프로바이오틱스의 일종인 페디오코커스 펜토사시우스 KI62 균주가 탄수화물 분해를 억제하고 인슐린 분비를 촉진하여 혈당 개선에 도움을 줄 수 있음이 입증됐다.

한국식품연구원은 전략기술연구본부 임상동 박사연구팀은 탄수화물 분해효소 활성을 억제하고, 단쇄지방산을 생산하는 혈당개선 효능이 우수한 유산균을 개발했다고 23일 밝혔다.

단쇄지방산은 탄소수가 6개 이하인 짧은 길이의 지방산으로 아세트산, 부티르산, 프로피온산 등이 있다. 지방세포에서 식욕억제 호르몬인 렙틴을 분비하게 하여 식욕 억제 및 인슐린 민감도를 증가시키며, 소장의 L-세포에 작용하여 인슐린 분비를 촉진하는 GLP-1(글루카곤 유사 펩타이드-1)을 증가시켜 혈당을 조절한다.

서구화된 식생활과 운동부족으로 인해 각종 성인병의 발병률이 높아지고 있는데, 특히 과도한 지방 섭취와 같은 식생활 변화로 인해 당뇨병을 비롯한 비만, 고지혈증과 같은 성인병이 증가하고 있다.

당뇨병은 인슐린의 분비량이 부족하거나 정상적인 기능이 이뤄지지 않아 발생하는 대사질환의 일종으로, 혈중 포도당 농도가 높은 것이 특징이며, 망막, 신장 및 신경 등의 미세혈관 합병증과 중풍, 협심증, 심근경색증 및 말초 혈관 질환 등의 대혈관 합병증을 초래하여 심하면 사망에 이르기도 한다.

또한 당뇨병은 체내에서 인슐린을 거의 생산하지 못하는 제1형 당뇨와 체내 인슐린이 적게 생산되거나 세포들의 인슐린 민감성이 낮은 제2형 당뇨로 분류되는데, 제2형이 90%를 차지하고 있으며, 당뇨병 환자는 전 세계적으로 4억6300만명, 국내는 501만7000명이며, 당뇨병으로 인한 사회경제적 비용은 지난해 기준 세계 7600억 달러, 국내 2조7748억원으로 추정되고 있다.

이러한 가운데 혈당 개선 관련 건강기능식품 중 인슐린 민감성 및 인슐린 분비 조절을 동시에 만족시키는 프로바이오틱스 제품은 현재까지 없는 실정이다.

이러한 가운데 국내 연구진이 탄수화물 분해효소 활성 억제 및 혈당개선 효능이 우수한 유산균을 개발한 것이다.

연구 결과, 식품연구원이 개발한 새로운 유산균인 페디오코커스 펜토사시우스(Pediococcus pentosaceus) KI62는 종래에 발견된 유산균보다 혈당개선 능력이 뛰어난 것으로 나타났다.

또한 임 박사팀은 500여 종의 유산균에서 α-amylase 및 α-glucosidase 활성억제능이 우수할 뿐만 아니라 단쇄지방산 생산 능력이 있는 페디오코커스 펜토사시우스 KI62 균주를 선발해 생후 5주된 실험용 수컷 마우스(db/db, 당뇨병 유도)의 일부 그룹에 8주 동안 KI62 균주를 섭취시킨 후, 비섭취 대조그룹과 비교하여 혈당 개선 효능을 관찰했다.

이 균주는 세포에서 포도당 흡수와 인슐린 분비를 촉진하며, 인슐린 저항성을 개선하는 복합 작용을 통해 혈당을 낮추는 효과가 있음을 확인된 바 있다.

인슐린은 당질, 지질 및 단백질 등 에너지 대사를 총체적으로 조절하는 가장 중요한 생체호르몬이며, 근육에서 포도당 흡수를 촉진하거나 간에서 포도당 생성을 억제함으로써 혈당을 조절하는데, 인슐린이 부족하지 않은 상태에서 이러한 인슐린 작용이 감소된 상태를 인슐린 저항성이라 한다.

관찰 결과, KI62 균주를 섭취한 그룹은 혈청 프락토사민, 혈청 포도당 및 혈청 인슐린 함량이 각각 37.1%, 14.9%, 6.7% 줄어들었고, 혈중 당화혈색소 함량은 22.9% 감소했으며, 혈청 C-peptide 함량은 2.2배 증가가 관찰됐다.

프락토사민은 포도당과 단백질이 결합되어 형성된 화합물로, 2-3 주간의 평균적인 포도당 농도를 반영하는 지표이다.

당화혈색소는 혈액 내에 산소를 운반해 주는 역할을 하는 적혈구 내의 혈색소에 당이 결합된 상태로서, 2~4개월 동안의 평균 혈당 수치를 반영하기 때문에 장기간의 혈당 조절 정도를 파악하는 유용한 혈당 지표이다.

C-peptide는 혈액 상에 돌아다니는 인슐린이 만들어지기 전, 큰 분자 중의 일부를 구성하는 것으로, 인슐린의 A고리와 B고리를 연결하는 31개의 아미노산으로 이루어져 있으며, 항인슐린 항체에 의해 영향을 받지 않기 때문에 췌장 베타세포의 기능을 반영하는 당뇨바이오마커로 사용되고 있다.

더불어 췌장 조직의 무게 증가(8%) 및 췌장 조직 내 베타세포에 존재하는 인슐린의 발현 증가 등 혈당개선 효능과KI62 균주는 식품원료 등재 유무, 식품 섭취 경험조사와 더불어 항생제 내성, 내산성, 담즙내성, 항균력, 장내 정착능, 효소활성 분석을 통해 식품원료로 사용 가능한 안전한 균주임이 확인됐다.

식품연구원 최희돈 전략기술연구본부장은 “당뇨를 포함한 대사성 질환 인구가 급증하고 있는 국내 상황을 고려할 때, 혈당개선 효능이 뛰어난 본 유산균을 이용한 프로바이오틱스 제품의 경우 관련 시장의 성장에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다”고 말했다.

한편 이번 연구 성과는 “‘페디오코커스 펜토사세우스 KI62 및 이의 용도’로 특허 출원됐으며, 운영비 지원사업으로 과기정통부의 지원을 받아 수행됐다.