정제 봉독의 급여가 육계의 혈청성상, 항산화능 그리고 간 내 지방산 조성에 미치는 효과

서 론

가금산업에서 항생제와 항균제는 육계와 산란계의 생산 성과 강건성을 향상시키는데 뛰어난 효과를 나타내어 오랫동안 사용되었다. 그러나 항생제 사용에 따른 항생제 잔류 축산물 및 소비자의 무항생제 친환경 축산물 선호 등으로 (Hernandez et al., 2004), 성장촉진용 항생제의 사용이 2011년 7월 전면 금지되었다(Berghman et al., 2005). 따라서 항생제를 대체할 친환경 대체 물질 탐색과 효능 평가에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다(Berghman et al., 2005). 항생제의 작용 기전은 항균작용과 면역기능을 개선시켜 가축의 성장과 건강을 높이는 것으로 알려져 있다(Lillehoj and Lee, 2012). 따라서 항균 및 면역조절 능력을 가진 천연물질을 성장 촉진용 항생제 대체가능한 후보 물질로 활용할 수 있다. 이러한 물질 중 항생제를 대체할 수 있는 유망한 후보물질은 동식물 및 곤충 등에서 유래한 항균성 펩타이드가 있다(Bulet et al., 1999; Lehrer and Ganz, 1999; Wang et al., 2016). 특히 봉독은 항염증(Habermann and Riez, 1965; Vick and Shipman, 1972; Dunn and Killion, 1988; Rudenko and Nipot, 1996; Kwon et al., 2001), 통증 억제(Kwon et al., 2002), 항균작용(Han et al., 2009; Han et al., 2010) 및 면역조절(Hoffman, 1977; Banks and Shipolini, 1986) 등의 다양한 생리적 활성이 있다고 보고되고 있다. 봉독은 오래전부터 다양한 질환에 사용되어 왔으며, 강력한 항균, 항염증 효과를 갖는 순수한 천연 물질이기에 부작용과 잔류에 대한 위험성이 낮다(Han et al., 2009). 봉독에서 유래된 항균 펩타이드인 멜리틴(melittin)은 봉독의 주요 펩타이드 성분이며, 항염증 및 항균 작용을 하는 것으로 보고되었다(Son et al., 2007). 정제 봉독에는 멜리틴 외에 phospholipids의 대사에 중요한 효소인 phospholipase A₂를 포함하고 있으며(Gattaz et al., 1987) 숙주 면역을 증가시키는 것으로 알려져 있다(Palm et al., 2013). 정제 봉독은 멜리틴과 phospholipase A₂의 생물학적 효능으로 인해 병원균을 치료하고, 질병에서 유래된 염증성 질환 치료를 위해 사용되어 왔다(Jo et al, 2012). 또한 멜리틴은 흉선세포 자극을 통해서 실험동물의 생존율을 높이고(Shaposhnikova et al., 1997), 돼지의 호흡기 질환 치료에도 효과적으로 작용하였으며(Choi et al, 2003), 주사나 음수를 통해 어린 자돈과 육계에게 투여 및 급여하였을 때 생산성을 증가시키는 것으로 보고하였다(Han et al., 2009; 2010; Kim et al., 2018). 이러한 봉독의 가축 생산성 증대 효과를 바탕으로 최근 농업과학원에서는 정제 봉독을 활용하여 산업 동물에 이용하고 있으며, 더 나아가 봉독을 보조사료 또는 사료첨가제로 등록하고자 하는 절차를 추진하고 있다. 본 연구에서는 국내에서 사양되는 서양종 꿀벌(Apis mellifera)에서 채취하고, 분리 정제한 봉독이 육계의 지방산 대사, 항산화능 및 혈청 성분에 미치는 영향을 알아보고자 실시하였다. 봉독이 육계의 생산성에 미치는 효과는 이미 보고되었다(Kim et al., 2018).

재료 및 방법

결과 및 고찰

본 연구에 이용한 봉독은 정제과정을 통하여 독성 성분을 제거하고, 건조된 봉독으로 40% 이상의 멜리틴을 포함한 펩타이드 물질과 효소, 생리적 활성 아민 등 다양한 물질들을 포함하고 있다(Kim et al., 2007). 과거에는 살아있는 벌을 이용한 봉침요법으로 직접 피부에 주사하는 방식으로 사용하였는데, 숙련된 기술자가 아니면 시술이 어려운 단점이 있으며, 벌 종류와 일령에 따른 봉독 성분 함량 차이로 일정한 양의 주사가 어려워 그 효능에 차이가 발생하였다. 최근에는 봉독 채집기의 개발과 정제 기술의 발달로 안전한 봉독을 가축의 치료와 사료첨가제로 사용할 수 있게 되었다. 본 연구에서는 독성이 제거된 정제 봉독을 육계 사료에 첨가하여 육계의 지방산과 혈청 성분에 미치는 효과를 조사하였다.

사료에 첨가한 봉독은 육계 혈액 내 total cholesterol, glucose, GOT, GPT, total protein, albumin, globulin, Ca, P, LDL, creatinine, NEFA, LDL 콜레스테롤, HDL 콜레스테롤, BUN 농도에는 아무런 영향을 미치지 않았다(Table 3). 그러나 혈청 내 triglyceride와 NEFA의 농도는 사료 내 봉독의 함량이 증가할수록 21일령 육계에서 혈청 내 농도가 감소(quadratic, P<0.05) 또는 증가하였다(quadratic, P<0.05).

혈청의 생화학 성분은 건강 또는 병리적 대사 상태를 평가하는 지표로써(Lumeij and De Bruijne, 1985), triglyceride는 혈청 내 지질 수준으로 가축 체내에서 이용가능한 지방 함량을 나타내는 지표 성분이다(Chou et al., 2012). 혈청 내 triglyceride는 봉독의 첨가량이 증가할수록 유의하게 감소하였으며, 이는 봉독이 지방의 소화 또는 대사 과정에 영향을 미쳤음을 시사하는 결과로 추측되었다. 혈액 지표 중 하나인 NEFA는 사료섭취량이 줄어들거나 인슐린이 부족한 개체에서 특히 증가하며(Kurima et al., 1994; Proszkowiec-Weglarz, et al., 2017), glycerol에 결합되지 않는 지방산으로 동물 체내에서 발생하는 지방 분해 수준을 나타내는 지표로 활용된다. 본 연구에서는 봉독의 첨가 수준이 증가할수록 21일령 육계에서 혈청 내 NEFA의 농도가 증가하였는데, 이는 봉독이 지방의 lipolysis에 효과적으로 작용하여 혈청 내 triglyceride 감소와 더불어 NEFA 농도는 증가하였다. 따라서 봉독은 가축의 지방 대사에서 합성보다는 산화를 촉진하는데 효과적으로 작용하는 것으로 추측되었다.

혈청 내 GOT 및 GPT 함량은 봉독 처리에 따른 차이가 발견되지 않았다(Table 3). 혈청 내 GOT와 GPT 수준은 간의 기능을 나타내는 지표로서, 외부 스트레스 등 간에 자극이 있는 때 증가하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 봉독에 따른 차이가 발견되지 않았는데, 이는 봉독의 첨가 수준이 육계의 간의 대사생리 작용에 부정적인 영향을 미치지 않았다는 것으로 해석될 수 있어 기능성 첨가제로서 사용될 수 있음을 시사하는 결과라 할 수 있다.

Phospholipase A₂등 봉독 구성 성분이 실험동물에서 지방대사에 영향을 미쳤다는 연구 결과(Fain et al., 1981; Uscian and Stanley-Samuelson, 1993; Labonté et al., 2010)를 바탕으로, 본 연구에서는 조직 내 지방산 조성을 분석하였다. 사료 내 봉독 급여에 따른 육계의 간 내 지방산 조성을 Table 4에 제시하였다. 간 내 지방산 총 함량 중 palmitic acid(16:0), stearic acid(18:0), oleic acid(18:1) 및 linoleic acid(18:2)가 90% 이상을 차지하였다. 사료 내 봉독 첨가 수준이 증가할수록 불포화 지방산인 palmitoleic acid(16:1)의 농도가 감소하였다(quadratic, P<0.05). 하지만, palmitic acid의 함량은 차이가 없었으나, stearic acid(18:0)의 함량은 봉독 첨가 수준이 증가할수록 증가하였다(quadratic, P<0.05). 결과적으로 봉독 첨가 수준이 증가할수록 간 내 총 포화지방산 함량은 증가하고, 단가 불포화 지방산과 다가 불포화 지방산은 유의적으로 감소하였다(quadratic, P<0.05). 이러한 결과는 봉독이 de novo fatty acid synthesis 단계에는 영향을 미치지 못하였으나, elongation 과정은 촉진하고 desaturation 과정은 억제하여 palmitoleic acid의 함량은 낮추었으나 stearic acid의 함량은 높인 것으로 추측되었다. 향후 지방산 합성과 대사에 관여하는 효소 활력을 평가한다면 봉독이 지방 대사에 미치는 효과를 구명할 수 있을 것으로 판단되었다.

봉독이 육계의 항산화능을 높인다는 결과(Han et al., 2010)를 바탕으로 본 연구에서는 다양한 항산화 지표를 조사하였다. 혈액 내 SOD 활성도(Fig. 1)와 TAC(Fig. 2)는 대조구와 봉독 처리 간에 어떠한 유의적인 차이도 발견되지 않았다. 하지만, 간의 MDA 농도는 봉독의 첨가 수준이 증가할수록 낮아졌으나, 고 수준의 봉독에서는 반대로 증가하여 봉독이 MDA에 미치는 효과는 quadratic 반응을 보여주었다(quadratic effect, P=0.054; Fig. 3). MDA는 산화 스트레 스 또는 지방 산화의 지표로 종종 조직 또는 혈청 내에서 함량을 측정하여 평가한다. 위 논문에서는 따라서 사료 내 봉독 첨가는 육계에서 각종 스트레스를 저감할 수 있는 기능성 첨가제로 활용될 수 있는 가능성을 나타냈다. 향후 항산화에 관여하는 효소 또는 비효소적 지표의 분석을 통하여 봉독의 항산화 기전을 밝히는데 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.

Fig. 1. Effect of graded levels of bee venom on antioxidant activity in serum of broiler chickens. Each mean represents 7 replicates with 25 birds/replicate. SOD activity, superoxide dismutase activity.

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Fig. 2. Effect of graded levels of bee venom on total antioxidant capacity in serum of broiler chickens. Each mean represents 7 replicates with 25 birds/replicate. TAC, total antioxidant activity.

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Fig. 3. Effect of graded levels of bee venom on hepatic malondialdehyde contents in broiler chickens. Each mean represents 7 replicates with 25 birds/replicate. TBA value (mg of malonaldehyde [MDA]/kg of sample) = thiobarbituric acid.

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적 요

본 연구는 사료 내 첨가된 봉독이 육계의 혈청 성분, 항산화능 및 간 내 지방산 조성에 미치는 영향을 조사하기 위해 수행하였다. Ross 308 1일령 육용종 수평아리를 공시하여, 5개의 처리에 7 반복으로 반복 당 25수씩, 총 875수를 완전임의배치하여 실험을 진행하였다. 기초사료는 옥수수 및 대두박 위주의 사료를 사용하였으며, 정제 봉독을 기초사료에 10 μ/kg, 50 μ/kg, 100 μ/kg, 500 μ/kg 수준으로 첨가하여 5주간 급여하였다. 실험 21일차에 펜당 1수의 육계를 CO₂가스로 안락사시킨 뒤 혈액 샘플을 채취하여 혈액지표와 항산화능을 측정하였다. 또한, 간 샘플을 채취하여 간 내 malonaldehyde 함량과 지방산 조성을 분석하였다. 사료 내 봉독 첨가는 triglyceride와 NEFA를 제외한 나머지 혈청 성분에는 영향을 미치지 않았다. 봉독 첨가 수준이 증가할수록 간 내 지방산의 불포화 지방산(palmitoleic acid, oleic acid, 그리고 linoleic acid)은 감소하였으나(quadratic, P<0.05), 간 내 stearic acid 함량은 반대로 증가하였다. 마지막으로 간 내 MDA 함량은 봉독 첨가 수준이 증가할수록 감소하였다. 본 연구에서 육계 사료 내 봉독 첨가는 항산화능을 높이고, 지방산 대사에 영향을 미치는 것으로 조사되었다.

(색인어: 육계, 정제 봉독, 항산화능, 지방대사)