Comparison of Specific Proteins of Shiga Toxin-producing E. coli (STEC) Adhesion by Lactobacillus acidophilus Strains Using Two Dimensional Gel Electrophoresis

Probiotics including Lactobacillus acidophilus, refer to a group of nonpathogenic organisms that protect the human host against gastrointestinal(GI) infections by pathogenic bacteria such as Shiga toxin-producing E. coli(STEC). In the study, the inhibitory effects of STEC ATCC 43894 adhesion by L. acidophilus A4 was investigated on the HT-29 epithelial cells. Specific proteins regulated by cell Iysates of L. acidophilus A4 on STEC ATCC 43894 were also characterized by proteomic analysis. Both cell mass and Iysate of L. acidophilus A4 have exhibited the profound inhibitory activity on the HT-29 cells(about 1.5 log scale reduction). Two-dimensional gel electrophoresis(2-DE) revealed seven proteins that were up-regulated by cell Iysates of L. acidophilus A4 and three proteins that were down-regulated. In addition, three protein spots were only detected in the presence of cell Iysates. These results suggest that inhibitory effects of STEC adhesion by L. acidophilus may be due to the regulation of specific protein of STEC.

이차원 전기영동을 이용한 Lactobacillus acidophilus Strains의 Shiga Toxin-producing E. coli (STEC) 부착 억제와 관련된 단백질 발현 변화 분석

최근 들어 병원성 미생물의 저감화를 위하여 기존의 항생제 계열의 항균물질이 아닌 새로운 개념의 신소재 개발이 활발하게 진행 중에 있다. 특히, 이러한 신개념의 병원성 저감화 소재 중 인간의 장내에 존해하는 probiotics 균주의 특성을 이용하여 병원성 미생물을 예방하는 것은 보다 효과적인 방법 중의 하나가 될 수 있을 것으로 판단된다. 본 실험에서는 HT-29 cell을 대상으로 L. acidophilus 균체와 세포 파쇄물을 대상으로 STEC ATCC 43894의 장 상피세포 부착 억제능력을 측정하였다. 10 mg/mL의 세포 파쇄물이 존재하였을 때 $10^9cfu/mL$의 균체가 존재했을 때와 유사한 수준으로 STEC ATCC 43894의 부착 저해 효과가 관찰되었다. 하지만, L. acidophilus A4의 상등액에서는 그 저해 효과가 세포 파쇄물의 $5{\sim}10%$ 정도 수준으로 관찰되어 그 효과는 매우 적은 것으로 판단되었다. 또한, L. acidophilus A4의 세포 파쇄물이 STEC의 부착에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 10mg/mL의 세포 파쇄물이 첨가된 배지에서 STEC의 단백질발현 양상을 확인하였다. 각 gel의 image에서 평균적으로 800개의 spot을 관찰할 수 있었으며 이중 2배 이상의 발현차이를 보이는 13개의 spot을 선발하였다. 7개의 spot은 세포파쇄물이 첨가되었을 때 발현이 증가하였으며 3개의 spot은 발현이 감소하였다. 흥미롭게도 3개의 단백질 spot은 세포파쇄물이 존재할 때만 발현되는 것을 확인하였다. 명확하지는 않지만 이러한 L. acidophilus A4의 세포 파쇄물에 존재하는 물질은 (1)STEC의 부착과 관련된 특정 단백질의 발현을 저해하거나 (2)STEC과 장상 피세포에서의 수용체 경합을 통해 부착을 억제하는 것으로 생각된다. 앞으로 이와 관련된 보다 세부적인 작용 메카니즘 연구 및 생화학적연구가 필요할 것으로 판단된다.