양식에서 유산균? 사실인가 허구인가?

소비자로서 프로바이오틱스/유산균에 대해 익히 들어봤을 것이다. 살아있는 박테리아는 우리가 먹는 모든 음식에 존재한다. 이러한 박테리아의 섭취는 소화를 돕고, 면역력을 증진시키고, 중요한 영양소를 제공하는 등, 우리에게 유익한 역할을 한다 라고 알려져 있다.

어떤 종류의 박테리아는 우리의 장 내벽에 잠재적으로 해로운 박테리아들이 있는 결합부위들에 부착할 때 발생되는 해로운 영향으로부터 우리를 보호해주는데, 이는 널리 주장되는 박테리아의 특성들 중 하나이다. 전문가들의 평가를 통해서 과학적 방법으로 입증된 주장들은 사실상 몇 안된다.

농업분야에서 USFDA에 등록된 유산균은 한 개뿐이다. 이는 닭을 위해 존재하는 것이며, 30여종의 생균들로 구성되어 있다.

양식업분야에서 미국에서 등록된 유산균은 없고, 유럽에는 한 개가 존재한다.

수년 동안, 유산균의 정의는 시대에 따라 진화되었다. 보편적으로 받아들여지는 정의는 없지만, 유엔식량농업기구(FAO)와 세계보건기구(WHO)는 유산균을 “적절한 양으로 투약되었을 때 숙주에게 건강상의 이익을 줄 수 있는 살아있는 미생물”이라 정의하였다. 명시된 이익은 주로 장을 통해 나타나는 것으로 가정되고, 박테리아 종들이 숙주의 장에 서식하면서 나타나는 결과로, 장의 박테리아 구성의 변화를 불러오게 되는 것이 어떤 식에서 숙주의 건강에 이득을 주는 것으로 보인다. 연관된 메커니즘 또한 명확하지 않기 때문에, 비타민과 주요 보조인자들을 포함한 영양소를 생산하고, 장에 서식하고, 질병을 유발할 수 있는 다른 박테리아들이 세포 표면에 결합된 자리에 부착되는 것을 막고, 다른 박테리아를 막을 수 있는 항생물질을 생산하는것과 같은 여러가지 다양한 경로들을 통해 나타날 수 있다.

유산균의 무수히 많은 정의들을 살펴본 결과, 효과적인 유산균은 다음과 같은 특징들을 가져야 한다고 결론내릴 수 있다

– 살아있다
– 장을 통해서 동물에게 영향을 미친다
– 숙주의 건강에 유익한 영향을 미친다
– 양성균이다

많은 회사들이 양식에서 사용 가능한 유산균이라고 주장하는 제품들을 판매하고 있다. 진정한 유산균은 먹이를 통해 전달될 가능성이 높다. 이 경로를 통한다면 박테리아가 장에 안정적으로 서식하지 않고도 동물들에게 잠재적인 영향을 미칠 수 있다. 현재로써 이런 효과를 주는 제품이 유럽에서 승인된 바 있다. 하지만, 현재 양식에서 사용되기 위해 팔리는 대부분의 유산균 함유 제품들은 이런 목적으로 사용되지 않는다.

대부분은 연못물에 첨가된다.

많은 회사들이 연못에 첨가할 목적으로 액체 또는 건조분말형의 다양한 종류의 박테리아 제품을 판매하고 있다. 이런 제품들은, 역할만 제대로 한다면 환경에도 영향을 줄 수 있는 작용 메커니즘을 가지고 있다. 환경의 다방면에 영향을 주기 위한 박테리아의 사용은 다양한 산업들에서 사용되는 널리 확립된 일상적인 관습과도 같다. 가장 주목해야 할 산업은 슬러지 속 유기오염물을 제거하기 위해 박테리아를 일상적으로 사용하는 폐기물처리 산업이다.

양식업자에게 유산균으로 판매되는 대부분의 제품들은 현실에서 효과가 있다면 슬러지를 감소시키고 암모니아 농도도 낮출 수 있다는 것이 나의 견해이다. 그러나 많은  제품들은 위의 유산균의 정의에서 명시된 역할을 하지 않기 때문에, 오해의 소지를 없애기 위해서라도 유산균으로 판매되어서는 안된다고 생각한다.

이 제품들의 구성에 대해 생각해볼 때, 함유된 박테리아의 균종과 양을 고려해야 한다. 양식연못은 박테리아로 밀집되어 있다. 박테리아는 물과 퇴적물에 걸쳐 분산되어 있다. 다수의 연구들이 배양 가능한 균종들은 매우 다양하며, 1밀리리터의 물 또는 1그람의 퇴적물 당 최대 수백만 종까지 존재할 수 있음을 보여주었다. 평균 백만CFU를 가진 1미터 깊이의 1헥타르 연못은 대략 10¹⁶마리의 박테리아를 함유한다(CFU는 1 CFU가 박테리아 한마리 같다는 가정하에, 한천배지에서 번식할 수 있는 박테리아의 숫자를 의미한다). 1그램 당 백만 CFU를 가진 1센티미터 깊이의 퇴적물의 경우에는 10¹⁴마리의 박테리아를 함유한다.

연못에 첨가되는 질 좋은 제품은 평균적으로 대략 1밀리리터 또는 1그램 당 10억 CFU(1킬로그램 당 1조 또는 10¹² CFU)를 함유한다. 이 모든 박테리아가 한 연못에서 번식한다고 가정한다면(기껏해야 의심스러운 가정이지만), 1킬로그램의 제품이 1헥타르의 연못에 첨가될 때 밑의 표에서와 같은 결과가 나타난다.

표1. 10¹²CFU/kg를 가지는 제품이 1kg 첨가될 때의 1밀리리터의 연못물 또는 1그램의 퇴적물 당 이론적인 CFU
(100% 생존가능성이 가정됨)

​CFU/ml       ​CFU/gram
100 ​            2000

위의 결과에서 볼 수 있듯이, 1kg의 제품이 첨가될 때마다 추가되는 박테리아의 숫자는 이미 존재하는 박테리아의 평균 숫자에 훨씬 못 미친다. 10kg이 첨가된다 하여도 결과는 크게 바뀌지 않는다. 100마리의 박테리아(제품에 함유된 박테리아는 전부 생균이라고 가정)가 이미 존재하는 훨씬 많은 숫자의 박테리아와 경쟁할 수 있을 만큼의 큰 숫자로 번식할 가능성은 거의 없다. 절대적으로 숫자적인 측면에서 이 접근방법에는 논리가 부족하다.

물고기와 새우의 장내 세균구성이 그들이 서식하고 있는 환경의 세균구성과 비슷하다는 사실은 다수의 연구들을 통해 널리 알려져 있다. 연못의 세균구성은 이미 비교적 안정적이고 첨가되는 양보다 훨씬 더 큰 규모를 가지기 때문에, 첨가되는 박테리아가 연못의 물고기와 새우에 서식하게 될 것이라고 가정하는 것은 확대해석일 수밖에 없다.

더욱이, 이것이 환경에 그 어떠한 영향을 미치게 될 것이라고 가정하는 것 또한 확대해석일 가능성이 크다.

참고적인 측면에서, 상관관계와 인과관계의 차이점을 이해하는 것은 중요하다. 통계적으로, 관찰된 연관성이 과학적으로 타당하다는 이유를 설명하는 과학적인 기반 없이도, 이 세상의 많은 것들은 서로 연관되었음이 증명될 수 있다. 많은 것들은 서로 연결될 수 있는 가능성이 없이도 서로에게 연관될 수 있다.

이런 종류의 제품들의 효력의 증거라고 내세워지는 대부분의 관측들은 사실상 상관관계를 기반으로 하고, 관찰된 효과를 강화하기 위한 숫자들의 조작에 의존하기도 한다. 어떤 연구들은 더 나아가 일반적으로 용인되는 유의수준 p <.05를 바꾸기도 하였다(p <.05는 두가지 경우가 서로 연관이 있을 확률이 95%이상인 경우이고, p <.10는 확률이 10%이상인 경우이다). 이것을 용인할 수 있는 통계학자들은 몇 안될 것이다. 기억해야할 점은, 상관관계를 기반으로하는 통계학은 타당한 메커니즘 없이는 항상 고도의 의심스러운 시각에 시달릴 수밖에 없다는 것이다. 이는 그들이 무용하다는 것을 의미하는 것이 아니고, 의문이 품어져야 함을 의미한다.

그러므로, 이미 수십 또는 수천배로 많은 박테리아가 존재하는 환경에 1밀리미터 당 몇 백마리의 박테리아를 첨가하는 것과 동물의 건강, 성장, 질병저항성에 주는 영향간에 상관성이 있다는 관찰은 의심스러운 시각으로 바라봐져야 한다. 이 세상에 특효약 같은 것은 없고, 이미 연못에 존재하는 박테리아의 규모를 넘어설 슈퍼 박테리아도 없다. 이런 제품들은 모두 반복적으로 첨가되어야 한다는 사실 또한 이 주장을 더욱 강화시킨다. 게다가, 모든 연못은 고유의 화학적 그리고 생물학적 구성이 있기 때문에, 주어진 제품의 고정된 양을 첨가하는 것 또한 말이 되지 않는다. 비교적으로 작은 숫자의 박테리아가 연못에 첨가될 때, 연못에 벌어지고 있는 일들과는 상관없이 항상 같은 영향을 미칠 것을 기대하는 것은 이미 논리에 맞지 않는다.

숫자에 대한 난제를 떠나서, 첨가되는 박테리아의 종류에 대한 문제도 존재하게 된다. 많은 종류의 박테리아 (그리고 진균)들이 판매되고 있다. 판매 리스트는 이 짧은 글에 담기에 너무 길긴 하지만, 일반적으로 젖산간균, 고초균, 니트로소모나스속균, 니트로박터속균, 시카로마세스속균, 홍색황세균과 같은 광합성세균, 슈도모나스균 등을 포함한다. 이 세균들은 각각의 구체적인 특성들이 있고, 이 특성들 중 다수는 세균들을 건조된 제형에서는 살아남을 수 없게 만든다(꽤 많은 숫자의 특성들은 액체제형에서도 살아남지 못하게 만들기도 한다).

사람들이 떠올리는 유산균은 젖산간균을 의미한다. 몇몇 연구들에서 젖산간균이 새우나 물고기의 직접적인 먹이가 되었을 때, 특히 질병저항성 측면에서, 측정가능하고 재생가능한 영향이 나타났다. 이것들이 유산균의 역할을 한다는 주장(장에 부착하여 안정적으로 서식한다는 주장)은 데이터에 의해 뒷받침되지 않는다. 발표된 증거들은 이들이 면역체계의 비적응 또는 선척적인 성분에 작용하여 방어면역을 자극함으로써 일반적인 면역자극제의 역할을 할 가능성이 높다는 것을 제시한다. 이는 살아있는 세포를 필요로 하지도 않는다. 이것이 먹이로 주어졌을 때만 작용한다는 점을 잊어서는 안된다. 현재로써 이 균종의 박테리아가 상온에서도 오래 살 수 있는 건조된 형태를 갖춘 제품의 판매가 가능하게끔 하는 값비싼 기술은 존재하지 않는다.

젖산간균이 오래가기 위해서는 냉장보관이 필요하다. 이것이 그들을 연못에 건조제품으로 첨가될 수 있는 후보에서 배제시키는 요인이다.

니트로소모나스균과 니트로박터균을 포함하는 질소고정박테리아는 육지와 수생 생태계에 자연적으로 서식하지만 이들은 매우 까다로운 영양요구량을 가지며, 많은 양을 배양하기가 어렵고 많은 비용이 든다. 이들은 수생생태계에서 서로 균형을 유지해야 하고, 과도한 양의 암모니아와 암모니아 분해산물에 의해 억제되기 때문에 암모니아를 분해시키기 위해 이들을 첨가하는 것은 생물학적으로는 말이 되지 않는다. 게다가, 그들이 값비싼 제품으로 제조 될 때는 높은 생산비용이 들기 때문에 주로 낮은 함유량을 가지게 된다. 건조된 형태의 상온보관 또한 문제가 된다. 이전의 숫자 관련된 문제를 염두해 두었을 때, 질소고정박테리아 몇백만 마리를 연못에 첨가하는 것 또한 같은 문제를 발생시킬 것으로 볼 수 있다.

다른 균종들에도 문제들이 존재한다. 어떤 제품들은 혐기성균을 기반으로 한다. 연못은 산화되어 있고, 박테리아는 새로운 환경에 적응하기 위해서는 대사에 변화를 주어야 하기 때문에, 혐기성 환경에 적응된 박테리아를 첨가하는 것은, 그들이 통성혐기성 미생물(호기성 또는 혐기성 환경 둘 중 하나에서 번식할 수 있음을 의미)이라 하더라도, 박테리아의 적응을 요구한다. 이러한 방법은 다량의 박테리아의 희생이 동반되며, 살아남은 박테리아들은 신진대사가 조절된 경우이다. 이미 연못에 존재하는 균종들과 효과적으로 경쟁해 나갈 수 있는 능력에 대한 문제점과 이러한 제품들이 정기적으로 첨가된다는 사실은 다시한번 의문점을 제기하게 된다.

상온보관이 가능한 제품에 최적화된 박테리아는 바로 바실러스균이다. 바실러스균은 생물들의 큰 집합체로, 광범위한 신진대사 활동을 가진다. 그들은 영양소가 부족한 환경에서도(그리고 적당히 습진 환경이 아닌 곳 들에서도)포자를 생성하는 능력을 가지고 있다. 이런 곳에서 탄생된 포자들은 매우 회복력이 강하며, 건조한 환경에서도 오랜 세월(몇 백 년)동안 살아남을 수 있다. 어떤 종들은 대부분의 경우 물고기와 새우의 장에 자연적으로 나타나는 서식동물이다. 하지만 숫자에 관하여서는 이들을 연못에 첨가하는 방법을 사용했을 때 위와 같은 작용을 할 가능성은 없다.

비록 그들이 양식연못에 첨가되는 안정적인 박테리아 제품으로써는 최고의 후보일지는 몰라도, 그들 또한 같은 숫자 문제를 가지고 있다. 그러나 그들이 발아되는  연못바닥에 제품을 첨가한다면 유기물질들이 쌓인 곳에서 훨씬 많은 숫자의 박테리아를 증식 할 수 있다. 시중에서 판매되는 분말 제품에서의 번식은 어려울 수 있다. 이런 제품들은 주로 발아를 위해 물에 담근 다음에 연못에 첨가되는데, 이는 박테리아가 물속을 헤쳐 퇴적물까지 도달하는 것을 필요로 한다.

우리는 약 5년전쯤 이런 문제점들을 발견하였고, 높은 숫자의 바실러스 포자를 담은 PRO4000X(타블렛)을 개발해 박테리아가 작용했으면 하는 곳인 연못바닥에 직접적으로 첨가할 수 있게끔 하였다.

각 PRO4000X(타블렛)에는 대략 520억 CFU를 가지고 있다. 타블렛 크기는 4cm 정도이고, 타블렛이 첨가되고 30분 이내에 연못바닥에서 녹게 된다. 타블렛 속의 포자들이 발아하게 되면 박테리아는 기질에 작용하게 된다. 타블렛에 내제된 박테리아는 연못바닥의 제한된 지역을 형성함으로써 이미 존재하는 박테리아를 능가하게 된다. 타블렛의 박테리아들은 유기물질을 분해하기 위해 특별히 선별되었다.

큰 규모의 시험현장에서 일관된 유기물 분해효과가 관찰되었다. 어부들은 훨씬 더 깨끗해진 연못바닥에 주목했고, 이는 휴지기의 간격을 좁혀주고 생산기간 동안 더 적은 물교환율을 보여주었다.

벨리즈의 한 농장 Royal Mayan은 PRO4000X를 사용한지 3년정도가 되었는데, 일관된 효과를 보고있다고 하였다. 지난 몇 년 동안 몇 번 어떤 이유로 PRO4000X를 사용하지 않은 적이 있었는데, 그때마다 수질이 더욱 악화되고 남조류가 심해져 물교환의 필요성 또한 증가하게 되었다.

PRO4000X를 사용한 양식장에서는 급격하게 줄어든 황화수소 수치로 인해 퇴적물의 색깔도 검정에서 더욱 건강한 갈색으로 변하였다고 했다.

PRO4000X의 효과는 연못 바닥에 축적된 유기물을 분해 제거하고 부화탱크에서 총 비브리오균을 현저하게 줄이게 되는데 이는 PRO4000X 속 박테리아와 수 생태계 내의 비브리오균 간의 영양분에 대한 경쟁의 결과로 보인다.

현재 대만, 인도, 벨리즈, 베네수엘라, 과테말라, 그리고 인도네시아의 고객들이 이 PRO4000X를 사용중이고, 다른 국가들에서도 추가적인 시험이 진행중이다.

PRO4000X에 사용되는 박테리아종은 자사 제품인 분말형인 AquaPro-B 와 AquaPro-EZ로도 판매된다. 이 두 제품은 선별된 바실러스균의 포자와 박테리아의 번식에 필요한 영양소들을 함유한다. AquaPro-B는 사용 전 배양을 필요로 한다. 분말형은 보통 연못이나 탱크에 첨가되기 전에 일정 시간동안 깨끗한 물에 담가두어야한다. AquaPro-EZ는 연못 바닥에 닿자 마자 용해되는 생분해성 봉지를 사용함으로써 미리 적셔져야 하는 필요성을 없게 한다.

이 제품들은 유산균이 아니라 환경을 개선시키는 도구이고, 그런 목적으로 판매된다. 연못바닥으로의 표적 전달의 개념은 과학적으로 입증된 개념이며, 유기물을 분해시키는 능력만으로 선택된 특정 박테리아로 제조된 제품을 탄생시켰다.

바실러스균이 들어 있는 시판 중인 제품들은 숫자와 전달 메커니즘 문제등으로 인해 제한적이지만 비슷한 메커니즘으로 작용한다.