Role of cell wall components of Gram-positive bacteria in bacterial biofilm formation ; 그람 양성균 세포벽 성분이 바이오필름 형성에 미치는 영향

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :치의학대학원 치의과학과,2019. 8. 한승현. ; 1. 목 적 Enterococcus faecalis와 Streptococcus gordonii는 일반적으로 구강, 위장관, 생식기와 같은 인체 내 점막조직에 정상세균총으로 존재하는 통성혐기성 그람 양성균으로 알려져 있지만, 최근 병원 내에서 기회감염을 통하여 난치성 치근단 치주염과 심내막염과 같은 염증질환을 유발하는 대표적인 원인균으로 보고되고 있다. 이들은 구강 내에서 바이오필름을 형성하는 대표적인 균으로 알려져 있으며, 바이오필름 형성 시 항생제와 대식작용에 대해 물리적, 화학적인 방어벽을 가지게 되어 만성적인 염증 질환에 기여하는 것으로 알려져 있다. 하지만 현재까지 이러한 균들이 바이오필름을 형성에 관여하는 핵심 세포벽 인자와, 이를 제어하는 방법에 대한 연구는 미비한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 균의 바이오필름 형성에 관여하는 핵심 세포벽 성분 및 작용기전을 연구하고, 이를 제어할 수 있는 유산균 유래 물질 및 조절 기전을 규명하는 연구를 진행하였다. 2. 방 법 균의 표면에서 세포벽 성분이 바이오필름 형성에 미치는 영향을 확인하기 위해 S. gordonii, Streptococcus mutans, Streptococcus pneumoniae, 그리고 Staphylococcus aureus 정상균주와 지질단백질 결여균주 및 리포테이코익산 결여균주를 사용하였으며 크리스탈 바이올렛 염색법을 이용하여 바이오필름 형성 정도를 확인하였다. 유산균의 세포벽 성분의 바이오필름 형성 억제 능력을 평가하기 위해 E. faecalis를 Lactobacillus plantarum의 정제된 리포테이코익산, 지질단백질, 펩티도글리칸을 처리한 후 형성된 바이오필름을 크리스탈 바이올렛 염색법과 LIVE/DEAD 박테리아 염색법을 통해서 확인하였다. 유산균 리포테이코익산이 박테리아의 성장에 미치는 영향을 확인하기 위해 E. faecalis에 유산균 리포테이코익산을 처리한 뒤 분광광도계를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 또한 실제로 치아에 형성된 바이오필름에 대해서도 유산균 리포테이코익산이 억제능을 보일지 확인하기 위해 사람의 상아질 절편 상에서 형성된 바이오필름은 주사 전자 현미경을 통해서 관찰되었다. 3. 결 과 S. gordonii 지질단백질 결여균주는 정상균주와 리포테이코익산 결여균주에 비해 더 많은 바이오필름을 형성하여, 균의 지질단백질이 바이오필름 형성을 매개한다는 것을 확인하였다. 또한 지질단백질 결여균주가 정상균주보다 더 많은 바이오필름을 형성하는 현상은 Streptococci에서 공통적으로 나타나는 현상이었지만 S. aureus에서는 차이가 나타나지 않았다. 그리고 S. gordonii 지질단백질 결여균주는 더 높은 luxS 발현량과, AI-2 생성을 보였다. 리포테이코익산을 포함한 유산균 배양액은 E. faecalis의 바이오필름 형성을 억제하였다. 각각의 유산균 세포벽 성분을 정제하여 E. faecalis에 처리한 결과 L. plantarum 리포테이코익산이 가장 큰 억제효과를 나타냈다. 이러한 L. plantarum 리포테이코익산 처리에 의해 바이오필름 형성은 초기 단계인 1시간 이후부터 떨어졌으며, 균의 성장속도에는 영향을 미치지 않았다. 또한 L. plantarum 뿐 아니라 다양한 유산균 리포테이코익산이 바이오필름을 억제한다는 것을 확인하였다. 이러한 바이오필름 억제 효과에는 리포테이코익산의 D-alanine 잔기가 필수적이라는 것을 밝혔으며, 리포테이코익산이 사람의 상아질 상에서 형성된 바이오필름과, 환자의 상아질 절편에서 분리한 균에 대해서도 억제효과를 보인다는 것을 보였다. 4. 결 론 이상의 연구결과들로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. S. gordonii의 지질단백질은 쿼럼인식인자인 AI-2의 발현을 억제하여 바이오필름을 조절하고 있으며, 유산균 리포테이코익산은 E. faecalis의 바이오필름의 형성을 효과적으로 억제하고 형성된 바이오필름을 무너뜨린다. 이를 통해 유산균 리포테이코익산은 구강내의 바이오필름 연관 질병을 예방하고 치료하는 항바이오필름 물질로 활용될 수 있음을 보였다. ...