins.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20230519 |
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PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20230519 Comment text: Patent Application |
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PG1501 | Laying open of application |