Listeria monocytogenes와 L. ivanovii는 인간과 동물에 대한 식품 유래성 병원성 세균이다. Listeria 속에는 이들 병원균 외에 비병원성세균인 L. innocua, L, welshimeri, L. seeligeri, L.grayi 등 이 포함되어 있기에, 식품검사에서 배양법을 사용하는 종래의 Listeria의 검출방법은 시간과 많은 실험을 필요로 한다. 이런 이유 등으로 Literia의 종동정과 검출을 위한 신속한 검출법으로 Lis-mix multiplex PCR검출법 (Bubert et al., 1999)이 개발되었다. 본 연구에서는 식품검사에 활용하기 위한 실용적인 Lis-mix multiplex PCR 방법을 개발하고, 아울러 새로운 Siw-mixIII PCR 검출법을 개발하였다. 이 방법을 사용하여 식품에서 분리된 총 69개의 Listeria 균주를 성공적으로 종동정할 수 있었으며, Siw-mixIII multiplex PCR방법을 사용하여 L. ivanovii, L.welshimeri, L.seeligeri를 한번의 PCR로 검출 및 종동정을 할 수 있었다.
본 연구는 경남지역의 해수와 해산물에서 Listeria 속을 분리하여 증균배양방법에 따른 균의 분리율, 선택배지에 따른 균의 분리율, 검체에 따른 균종 별 분리율, 생화학 시험과 분리된 L. monocytogenes에 대하여는 혈청형 시험을 실시하였다. 총 100건의 검체에서 증균배양에 따른 Listeria 속의 분리율은 1일 증균배양에서 L. monocytogenes가 4% (4건), L. innocua가 35%(35건), L. ivanovii가 4%(4건), L. welshimeri가 1%(1건)였고, 7일간 증균배양에서는 L. monocytogenes가 1%(7건), L. innocua가 38%(38건), L. ivanovii가 5%(5건), L. welshimeri가 1%(1건)로 동정되어 1일 증균배양 보다 7일간의 증균배양이 Listeria속의 분리에 휠씬 효과적이었다. 이와 함께 Oxford 선택배지나 LPM 선택 배지를 사용하였을 경우 증균배양과 비교하여 검출율이 조금 낮았다. 검체에 따른 Listeria 속의 분리율은 새우와 가재에서 80%(16/20)로 분리율이 가장 높았으며, 바지락에서 50% (10/20), 해수에서 25%(5/20), 홍합에서 20%(4/20)의 순으로 나타났다. 그리고 Listeria 속의 균종 별 분리율은 L. irnnocua가 38%(38건), L. monocytogenes가 7%(7건), L. ivanovii가 5%(5건), L. welshimeri가 1%(1건)순으로 분리되었다. 각 검체에서 Listeria 속의 균종 별 분리율은 새우에서 L. innocua가 65%(13건), L. monocytogenes가 15%(3건), 가재에서 L. innocua가 70%(14건), L. monocytogenes가 10%(2건), 바지락에서 L. innocua가 45%(9건), L. monocytogenes가 5%(1건), 홍합에서 L. innocua가 10%(2건), L. monocytogenes가 5%(1건), L. welshimeri가 5%(1건), 해수에서 L. ivanovii가 25%(5건)분리되었다. L. monocytogenes로 분리 동정된 7주에 대한 혈청형 분류는 type I이 2주, type IV가 5주로 나타났다.
김치로부터 분리한 L. sp. KD 28은 펩타이드성 항균물질인 박테리오신을 생산하였다. 이 박테리오신은 ${\alpha}$-chymotrypsin, proteinase K, lipase, ${\alpha}$-amylase, carboxypeptidase A 효소에 대해서 매우 민감한 반응을 보였다. 낮은 pH 2.0에서 약 염기성의 pH 8.0까지는 항균활성을 온전히 유지하였으나 pH 8.0 이상에서는 항균활성이 감소하기 시작하여 pH 12.0에서는 25%로 감소하였다. L. sp. KD 28는 16S rRNA 분자계통학적 분석을 한 결과 L. lactis와 99% 상동성을 보였다. 또한 김치에서 분리한 L. sp. KD 28이 생산하는 박테리오신은 acetonitrile, isopropanol, methanol, chloroform 및 acetone 등의 유기용매 최종 농도 50%에서 항균활성은 영향을 받지 않았다. 열 안정성의 경우 $80^{\circ}C$까지 한 시간의 열처리에 안정하였으나 $100^{\circ}C$에서는 20분 이상의 열처리에 의해 항균활성이 감소하여 50분간 열처리할 경우 항균활성이 나타나지 않았다. 또한 이 박테리오신은 그람 음성보다는 양성 세균인 M. luteus IAM 1056, L. delbrueckii subsp. lactis KCTC 1058, E. faecium KCTC 3095, B. cereus KCTC 1013, B. subtilis KCTC 1023, S. aureus subsp. aureus KCTC 1916, B. megaterium KCTC 1098, B. sphaericus KCTC 1184 및 L. ivanovii subsp, ivanovii KCTC 3444 등에 대해서 항균활성을 보였다. 박테리오신을 SP-Sepharose 이온교환크로마토그래피로 부분 정제한 후 RP-HPLC 를 통해서 최종적으로 정제하여 tricine-SDS-PAGE를 통해 분자량을 확인한 결과 약 3.4 kDa로 나타났다.
우리나라 고유의 전통발효 식품인 메주로부터 항리스테리아 활성을 나타내는 유산균을 분리한 후 동정한 결과 E. faecium MJ5-14로 명명되었으며, 이들의 박테리오신은 MRS broth 중에 $37^{\circ}C$에서 12-18시간 배양하는 동안 최대의 활성을 나타내었다. L. monocytogenes KCTC 3569와 KCTC 3710 및 L. ivanovii subsp. ivanovii에 대한 박테리오신의 활성은 640 BU/mL이었고, L. innocua ATCC 33090, L. ivanovii ATCC 19119, L. grayi KCTC 3581 및 L. seeliger KCTC 3591에 대한 활성은 1280 BU/mL으로 나타났다. L. monovytogenes KCTC 3569와 E. faecium MJ5-14을 혼합 배양한 경우 L. monocytogenes의 감소 효과는 $25^{\circ}C$이하 보다는 E. faecium MJ5-14의 박테리오신 생산 최적 온도인 $37^{\circ}C$에서 더 높게 나타났으며, E. faecium MJ15-14의 박테리오신 항균 효과는 L. monocytogenes KCTC 3569의 초기 균수와 첨가한 박테리오신의 양에 따라 좌우하는 L. monocytogenes의 초기 균수가 적고, 박테리오신의 첨가량이 많을수록 항균효과가 높아짐을 확인하였다. 또한 박테리오신 70 BU/mL 첨가에 의한 항균 효과는 균 증식이 활발한 대수증식기 중반 이후 보다는 유도기 내지는 대수증식기 초반부에 더 크게 나타났다. 한편, 박테리오신 25 BU/mL을 첨가에 의해서 L. monocytogenes KCTC 3569 새포벽의 일부가 얇아지고, 50 BU/mL 이상의 농도에 의해선 세포막이 파괴되면서 세포 내용물의 유출 현상이 관찰되었다.
본 연구는 축산물 유래 L. monocytogenes에 대한 역학적 연구로서 분리균의 hemolysin(LLO) 및 lecithinase(LCP)생산성, Congo red dye(CRA)흡수성 및 hemolysin activity를 조사하는 한편 inlA, inlBV, actA, hlyA, plcA 및 plcB의 virulence gene을 PCR법으로 분석하였다. LLO, LCP 및 CRA의 양성률은 L. monocytogenes의 경우 68균주 중 각각 100%, 94.1% 및 77.9%이었고, L. ivanovii와 L. seeligeri를 제외한 다른 Listeria spp.(L. innocua, L. gray, L. murrayi, L. welchimeri)는 음성이었다. LLO와 LCP간에는 통계적인 유의성은 없었으나 CRA는 약간 낮게 나타났으며(p<0.05), serotype 1/2b 및 4b 간에도 유의성이 인정되지 않았다. 면양적혈구에 대한 용혈성(MHU)에서 L. monocytogenes의 경우 2배에서 16배까지 다양한 반응을 보였으나 L. ivanovii와 L. seeligeri를 제외한 다른 Listeria spp.는 음성이었다. hemolysin activity(HU)는 L. monocytogenes의 경우 대부분의 균주가 1.0 HU/mg 이상이었으나 다른 Listeria spp.는 대부분 0.04 HU/mg 이하였다. PCR 증폭하여 virulence gene을 분석한 결과 모든 L. monocytogenes는 각기 예상한 크기의 PCR 증폭산물이 검출되어 hlyA, plcA, plcB, inlA 및 inlB gene을 보유하고 있음이 확인되었으나 다른 Listeria spp.는 어떠한 증폭산물도 보이지 않았다. 또한 actA gene에 대한 증폭산물은 385bp와 268bp 크기의 2종류로 각각 57.4%와 42.6%의 분포를 나타내었다. actA gene의 size 분포에서 국내산 쇠고기, 닭고기, 유가공장에서는 큰 size가 많았는데 반하여 미국산 수입쇠고기에서는 작은 size가 많은 것으로 나타났다.
리스테리아의 p60단백질은 Listeria속 고유의 단백질로써, 주요 세포외 단백질이기에, 식품에서 이 세균의 존재를 밝혀주는 중요한 지시단백질로 사용된다. 본 연구는 재조합 DNA 방법으로 재조합-p60 단백질을 대장균에서 생산하였으며, 아밀로오스 컬럼 크로마토그라피의 방법으로 정제하여, Listeria spp.의 p60에 특이적 항체를 생산하는 단일클론을 선별하였다. 생산된 항p60 항체 1H4는 병원성 Listeria 균주인 L. monocytogenes, L. ivanovii, L. weishi meri II 특이적으로 강한 항체반응을 보였으며, Listeria속의 비병원성균인 L. innocua등과는 상대적으로 매우 약한 항체반응을 보였으며, 타 세균의 단백질과는 거의 반응하지 않았다. 1H4항체는 복수생산법에 의해 대량생산되었으며, 이 항체의 특이성은 면역학적 방법에 의한 리스테리아 검출키트의 개발에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
감마선 조사를 통한 즉석식품 제조용 육가공제품의 미생물학적 및 유전 독성학적 안전성 평가를 실시하였다. 미생물 안전성은 총 4종류의 병원성 미생물(Salmonella typhimurium, Escherichia coli, Staphylococcus aureus 및 Listeria ivanovii)을 이용하여 inoculation test를 실시하였으며 유전 독성학적 평가는 ames test를 통해 조사하였다. 4 종류의 병원성 미생물을 볶은 쇠고기 및 햄에 접종했을 경우 초기 균수는 7 log 정도로 나타났으나 1 kGy로 감마선 조사했을 경우 S. typhimurium은 4 log cycle 정도, E. coli 및 S. aureus는 3 log 및 L. ivanovii는 2 log정도 증식이 억제되었다. 볶은 쇠고기 및 햄에 접종된 4 종류의 병원성 미생물은 3 kGy의 선량으로 감마선 조사했을 경우 검출되지 않았다. 볶은 쇠고기 및 햄에 접종된 4종류의 병원성 미생물의 방사선 조사에 대한 감수성을 측정한 결과 접종된 병원성 미생물의 D/sub 10/ value는 볶은 쇠고기에 접종된 L. ivanovii가 0.48로 가장 감수성이 낮은 것으로 나타났다. 볶은 쇠고기 및 햄을 비조사구와 조사구(10 kGy)로 나누어 S. typhimurium TA98 및 TA100 두 균주를 이용하여 유전 독성학적 안전성을 평가한 결과 대사활성을 시킨 경우와 대사활성을 시키지 않은 경우 모두 추출물의 농도에 따른 복귀돌연변이 집락수의 증가는 확인되지 않아, 즉석 식품제조를 위한 볶은 쇠고기 및 햄의 감마선 조사는 유전독성학적으로 안전한 것으로 나타났다.
Highly lethal Listeria monocytogenes, causing bromatoxism through vegetables, dairy products, meat products and shellfish etc, was examined for possible contamination in market beef. USDA, FDA, Malthus and Modified Cold Enrichment methods were used for the detection of Listeria spp.. Samples of domestic and imported market beef were collected from local meat shopsat Seoul, Korea. Total two hundreds and six of Listeria spp. were isolated and identified from beef. Among 206 isolates, the number of L. welshimeri was one hundred and twenty-one(44.8%). The numbers of isolated L. innocua, L. murrayi, L. monocytogenes, L. grayi, L. seeligeri, and L. ivanovii were 49(18.1%), 14(5.2%), 12(4.4%), 6(2.2%), 2(0.7%), and 2(0.7%), respectively. Detection rates of Listeria spp. varied among four methods. The highest detection rate of Listeria spp. in market beef was found at USDA method and that of L. monocytogenes was found at Malthus method.
Primer 20가지로 Listeria spp.에 대해 screening을 하여 병원균인 L. monocytogenes를 구별하게 하는 RAPD-PCR의 band pattern을 나타내는 10-mer random primer가 OPG-13이 라는 것을 알았다. OPG-13은 GC%가 70%이므로 계산상으로는 annealing 온도가 34$^{\circ}C$이다. 32~36$^{\circ}C$까지 다섯 가지의 온도로 annealing한 결과 L. monocytogenes만이 갖는 특정한 크기의 band가 역시 34$^{\circ}C$에서 형성됨을 알아냈고, 34$^{\circ}C$를 annealing 온도로 정하였다. Line 1부터 4까지 1. monocytogenes ATCC15313, 19111, 19112, 19113은 2개의 700 bp와 1500 bp band를 형성하였고 그 밖의 Listeria spp.들 Line 6부터 11까지 L. ivanovii ATCC 19119, L. grayi ATCC19120, L. murrayi ATCC25401, L. innocua ATCC33090, L. welshimeri ATCC35897, L. seeligeri ATCC35967은 약 2,000 ~ 2,300 bp크기 한 개의 band를 보여 병원성 균과 비병원성 균이 매우 확실하게 구분되는 band pattern이 나타나는 이러한 결과로 10-mer random primer인 OPG-13을 이용한 RAPD-PCR 방법이 병윈균인 L. monocytogenes를 검색하는데 이용될 수 있음을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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