양돈에서 IgY의 효용과 PED 및 자돈 설사 방어 작용 원리 <PART 2>

이남형 박사

(주)애드바이오텍 중앙연구소 기술이사

<지난 호에 이어서>

IgY는 이미 난황 내에 존재하는 항체로 1893년 클램페어(Klempere)에 의해 처음으로 발견된 후에 지금은 해외에서도 질병 예방 및 치료에 활용되고 있으며, 특히 돼지의 경우에 PRRS IgY를 양돈 농가에서 성공적으로 실용화시킨 해외 농장이 등장하고 있다.

PRRS IgY를 실제 적용한 예로 멕시코의 플랭코(Franco: Mexico, 2006) 등은 PRRS를 예방하는데 난황으로부터 IgY를 정제한 것을 아래A와 B농장과 같이 근육주사를 실시하였다.

- A농장: 농장에 입식되기 전 15일에 미경산돈에 5㎖씩 근육주사를 하여, 30% 정도 모돈이 감염된 농장에 입식했다.

- B농장: 입식 후 1일에 미경산돈에다 5㎖씩 근육주사했다.

6개월간 3개월마다 ELISA, RT-PCR, 바이러스 분리를 모니터링으로 실시한 결과를 보면, 시험기간 동안 A농장과 B농장 미경산돈 모두에서 혈청 감염이 안 되었다. 그리고 실험 종료 후에 모든 미경산돈이 혈청 감염이 됐으나, PRRS 바이러스는 10%만이 검출되었다. 그러나IgY를 투여하지 않은 감염돈군은 유산, 사산, 발정재귀일수 및 폐사율이 증가하였다.

따라서 PRRS 예방에 항-피알알에스 항체(Anti-PRRS IgY)를 근육주사할 경우 감염돈군에서 바이러스 증식을 감소시켰으며, 비록 번식 지표에는 유의적인 차이가 없었지만, 바이러스 감염에 의한 경제적 손실을 피할 수 있었다.

돼지의 설사 예방 및 치료를 위한 특이면역단백질에 대한 연구 결과를 보면, 일본의 요코하마 등(1992)은 돼지의 독소 원인성 대장균(ETEC) 편모항원 K88, K99 및 987P에 대한 IgY를 생산해서 급여하였을 경우, IgY가 장 상피 세포와 결합을 억제할 수 있었다는 보고를 하였으며, 베트남의 토안 등(Toan, 2014)은 난황항체 IgY 500ppm을 급여한 구와 비급여구를 이유 32일부터 70일까지 설사 발생률을 조사하였는데, IgY 급여구의 설사 발생률이 낮았고, 증체율이 향상되었다고 보고하였다. Li 등(2009)은 항-k88 항체 IgY를 만들어서 코팅하여 경구투여하였을 경우에 설사 치료 효과가 비코팅 대조구의 72시간보다 빠른 24시간 이내에 효과를 나타냈다고 보고하였다(표 2).

<표 2> 자돈에 대장균을 강제 접종 후 코팅 IgY를 급여 시에 설사 예방효과

※ 자료: Li 등, 2009

<표 2>에서 보는 바와 같이 대장균을 접종한 대조구(+)의 경우에는 72시간 이내에 설사를 멈추지 않아서 회복률이 0%였다. 그러나 비코팅 IgY 투여구와 코팅 IgY 투여구에서는 72시간 이내 회복률이 100%였다. 하지만 회복 시간은 비코팅구의 72시간에 비해서 코팅구는 24시간 이내에 빠른 회복이 이뤄졌다. 오레오마이신 투여구의 경우에는 72시간 지나도 50%의 회복률만 보였다.

증체량은 회복률에 정비례하였으며, 코팅구의 일일 증체량은 110.4g, 비코팅구가 78.1g, 오레오마이신구가 54.1g, 대조구(+) 접종구가13.5g이었다. 그리고 대장균을 접종하지 않은 대조구(-)의 증체량은 일일 116.6g이였다.

이 시험 결과에서도 알 수 있듯이 IgY 제품은 코팅 유무에 관계없이 설사 예방 및 치료에 효과적이라는 사실을 보여주고 있고, 코팅한 IgY는 비코팅 IgY 투여구보다 상당히 빠른 시간 내 설사를 잡을 수 있음을 보여주고 있다.

국내에서 유행되는 PED 백신주는 K PED-9, SM98, DR13으로 알려져 있으며, PED 관련 국내 균주 SM98(GU937797)과DR13(JQ023162)은 CV777(AF353511), LZC(EF185992), JS2008-2(KC210146), JS2008(KC109141), Dr.13(JQ023162) 균주와는HOMOLOGY가 100%로 동일하고, 세계적으로 유행하고 있는 IA-Plaque purified(KF804028), MN(KF468752), IA2(KF468753), Indiana(KF452323), IA3(KF452322), OH1414(KJ408801) 균주 간에는 동일성이 49~89%로 아주 낮다.

한국의 PED 종류 중에서 Attenuated DR13, KPED-9, B12357, Parent DR13, SM98의 5종류 PED는 일본에서의 PED 종류 83P-5, 83P-5(24회 계대배양), 83P-5(51회 계대배양), 83P-5(100회 계대배양)와 Homology가 100%로 동일하고, 중국의 PED 종류인 GDCB-9. GDYE10, GDYE9, CH/S의 4종류와도 100% 동일하다.

그러나 한국 PED CNU-091222-01과 CNU-091222-02를 중국 PED와 관계해 보면 Homology가 거의 동일한 것도 있으나, 88% 이하인 경우도 많이 보고되고 있다. 즉, 중국의 PED인 CH/FJND-1/2011, CH/FJND-2/2011, CH/FJND–3/2011과 한국 CNU와는 98%가 동일하다. 중국의 GDSTY, GDSTI, GDYD, GDYG, GDYE, GDST7, GDST8 종류와 한국 CNU와는 97%가 동일하며, DWA1, DBA1, GDYA, GDLC와는 88%의 동일성이 있고, JKAI와는 83%, XG2, XG1, GY1, GY2와는 70%, OYA1, SWK1, SWK6, GOXS7, GOXS8과는70~76%로 매우 낮은 homology를 보였다. 중국의 PED 중에서 한국 종류와 같거나 유사한 것이 약 50%, 한국 PED와 다른 종류도 약50%인 것으로 보고된 바 있다.

이는 PED 종류에 따라서 백신의 효능이나 IgY 효능이 달라질 수 있다는 것을 암시하며, 종류(strain)가 다를 경우에는 교차 반응이 다소 있지만, 효력이 그만큼 낮다는 것을 의미한다. 따라서 왜 국가 간에 PED에 대한 homology가 중요한가 하면, 한국에서 특이난황단백질 IgY를 만들어서 중국이나 일본에 수출 시에 그 나라에 분포되어 있는 PED 종류에 따라서 맞는 것도 있고 안 맞는 것도 있기 때문이다. 효과가 없는 것일 경우에는 PED 종류를 알아볼 필요가 있다.

PED 바이러스에 대한 특이 IgY의 특징은 높은 항원성(병원성)을 가진 항원 결정기에 대한 IgY이다. 국내에서 분리한 PED바이러스에서 가장 강력한 병원성 인자(세포 부착인자)인 스파이크(E2 spike) 단백질을 대장균에서 생산시킬 수 있는 균주를 개발·이용하여 대장균 배양을 통해 생산이 매우 저렴하고 용이하며, 효율적인 항원을 이용하여 얻은 것이 PED 바이러스 특이난황항체인 것이다.

<그림 7>은 PED바이러스의 구조인데, 스파이크 단백질이란 외부에 골프공처럼 나온 부분을 말한다. 이 부분의 스파이크 단백질을 따서 재조합 단백질 항원으로 만들어 활용한다.

<그림 7> PED 바이러스의 구조

동물 바이러스 배양을 위해서는 반드시 동물세포에 감염시켜야 하는데, 세포를 배양하여 바이러스를 감염시켜 항원을 생산할 경우 세포 배양을 위해 많은 비용이 지출되어, 항원 생산 비용이 매우 높아져 이로 인한 항체 가격이 높아지게 된다. 바이러스를 세포에 감염시켜 세포파괴 처리 후 얻어지는 항원을 면역할 경우, 병원성 인자에 특이적인 항체 생산이 어렵다.

즉, 효율적으로 바이러스를 중화(항원-항체반응)시키기가 어렵다. 따라서 높은 병원성 인자인 세포 점착에 관여하는 바이러스의 특정 스파이크(spike) 단백질을 대장균에서 손쉽고, 효율적으로 생산할 수 있도록 하여 매우 저렴하게 항원을 생산할 수 있어 저렴한 가격에 항체공급이 가능하다.

PED 항체가 함유된 애드바이오텍의 제품, 아이지원 파워에 대한 시험이 일본 교토 동물 검사소에서 2014년도에 수행되었다. 실험목적은 포유기에 새끼돼지의 설사가 다발하고 PED가 발생한 3개의 양돈농장에서 난황항체 제제를 투여하여 설사의 완화 효과를 확인하는 데 있었으며, 실험동물은 설사가 다발하는 농장에서 사육되고 있는 임신모돈 12마리와 그 자돈 80마리를 대상으로 시험을 실시하였다.

실험구 설정은 IgY 제품을 사료에 첨가하여 모돈 및 그 자돈에 투여하는 군(1군), 모돈에만 투여하고 그 자돈에는 투여하지 않은 군(2군),모돈에게는 투여하지 않고 그 자돈에만 투여하는 군(3군), 모돈과 자돈 어느 쪽도 투여하지 않는 군(4군)으로 총 4군을 설정하고, 각 군마다 임신모돈 3마리를 선택하며, 각각의 자돈을 각 군에 20마리씩, 총 80마리에게 공급 시험하였다(표 3).

IgY 제품의 투여량은 모돈에게는 4주간 0.1%, 자돈은 포유기 2주간에는 1%를 급여하였다. 그리하여 일본 3개현에서 시험한 결과를 보면<표 4>와 같다는 것을 알 수 있다.

<표 3> 일본 양돈농가 시험 시험설계

<표 4> 일본 농가 사양 시험 결과

※ 자료: 애드바이오텍, 일본 교토 동물검사소(2014)

※ A농장: PED 강한 농장, B농장: PED 종식 임박 농장, C농장: PED 약한 농장

<그림 8>의 모돈 임상 증상 발견일수는 총 84일(각 군별 4주×3개 농장) 중에 모돈 투여군 T01, T02와 비투여군 T03, T04 간에 극명한 임상 증세 차이를 보였다(5일 vs 71일). 이를 통해 IgY 제품(아이지원 파워)이 모돈에 대한 직접적인 유익한 효과가 입증되었다.

<그림 8> 모돈 임상증상 발견일수 합계

<그림 9>는 자돈이 정상 이유율을 조사한 자료이다. 실험에서는 모돈+자돈 동시 급이 시 자돈의 생존율(정상 이유율)에 있어서 최상의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다. 비투여군에 비해 모돈과 포유자돈 동시 급이 실험군(T01)은 약 67%, 포유자돈에만 급이한 실험군(T03)은 약 27% 생존율 증가를 보였다.

<그림 9> IgY 제품 급이 시에 자돈 정상 이유율(평균)

이상에서 보는 바와 같이 IgY 제품은 지금까지 알고 있는 IgY에 대한 일반적 상식보다도 더 효율적으로 전업 양돈장에서 백신대용으로 사용하는 사례를 보여주고 있다. 농장에서 IgY 사용은 항생제와 달라서 내성이 없고 내성균의 발생도 없다는 좋은 점이 있지만, 현장에서 주안점은 IgY 투여량인데, IgY 제품을 모돈에게 임신 말기부터 포유모돈까지 사료에 0.1% 혼합급이하고, 자돈에게는 포유자돈 사료에 1%혼합급이하고, 이유자돈 사료에 0.2% 혼합급이할 것을 권장한다.

결론적으로 IgY 제품의 효과는 일본 농장에서 전업양돈장의 사례를 통해 그 효능이 입증되고 있다. 국내에서의 IgY 제품은 사료비를 고려하여서 일반적으로 낮은 함량을 사용하는 추세이지만, 질병이 발생하고 있는 환경이나 유행하고 있는 시기에 진정으로 이들 질병을 예방 및 치료하기를 원한다면 투여량을 높이는 방향도 실제적인 경제적 이윤 추구를 위해 도움이 될 것이다.

이론적으로는 이 세상 질병을 일으키는 모든 병원균에 대하여 특이면역단백질 제조는 가능하다. 슈퍼박테리아도 조류독감도 특이면역단백질을 이용하여 제어할 수 있는 날도 올 것으로 사료된다.

특이난황항체의 무한한 가능성이 양돈 산업에서도 그 활용의 문이 열려있다. 앞으로 감염될지도 모르는 African swine fever(ASF)에 대한 대책도 어쩌면 특이난황항체 IgY로 해결할 수 있다고 사료된다. 특이항체를 이용한 IgY 제품은 현재 일본, 대만, 중국 등 동남아 시장에 수출하고 있다.