당알코올은 당류의 aldehyde기나 ketone기가 alcohol기로 환원된 물질로 모든 산소가 hydroxyl기 형태로 존재하는 분자구조를 갖고 있다. 당알코올은 주로 식물계에 존재하며 단당류 알코올로는 4탄당인 에리스리톨(erythritol), 5탄당인 리비톨(ribitol), 자일리톨(xylitol)이 있으며 6탄당인 솔비톨(sorbitol), 만니톨(mannitol), 갈락티톨(galactitol) 등이 있다[1]. 최근 대체 감미료로서 당알코올에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 자일리톨은 이미 항우식효과가 잘 알려져 있지만 독성작용이 있고 자일리톨 내성균주가 발생하여 사용양에 제한이 있어서 자일리톨 단독으로는 효과를 얻기 힘들기 때문에 천연당에 관한 관심이 높아지면서 비우식 감미료인 에리스리톨에 대한 관심이 높아지고 있다[2-4]. 최근 들어 에리스리톨에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데 이것은 미생물 균주에 분자육종기법을 도입하여 발효법에 의한 생산이 매우 높은 성과를 이루고 있기 때문이다[5, 6]. 에리스리톨은 C₄H₁₀O₄의 분자구조를 가지는 4탄당의 당알코올이며 포도당을 원료로 효모에 의해 생산되는 포도당 발효감미료로서 버섯이나 과실류, 포도주, 청주, 간장 등의 발효식품에 함유되어 있는 천연당질이다[6]. 에리스리톨은 체내에서 에너지원으로 사용되지 않고 대부분 배출되므로 낮은 흡수율로 인해 혈당치 및 인슐린 분비에 영향을 미치지 않는 저칼로리 감미제로 알려져 있다. 또한 소장에서 흡수되어 혈중으로 이행되나 대사되지 않고 90% 이상 뇨로 배설되며 나머지는 대장하부 미생물 작용으로 소화되어 유기산으로 생성되나 에너지로 이용할 가능성이 없어 칼로리가 낮아 당뇨병 환자나 비만환자에게 매우 유용하다[7].

에리스리톨은 구강내 미생물의 성장을 억제시키고 Strepto-coccus mutans와 Streptococcus sobrinus의 glucosyl transferase (GTF)에 의한 비수용성 glucan 합성이나 부드러운 치면에 세균이 부착하는 기질로 사용되지 않으며 미생물에 의한 산을 생성하지 않으므로 치아우식을 예방하기 위한 대체 감미제로 사용하기에 매우 좋을 것으로 생각된다[8]. Kawanabe 등[8]은 에리스리톨이 S. mutans와 다른 구강세균에 의한 유산생성과 치면세균막 형성의 기질로서 사용되지 않는다고 하였고 동물실험에서 전분을 섭취한 그룹보다 에리스리톨을 섭취한 그룹에서 총 우식지수가 매우 낮은 것으로 보고하였다. de Cock와 Bechert [7]는 10% 자당 용액을 세척한 후와 에리스리톨 정제(tablet)를 먹은 후에 pH를 비교하였는데 에리스리톨 정제를 먹은 경우 치면세균막 내의 pH는 감소되지 않아 치아우식예방 대체제로서 좋을 것으로 보고하였다.

구강내에 존재하는 세균 중 치아우식증과 밀접한 관련이 있는 것은 Streptococcus mutans 종으로 특히 S. mutans가 대표적이다[9]. Shemesh 등[10]은 다양한 탄수화물 존재하에서 S. mutans의 세포외다당류 합성 유전자인 gtfB, gtfC, gtfD, fructosyl transferase (ftf)의 발현을 실시간 중합효소연쇄반응을 통해 알아본 결과 이들 유전자들이 탄수화물 대사에 중요한 작용을 하였고, Janda와 Kuramitsu [11]는 탄수화물의 종류에 따라 GTF의 활성이 다르게 나타난다고 보고하여 S. mutans의 증식과 독력인자의 형성에 있어서 탄수화물의 종류에 따라 증식 및 독력 정도에 차이가 날 수 있다고 하였다.

최근 치아우식증에 대한 예방 대체제로서 에리스리톨에 대한 연구가 많이 진행되고 있으나, 아직 국내 연구는 미약한 실정이다. 현재 에리스리톨은 세균에 대한 성장력과 산생성 그리고 부착능에 대한 연구[8] 정도가 있고 아직 치아우식증 예방 대체체로서의 개발 가능성을 논리적으로 제시할 수 있는 분자생물학적 기전 연구는 부족한 실정이다. 따라서 에리스리톨에 대한 보다 객관적이고 과학적인 연구 결과를 도출하기 위해 에리스리톨의 S. mutans 세포외다당류 합성 관련 유전자 발현에 미치는 영향을 연구 할 필요가 있다. 이에 S. mutans의 치면세균막 형성과 치아우식증 발생은 여러 종류의 탄수화물이 혼합되어 있는 구강내에서 일어나는 과정이다. 따라서 에리스리톨과 다른 감미제에서 S. mutans의 gtf와 ftf의 발현을 비교 분석한 자료를 확보할 수 있다면 치아우식예방을 위한 제품을 생산하거나 활용시 올바른 정보를 제공하고 개선방안을 마련하기 위한 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 판단되어 시행하였다.

1. 실험균주와 실험용액

S. mutans (ATCC 31989)는 전남대학교 치의학전문대학원 구강미생물학교실에서 보관중인 것을 사용하였으며, 동결건조로 보관중인 것을 brain heart infusion (BHI) agar blood 액체배지에 접종하여 37℃ 배양기에서 2회 계대배양하였다. 실험에 사용된 S. mutans의 접종 농도는 24시간 배양 후 배양액 1%를 사용하였다.

실험용액인 자일리톨(Sigma-Aldrich Ltd.), 에리스리톨(meso-erythritol; Sigma-Aldrich Ltd.), 솔비톨(D-sorbitol; Sigma-Aldrich Ltd.), 자당(sucrose; Sigma-Aldrich Ltd.)은 각각 증류수에 10% 농도로 용해한 후 멸균시켜 사용하였다.

2. gtf와 ftf의 발현분석 비교

1) RNA 추출

세균배양용 액체배지(BHI broth)와 10% 자당, 10% 자일리톨, 10% 에리스리톨, 10% 솔비톨을 각각 1:1의 비율로 혼합한 뒤 S. mutans를 접종한다. 37℃ 배양기내에서 16시간동안 배양한 후 4℃, 6,000 rpm으로 10분간 원심분리하여 상층액은 버리고, PBS을 이용하여 세척한 후 다시 4℃, 6,000 rpm으로 10분간 원심분리한다. 상층액을 버리고 phosphate buffered saline (PBS)를 넣고 4℃에서 10분간 sonicate한다. Trizol Max (Invitrogen life Tech.) 용액을 500 μL 넣은 다음 실온에 5분간 방치하였다. Chloroform 용액 100 μL씩 넣고 vortex 후 실온에 3분간 방치한 다음 4℃, 13,000 rpm으로 15분간 원심분리하였다. 추출된 total RNA를 침전시키기 위하여 상층액을 새로운 tube로 옮기고 isopropyl alcohol을 넣고 실온에 10분간 방치한 후 4℃, 13,000 rpm으로 15분간 원심분리하였다. 다시 상층액을 버린 후 pellet에 75% ethyl alcohol을 넣고 4℃, 13,000 rpm으로 15분간 원심분리하였다. 다시 상층액을 버린 후 5분정도 실온에 두어 건조시킨 다음 0.1% diethyl pyro-carbonate-H₂O 30 μL를 넣은 후 vortex하여 녹인다. 4℃ 냉장에서 1∼2시간동안 보관한 후에 RNA를 사용하였다.

2) RNA 확인

추출하여 보관된 RNA를 vortex한 후 6 μL에 ×10 Tris-borate-EDTA loading buffer를 섞어 1.5% agarose gel에서 전기영동으로 분리하여 ultraviolet (UV) transilluminator로 확인 후 100 bp ladder와 1,000 bp ladder를 비교하여 RNA 크기를 확인하였다. RNA의 순도와 농도는 260 nm의 파장에서 분광광도계를 사용하여 측정하였다.

3) Chromosomal DNA 합성

실시간 중합연쇄반응(real-time reverse transcriptase polymerase chain reaction, RT-PCR) premix에 random primer를 넣고 추출한 RNA에 멸균수를 혼합하여 총 20 μL가 되도록 구성한 후 vortex한다. Mygenie 96 well thermal block (Bioneer Corp.)을 사용하여 RT-PCR을 시행하여 cDNA를 합성하였다. 합성된 cDNA를 각각 3 μL씩을 취하여 1.5% agarose gel에서 전기영동으로 분리하여 UV transilluminator로 확인후 100 bp ladder와 1,000 bp ladder를 비교하여 cDNA를 확인하였다. cDNA의 순도와 농도는 280 nm의 파장에서 분광광도계를 사용하여 측정하였다.

4) Polymerase chain reaction 분석

PCR premix에 추출하여 보관된 cDNA와 10 pmol로 만든 16S primers, GTF primers, FTF primers에 멸균수를 혼합하여 총 20 μL가 되도록 구성한 후 vortex한다. Mygenie 96 well thermal block을 사용하여 PCR을 시행한 후 유전자 발현을 보기 위하여 10 μL을 취하여 1.5% agarose gel에서 전기영동으로 분리한 후 UV transilluminator로 확인 후 100 bp ladder와 비교하여 관찰하였다.

모든 유전자들의 발현은 standard로써 S. mutans의 16S rRNA (16S ribosomal RNA)를 사용해서 normalization하였으며 분석은 각 시료당 적어도 두 개의 독립적인 RNA 샘플을 duplicate로 시행하였다.

5) 실시간 중합연쇄반응(real-time reverse transcriptase polymerase chain reaction) 분석

Shemesh 등[10]의 연구방법에 따라 PCR product size가 200 bp 미만이 되도록 하여 제작하였으며 각 primer sequence는 Table 1과 같다.

Table 1

Nucleotide sequence of real-time reverse transcriptase polymerase chain reaction primers for genes

Gene descriptiona)	Direction	Nucleotide sequence (5'-3')
16s rRNA	Forward	CCTACGGGAGGCAGCAGTAG
	Reverse	CAACAGAGCTTTACGATCCGAAA
SMU.1004 (gtfB)	Forward	AGCAATGCAGCCAATCTACAAAT
	Reverse	ACGAACTTTGCCGTTATTGTCA
SMU.1005 (gtfC)	Forward	GGTTTAACGTCAAAATTAGCTGTATTAGC
	Reverse	CTCAACCAACCACTGTT
SMU.910 (gtfD)	Forward	ACAGCAGACAGCAGCCAAGA
	Reverse	ACTGGGTTTGCTGCGTTTG
SMU.2028 (ftf)	Forward	AAATATCAAGGCGGCTACAACG
	Reverse	CTTCACCAGTCTTAGCATCCTGAA

^a)Open reading frame, based on the genome annotation of Streptococcus mutans provided by The Institute for Genomic Research.

Abbreviations: gtf, glucosyl transferase; ftf, fructosyl transferase.

반응용액은 총 15 μL로 7.5 μL의 1× SYBR Green Master Mixes (Biosystems), 1 μL cDNA, 각 1 μL씩 PCR primers와 멸균수를 넣었다. 반응 조건은 95℃ 15초간 초기 denaturation 후 54℃에서 1분간 annealing과 extension 과정을 거치도록 하고 총 40 cycle을 하도록 구성하였다. DNA증폭은 SYBR green 형광을 이용하여 측정하였으며 SYBR green의 측정값을 critical threshold cycle (C_t)로 정하고, 이 측정값에 해당하는 reference cDNA양인 S. mutans의 16S rRNA와 비교하여 normalization을 수행하고 각각의 유전자들의 발현 정도를 비교하였다. 모든 시료들에서 16S rRNA 유전자의 발현에는 유의한 차이가 없었다. 분석은 적어도 두 개의 독립적인 RNA에 대하여 duplicate로 수행하였으며, transcription level의 fold change는 다음의 방정식에 의해 계산하였다.

3. 통계분석

통계분석은 SPSS 13.0 통계 프로그램(IBM SPSS Corp.)을 이용하여 수행하였다. 탄수화물의 종류에 따른 S. mutans의 gtf와 ftf의 발현을 측정한 fold change값은 평균과 표준편차를 산출하였다. 각 자일리톨, 에리스리톨, 솔비톨, 자당의 군간 성장력, 산생성력, 부착력, gtf와 ftf 발현의 차이는 정규성 검증을 통해 비모수 방법인 Kruskal-Wallis test를 시행하였고, 탄수화물 두 군간의 차이 비교는 Mann -Whitney test를 시행하였다.

1. gtf와 ftf 발현분석 비교

1) 표준균주의 동일성 검증

각 시료의 16S rRNA primer쌍을 이용한 PCR 동정 결과 모든 균주는 하나의 DNA 밴드를 나타내어 순수한 S. mutans임을 확인하였다(Figure 1).

Fig. 1. Electrophoresis of 16S rRNA real-time reverse transcriptase polymerase chain reaction product of the Streptococcus mutans.
Abbreviations: M1, 100 bp molecular weight size marker; 1, 10% xylitol; 2, 10% erythritol; 3, 10% sucrose; 4, 10% sorbitol; 5, control (DW).

2) 탄수화물의 종류에 따른 gtf와 ftf 발현

PCR을 통해 탄수화물의 종류에 따른 gtf의 발현을 분석한 결과 gtfB는 자일리톨과 대조군, 솔비톨에서 발현이 되었고, 자당과 에리스리톨에서는 발현이 되지 않았다. gtfC는 대조군에서 발현이 되었고 자일리톨, 에리스리톨, 솔비톨, 자당에서는 발현이 되지 않았다. gtfD는 모든 군에서 발현이 되었으며 ftf는 에리스리톨과 자당, 솔비톨에서 발현이 되지 않았다(Figure 2).

Fig. 2. The amplified 16S, gtfB, gtfC, gtfD, ftf gene of Streptococcus mutans from different sugars.
Abbreviations: M1, 100 bp molecular weight size marker; 1, 10% xylitol; 2, 10% erythritol; 3, 10% sorbitol; 4, 10% sucrose; 5, control (DW); gtf, glucosyl transferase; ftf, fructosyl transferase.

3) 탄수화물 종류에 따른 S. mutans의 gtf와 ftf 발현 변화

탄수화물의 종류에 따른 유전자 gtf와 차이를 ftf의 발현 차이를 실시간 중합효소연쇄반응을 통해 분석한 결과 gtfB, gtfC, gtfD, ftf 모두 탄수화물의 종류에 따라 발현정도는 유의한 차이를 나타났다(P<0.01). gtfB, gtfC, gtfD의 경우 자당이 가장 높은 발현을 보였고 솔비톨, 대조군, 자일리톨, 에리스리톨의 순으로 나타났다. ftf의 경우 자당이 가장 높은 발현을 보였고 대조군, 솔비톨, 자일리톨, 에리스리톨의 순으로 나타났다(Table 2).

Table 2

Relative quantities of gtf and ftf expression of different sugars by real-time reverse transcriptase polymerase chain reaction

unit: fold change

Genes	Group
	Eryrhritol	Xylitol	Sorbitol	Sucrose	Control (DW)
gtfB**	1.00±0.00a)	3.16±0.98a),b)	7.16±0.28c)	11.83±0.05d)	6.87±1.30b),c)
gtfC**	1.00±0.00a)	4.50±0.63a),b)	7.03±1.37b)	11.82±1.15c)	6.65±0.72b)
gtfD**	1.00±0.00a)	1.79±0.53a)	5.85±0.16b)	10.29±1.01c)	5.83±0.94b)
ftf **	1.00±0.00a)	2.55±0.38a),b)	5.42±0.05b),c)	7.09±1.51c)	5.73±1.39b),c)

**P<0.01, by Kruskal-Wallis test.

^a),b),c),d)The same letter indicates no significant difference by Mann-Whitney test.

Abbreviations: gtf, glucosyl transferase; ftf, fructosyl transferase; DW, distilled water.

치아우식증은 세균이 탄수화물을 대사하여 생산한 산에 의해 치아의 무기질이 탈회되고 유기조직이 분해됨으로써 진행되는데 구강내 세균 중 특히 S. mutans는 주로 인간의 타액과 치아우식증에서 발견되며 치아우식의 활성과 치주질환의 발생 및 진행과정에서 가장 밀접한 관련이 있다[12]. 따라서 치아우식증을 예방하기 위한 관심도가 높아지고 식생활 개선과 함께 자당(설탕) 대체 감미제를 이용한 식품들이 생산되고 있다.

에리스리톨은 4탄당 당알코올 감미료(1,2,3,4-butanetetrol, C₄H₁₀O₄)로서 효모나 곰팡이를 이용한 발효에 의해 생산되며 설탕에 비해 70%∼80%의 단맛이 있고 낮은 용해성과 뛰어난 수분활성 저하능력으로 충치예방의 효과가 있다[7]. 최근 천연당에 대한 관심이 높아지면서 자당을 대체하는 감미료로 널리 사용되고 있으며 특히 비만환자나 당뇨환자들의 식이조절 음식이나 다이어트 식품에 첨가되고 있다. 에리스리톨 함유껌은 우식 유발균인 S. mutans의 성장력을 감소시키고 치면세균막내 pH가 낮아지는 것을 억제하는 효과가 뛰어나 치아우식증의 발생률을 감소시킨다는 여러 연구결과가 보고되고 있으나[10] 에리스리톨이 우식유발 세균에 직접적으로 작용해서 우식 예방효과에 대한 기전은 명확하게 밝혀지지 않았고 국내에서 연구가 미약한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 에리스리톨과 다른 감미제에서 S. mutans의 GTF와 FTF의 유전자 발현을 분석하여 에리스리톨의 치아우식증 을 예방하는 중요한 기전을 규명하고자 하였다.

S. mutans의 독력기전은 치아에 부착하여 군락을 이루고, 치면세균막에서 생존하며 산을 생성하여 치질을 파괴하는 것이라고 할 수 있는데 알려진 독력인자로는 산생성능, 부착능, 세포외다당류 합성, 내산성, mutacin 생성 등의 다양한 인자들이 있다[13].

자일리톨이 S. mutans의 증식을 억제시키는 것은 무익회로(futile cycle)에 의해 발생되는데 phosphoenolpyruvate (PEP)-fructose-phosphotransferase system (PTS)을 통하여 세포내로 운반되어 대사되지 않는 xylitol-5-phosphate (X5P)의 형태로 축적되어 당대사와 관련된 효소의 활성을 저하시키고 세포밖으로 배출되며 세포내로 운반되는 과정을 반복하면서 에너지를 소모하게 된다[14]. 에리스리톨 역시 균주들이 에리스리톨을 균체내로 전이시킬 수는 있지만 대사시킬 수 있는 적절한 에너지가 결핍이 되어 미생물 내에서 에너지원으로 거의 이용되지 않거나 체내에 축적되는 것으로 생각된다.

S. mutans의 세포외다당류(extracellular polysacchrides, ECP)합성은 자당을 포도당과 과당으로 분해하여 GTF에 의해 포도당으로부터 glucan을 형성하고, FTF의 작용에 의해 과당으로부터 fructan을 형성한다[15, 16]. Glucan 합성에 참여하는 GTF 효소에는 GTFB, GTFC, GTFD가 있고 이들 각각의 유전자인 gtfB, gtfC, gtfD에 의해 합성된다. 포도당이 주로 GTFB에 의해 a-1,3 linkage를 가지게 되면 비수용성 glucan인 mutan이 되고, GTFD에 의해 주로 a-1,6 linkage를 가지게 되면 수용성 glucan인 dextran을 형성하게 되며 GTFC의 경우 수용성 glucan과 비수용성 glucan 합성에 모두 관여하게 된다[17]. Glucan은 접착 외에도 세균의 세포 외 에너지 저장소, 세포의 보호기능, 숙주방어 파식세포나 bacteriosin 같은 공격으로부터 세균을 보호하는 기능을 가지게 되며 치면세균막 내 세균의 밀도를 결정하는 세균간기질이 된다. Fructan은 S. mutans가 자당으로부터 유리시키고 남은 과당을 FTF라는 효소에 의해 만든 β-2,6 linkage에 의해 만들어지며 leven이라고 불린다. Fructan은 치면세균막 내에서 낮은 농도로 존재하며 외부물질로부터의 에너지 공급이 중단되었을 때 FruA에 의해 과당으로 단기간 에너지원으로 사용된다.

Aoki 등[18]과 Hanada와 Kuramitzu [19]는 치면 부착력을 알아보는 in vitro 실험결과 GTFD보다 GTFB및 GTFC가 세균의 치면 부착에서 더 중요하다고 하였고 Vacca-Smith와 Bowen [20]은 GTFB는 주로 세균표면과의 결합에 관여하고 GTFC는 수산화인회석 표면과의 결합에 관여한다고 보고하였다. Ooshima 등[21]도 재조합 gtf를 이용하여 S. mutans의 자당의존성 부착에 있어 GTF 의 역할을 연구하였는데 세가지 GTFB, GTFC, GTFD가 적절한 비율로 존재해야 접착성의 비수용성 glucan이 생성된다고 하였다. Fujiwara 등[12]은 mRNA의 정량화를 통한 GTF 발현을 연구하여 성장 후기에 gtfB의 발현이 증가함을 보여주었고, 초기부착은 GTFC와 GTFD의 산물에 의해 이루어지고, 비수용성 glucan은 초기부착을 강화시킨다고 하였다.

본 실험에서 탄수화물의 종류에 따른 유전자 gtf와 ftf의 발현 차이를 실시간 중합효소연쇄반응을 통해 분석한 결과 gtfB, gtfC, gtfD, ftf 모두 탄수화물의 종류에 따라 발현정도는 유의한 차이를 나타났다(P<0.01). gtfB, gtfC, gtfD, ftf의 경우 자당이 가장 높은 발현을 보였고 자일리톨과 에리스리톨은 낮은 발현률을 나타내었다. 따라서 자당에서 gtfB, gtfC, gtfD, ftf의 발현의 증가는 세균의 치면부착 및 치면세균막 형성에 영향을 미쳐 높은 우식성을 가질 수 있을 것으로 보인다. 반대로 자일리톨과 에리스리톨은 gtfB, gtfC, gtfD, ftf의 발현이 낮게 나타나 세포외부에 다당류의 합성을 억제하여 치면세균막 형성을 억제시키고 치면에 세균의 부착률을 감소시킬 수 있을 것으로 생각된다. 이것은 in vitro에서 자일리톨이 gtf를 억제한다는 것을 보고한 Yeom 등[22]의 결과와 일치한다. 또한 Kim 등[23]의 연구에서 자일리톨이 S. mutans의 gtfB 의 발현을 억제시켜 크기 변화 등의 형태적인 변화를 야기하게 되고 수적인 감소를 가져오게 된다는 것과 일치하였다. 또한 솔비톨은 6탄당 당알코올로 항우식 효과가 없다고 알려져 있다. 본 실험결과 솔비톨의 첨가는 S. mutans의 증식 및 gtf, ftf의 발현에 영향을 미치지 못하는 것으로 관찰되었고 이것은 솔비톨이 타액내 S. mutans 수나 치면세균막 내 세균의 다당류 합성을 효과적으로 억제하지 못한다는 이전의 연구들과 유사하였다[4, 24].

본 연구에서는 자당에서 S. mutans의 gtf발현이 모두 증가된 것으로 나타났으나 gtf 발현에 미치는 자당의 효과에 대해서는 논문에 따라 상이하였다. Fujiwara 등[12]은 실시간 RT-PCR을 통해 gtfB의 발현량이 자당에 의해 오히려 감소됨을 보고하였고, Shemesh 등[10]은 같은 방법으로 초기에 자당에 의해 gtfB는 8배, gtfC는 23배 발현량이 증가하였고 후기에는 자당에 의한 영향이 거의 없었다고 보고하였다. Chung 등[25]은 자당의 섭취 빈도가 증가할수록 구강내 연쇄상구균에 의한 유산의 생산을 증가시키고 수용성 글루칸과 비수용성 글루칸의 합성이 증가된다고 하였다. 비수용성 글루칸이 수용성 글루칸보다 S. mutans의 치아부착에 중요하며 비수용성 글루칸중에서 gtfC가 gtfB보다 더 중요하다고 보고되었다[16]. 이렇게 다른 결과를 나타내는 것은 유전자의 발현이 균주의 종류, 성장단계, 성장배지, 탄수화물 의 농도 및 종류, pH, 부착유무 등의 영향을 받는 것을 의미한다. 따라서 S. mutans의 gtf 발현 조절 인자를 설명할 수 있는 많은 연구가 필요할 것이다.

ftf는 세포외부에 저장물질로 작용하는 fructan을 생산하는 효소를 합성하는 유전자로 자일리톨과 에리스리톨에 의한 ftf의 감소는 S. mutans의 자당의존적 세균부착을 감소시킨다는 것을 의미한다. 따라서 gtf와 ftf 발현의 감소는 자일리톨과 에리스리톨이 세포외부에 다당류 합성을 억제하여 치면세균막의 형성을 억제시킨다는 것을 시사한다.

자일리톨은 이미 많은 연구에서 보고된 것과 같이 치아우식을 예방하는 당알코올로서 많은 식품에서 사용되고 있으며 치아우식예방 효과를 나타내고 있다. Hwang과 Lee [26]의 연구에서 자일리톨 함량이 높은 껌을 습관적으로 식후에 씹는 것이 충치균의 모자감염과 치아우식증 예방 및 구강건조증 완화 등에 효과가 있다고 하였다. 하지만 모든 당분이 자일리톨로 대체될 수 있다면 치아우식의 예방에 극적인 효과를 이룰 수 있지만 부분적으로 식품에 대체가 되는 것으로는 예방효과가 부족하고 자일리톨 내성균주가 발생하여 자일리톨 단독으로는 효과를 얻기 힘들기 때문에 치아우식을 예방할 수 있는 많은 대체감미제의 발견과 연구가 필요할 것이다. 본 연구 결과 에리스리톨은 세포외다당류 합성을 억제시켜 치면세균막의 형성과 세균 부착에도 감소효과가 있어 비우식성 감미제로서 S. mutans의 우식유발능의 감소에 대한 기전을 밝히는데 도움이 될 것이라고 생각된다.

본 연구의 제한점은 에리스리톨에 대한 항우식성을 S. mutans만을 가지고 연구를 하였는데 실제 구강내에 존재하는 다양한 균주에 적용하여 항우식 효과를 밝히는 것과 실제 임상에서 치아표면의 치면세균막 형성과 사용기간에 대한 효과를 찾아내고 다양한 탄수화물과 혼합되었을 때 다양한 독력관련 유전자의 발현을 평가하여 비교해 볼 필요가 있을 것으로 사료된다. 본 연구의 결과는 S. sobrinus 등의 다른 Streptococci에서 유사한 gtf, ftf의 발현이 존재하는지, 존재한다면 유사한 기능을 하는가에 대한 참고자료로 할 수 있고 이들의 기능이 모두 유사하다면 위의 결과로부터 Streptococci에 의한 우식기전에 에리스리톨이 효과적으로 항우식 감미제로서 사용될 수 있음을 추정할 수 있다.

따라서 본 연구에서 에리스리톨은 우식예방효과가 있는 설탕 대체 감미제로 우수한 것으로 확인이 되었고 특히 gtfB, gtfC, gtfD, ftf의 발현이 낮게 나타나 세포외부에 다당류의 합성을 억제하여 치면세균막 형성을 억제시키고 치면에 세균의 부착률을 감소시킬 수 있을 것으로 생각된다.

에리스리톨은 4탄당의 당알코올에 해당되며 포도당을 원료로 효모에 의해 생산되는 발효 감미료제로 버섯, 포도주, 과실류, 청주, 간장 등의 발효식품에 함유되어 있는 천연당이다. 에리스리톨과 다른 감미제에서 Streptococcus mutans (S. mutans)의 glucosyl transferase (GTF)와 fructosyl transferase (FTF)의 유전자 발현 양상을 확인하여 치아우식 예방을 위한 제품을 생산하거나 활용 시 올바른 정보와 기초자료를 제공하고자 시행하였다. 연구결과 에리스리톨은 치아우식에 관여하는 S. mutans의 생육을 억제하는 것으로 나타났으며 자당(설탕) 대체 감미제로서 우식예방 효과가 우수한 것으로 확인이 되었다. 특히 세포외다당류 합성에 관련된 gtfB, gtfC, gtfD, ftf의 발현이 낮게 나타나 세포외부에 다당류의 합성을 억제하여 치면세균막 형성과 치면에 세균의 부착률을 감소시킬 수 있을 것으로 생각된다. 따라서 Streptococci에 의한 우식기전에 에리스리톨이 효과적으로 항우식 감미제로서 사용될 수 있다고 생각된다.

This article is a condensed form of the first author’s doctoral thesis. Proofreading performed by Ryu JK.

This paper is based on the support of academic research at Gimcheon University in 2023.

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- Conceptualization: Park YN.

- Data curation: Park YN.

- Formal analysis: Park YN.

- Methodology: Park YN.

- Software: Park YN.

- Validation: Park YN.

- Investigation: Park YN.

- Writing - original draft: Park YN.

- Writing - review & editing: Park YN, Ryu JK.

This article does not require IRB approval because there are no human and animal participants.