최근의 분자생물학 및 생명공학의 발달에 의해 대량생산이 가능해진 소 성장 호르몬(bovine somatotropin; bST)의 실용화는 우유생산성을 크게 향상시킨 또 다른 기술혁신이며, 축산에 도입된 첫 번째 생명공학기술을 이용한 제품이다.
bST가 젖소의 산유량을 증가시킨다는 사실은 이미 오래 전인 약 50년전에 밝혀 졌지만, bST의 구입을 도살장의 젖서에만 의존하는 것이 bST 실용화의 걸림돌이었다. 그러나, 1980년대 초의 DNH 복제기술(recombinant-DNA technolngy)의 발달은 bST의 대량생산을 가능케 하였고 그후 약 10년간 전세계적으로 30,000마리의 젖소에 이용되어 1,500편 이상의 연구논문이 발표되었고, 이를 토대로 1994년 초에 미국의 FDA(Food and Administration)가 bST의 상품화를 승인하였다. 현재, bST를 미국 몬산토(Monsanto)에서 파실락(Posilac)이라는 상품명으로 판매하고 있으며, 우리나라에서도 럭키 바이오텍(Lucky Biotech)에서 자체 개발하여 부스틴(Boostin)이라는 이름으로 판매하고 있다.
bST가 혈류를 타고 여러 목표조직을 통해 각 세포로 운송되어 bST고유의영양 및 생리화학작 작용을 통하여 비유하는 젖소의 산유량을 증가시키는 것은, 소의 뇌하수체전엽 추출물이 산유량을 현저하게 향상시켰다는 보고이래 많은 연구를 통해 입증된 생리영양 현상이다.
1950년대의 연구에 의하면, Holstein의 뇌하수체로부터 분리해 낸 bST를 매일 50mg 씩 젖소에 투여한 결과 약 40%의 산유량이 증가하였다. 이결과 1970년대 연구 결과(25-30%향상) 에 의해서 재 입증되었다.그리고, 1980년대 초의 DNA복제기술의 발달에 의하여, 뇌하수체라는 bST공급원의 제한적 요소에 의한 bST 연구의 부진을 해결할 수 있었다.
이러한 bST의 대량생산을 이용하여 여러 연구가들은 bST의 생물학적 작용 및 산유량 증가현상을 재검토할 수 있었으며, bST 상품화의 기틀을 마련하게 되었다. 대량생산된 bST를 이용한 최초의 젖소에 대한 시험 1982년에 Bauman 등에 의하여 이루어졌는데, 복제 bST와 뇌하수체 bST가 산유량을 똑같은 수준으로 증가시켰다고 발표하였다. 그 후 많은 연구결과를 종합해 보면, bST를 비유기 젖소에 일일 약 30-40mg을 투여했을 때, 산유량이 10-30% 증가한다는 것을 알 수 있다.
우리나라네서도 bST 투여효과에 대한 여러 연구가 실행되었는데, 서울대학에서 실시된 연구결과에 의하면 bST 투여에 의한 산유량 증가가 외국의 경우와 유사하였다.<표 25>
<표 25> bST가 산유량, 건물섭취량 및 4% FCM에 미치는 영향
| 항목 | 대조구 | DI¹ | SRI² |
| 산유량(Kg/일) | 22.00b | 24.24b | 27.02a |
| 4%FCM(Kg/일) | 18.72b | 24.27a | 25.48a |
| 건물섭취량(Kg/일) | 21.58b | 23.32a | 23.40a |
| 유생산효율(KgFCM/KgDMI) | 0.88b | 1.03a | 1.08a |
| 체중(Kg) | 587.5 | 643.4 | 592.9 |
1 DI : 매일 투여.
2 SRI : 서방형 투여 (somatotropin 500 mg/14 일)
a,b (P<0.05)>
최근에 상품화된 부스틴이자 파실락의 경우를 보면, 분만 후 9주 째부터 약500mg의 bST를 파하로 전 비유기 동안 14일 간격으로 주사하는데, 산유량의 증가정도는 일일 2-6kg으로 증가율은 10-30%이다. bST의 투여에 의한 산유량의 증가를 일일 단위로 자세하게 관찰해 보면, 싸이클 반응을 볼 수 있다. bST 투여 직 후, 산우량은 습속하게 증가하여 투여 후 6-7일째 최대 정가치룰 보인 뒤, 차츰 증가율이 감소되다가 13-14일째 극소 증가량을 나타낸다. 이 때(14일째), 두 번째 bST투여를 실시하여 다음 차레의 산유량 증가를 나타내는 bST투여 후 14일째에도 대조구에 비해서는 산유량이 현저하게 높다는 것이다.
산유량을 증가시키는 것 외에도. bST눈 우유의 성분에 아무런 영향을 미치지 않았고, 더욱이 bST가 투여된 젖소의 우유가 인간의 건강에 해를 주지도 않았다. 또한 표 22에서 보는 바와 같이 bST의 투여에 의하여 산유량과 함께 건물섭취량도 증가하는데 이는 산우량 증가에 따른 영양소의 공급을 보충할 수 있기 때문에 매우 바람직한 현상이다.
bST는 소 뇌하수체 전엽에서 샌산분비되는 단백질 호르몬으로서, 190개 또눈 191개의 아미노산으로 구성되어 있다. 생리영양학적으로 보면, bST는 직접적으로는 뼈의 성장, 세포분열, 단백질합성 등과 같은 합성작용을 도모하고, 간접적으로는 지방분해 및 포도당의 세포 내 진입을 차단시키는 분해작용을 동시에하는 이중성을 가진 특이한 대사호르몬이다. 그러나, 비유중의 젖소의 경우에는해작용을 동시에 해야만 하기 때문에, 비유라는 특별한 생리적영양학적 단계에서 필요한 역할을 할 수 있도록 진회된 대사활성물질이 bST라고 할 수 있다.
한편, bST가 작용하는 조직 및 기관이 유난히 많다는 것이 또 다른 면에서 bST가 다른 호르몬과 특이한 점이다.(그림3) 그러므로 비유라는생리학적현상이 많은 조직 및 기곽과 밀접한 관계를 유지한다는 사실은, bST가 진정으로 비유단계에서 젖소의 생리영양을 조관한다고 볼 수 있다.
구체적인 bST의 작용기작은 다음과 같다. 그림3에 나타나 있는 바와 같이, 비유에 의한 영양 및 생리의 변화가 시상하부를 통하여 뇌하수체로 하여금 bST의 생산분비를 촉진시키고, 분비된 bST는 다음과 같은 생리영양작용을 통하여 비유를 촉진시킨다.
첫째로, bST의 직접적인 작용인 분해작용을 살펴보면, 지방조직의 지방세포에는 bST가 직접 작용해서 세포내에 존재하는 지방(lipid)을 분해하여 지방산(NEFA;non-esterified fatty acids)의 형태로 혈중으로 방출시킨다. 혈중으로 방출된 NEFA는 비유 중인 유선에 전달되어 유지방을 합성하기도 하고 유선의에너지원으로도 쓰인다.물론 bST가 지방세포레 작용하여 지방을 형성하는 작용을 억제하는 길항작용이 bST에 의하여 이루어 진다.
둘째로, 간접적인 작용인 bST의 합성작용은 다음과 같다. bST의 직접적인 작용은 분해작용이기 때문에, 유성분을 생합성하는 유선의 유분비세포에 직접작용은 불가능한 일이다. 그러므로 bST가 유분비세포에서는 유성분 합성을 도모할 수 있게 하기 위하여,합성작용을 하는 IGF(insulin-like growth factor)-1을 bST의 작용을 받아 간(liver)에서 생성분비토록 하여 bSTDMOL 작용을 대행하는 전달자 호르몬으로 이용한다.
셋째로, 상기에 언급된 bST 작용기작만이 젖소의 산유량을 증가시키는데 중요한 것이 아니다. bST의 투여가 우선에 공급되는 혈류의 속도를 빠르게 함으로서, 더욱 많은 양의 에너지 및 영양소를 유성분 생성에 곰급할 수 있다고 하였다. 또한, bST의 투여는 젖소의 심장으로부터 분출되는 피의 양을 많게하기 때문에 모세 혈류의 속도가 증가한다.
이상에서 본 바와 같이 bST는 여러조직과 기관에 작용해서 젖소로 하여금 최대의 산유량을 나타내도록 체내 영양소를 동원하고 보다 많은 영양소가 유먼에 공급되도록 하는 역할을 한다. 이렇게 유생산에 필수적인 bST를 젖소에게 투여할 경우 젖소의 혈중 bST농도가 증가하여 유선으로 하여금 상기의 작영기작을 통해 유성분의 생산을 높여 산유량이 증가하게 되는 것이다.
그림 3. bST 작용기작
현재 국내외에서 상품화되어 시판되고 있는 bST는 한번의 주사로 14일간의 지속효과를 갖는 체내에서 장가적으로 방출되는 형태로 되어있다.
일반적으로 미근부나 견부에 피하주사로 bST를 주입한다. 1회 용량은 bST 500mg인데, 이를 일일 단위로 환산하면 젖소 한 마리당 일일 36mg의 bST를 투여하는 것과 같다.
1회분 주사량인 bST 500mg은 1.4ml부피의 액체상태로 16 게이지 크기의 바늘이 붙어있는 2ml주사기에 들어 있다. 주사할 때 특별히 필요한 장비는 없으며, 우사내에 젖소룰 고정시키거나 사료를 먹는 도안, 혹은 매어 놓지 않더라도 머리만을 고정시켜 간단하게 주사할 수 있다. bST의 투여는 수의사의 처방이 필요하지 않기 때문에 누구나 손쉽게 이용할 수 있다.
bST는 투여시기에 따라서 투여효과가 달라진다. 그 동안의 연구결과를 종합해 보면, 비유초기에 bST 투여는 효과가 거의 없거나 작기 때문에 효과적이지 않다.
특히 일반적으로, bST의 적정 투여시기를 분만 후 9주째로 하고 있다.
투여기간은 분만후 9주째부터 건유기레 들어가기 전까지이다. bST 투여에 대한 최대의 효과를 나타낼 수 있는 젖소를 미리 선정하는 것이 바람직한 일이긴하지만, bST를 투여해 보지 않고는 투여효과를 알 수 없기 때문에, bST 투여해 잘 반응하는 젖소에게 bST 투여를 시작할 수 있다.
bST투여 젖소와 고능력우 사이에는 여러 가지 생리적인 면에서 유사한 점이 많다. 산유량이 많다는 공통점 이외에도 다음과 같은 면에서 매우 비슷하다.<표26>
<표 26> bST 투여 젖소와 고능력우의 비교
| 항목 | 고능력우 | bST투여 젖소 |
| 사료섭취량 | 증가 | 증가 |
| 영양소 소화율 | 유의적 차이없음 | 유의적 차이없음 |
| 체지방 소모 | 비유초기에 증가 | 투여초기에 증가 |
| 유지요구량 | 차이없음 | 차이없음 |
| 유선의 변화 | 유분비세포 증가 | 유분비세포 증가 |
<표 26>에서 보는 바와같이, bST 투여 젖소는 생리적으로 고능력우와 비슷하기 때문에 영양소요구량에 있어서도 고능력우와 같은 수준으로 증가한다. 따라서 산유량과 체중을 고려하여 고능력우에게 급여하는 사료를 bST 투여 젖소에게도 똑같이 적용하여 급여하여야 한다.
고능력우에 있어서 사료의 영양수준을 증가시키는 것이 젖소가 보유하는 고능력을 발휘하는데 필요한 갓처럼 사료의 영양수준을 높이는 것은 bST를 투여한 젖소에게 매우 중요하다. 표 27에서 보는바와 같이, 사료의 영양수준에 의하여 bST의 산유량에 대한 효과가 현저하게 달라짐을 알 수 있다.
bST를 투여한 젖소는 산유량의 증가와 함께 영양소요구량이 증가하므로, 사료 중의 영양소 수준을 높여야 한다. 그러나 중요한 사실은 bST를 투여한 젖소에 대하 특별한 영양수준의 사료 급여기준의 사양을하기 위하여, 많은 연구가들이 사료중 농후 사료의 비율을 높이고, 고에너지 TMR을 급여하였으며, 사료중 에너지 및 단백질함량을 증가 시키는 등의 시험을 시행하였다.
시험결과, 이렇게 높은 영양수준의 사료에 의해 사양된 bST 투여 젖소의 산유량과 고능력우를 위한 NRC 사양표준에 입각하여 사양하는 것이 현재 까지 알려진 최적의 사양법이다.
<표 27>사료의 영양수준이 bST 투여 한 젖소의 산유량증가에 미치는 영향
| 사료의 영양수준 | 산유량 증가(kg/일) |
| 높은 수준 | 8.2 |
| 적당한 수준 | 6.5 |
| 낮은 수준 | 1.1 |
언급하였듯이 bST 투여 젖소의 생리적 특성이 고능력우의 생리적 특성과 비슷하기 때문에 고능력우의 사양관리를 그대로 적용시키면 된다. 실제 연구에 의하면 bST를 투여한 젖소의 영양소요량은 비슷한 정도의 산유량을 나타내는 bST를 투여하지 않은 젖소의 영양소요구량과 같다고 한다. 따라서 bST를 투여하지 않은 젖소의 영우와 같이 bST를 투여한 젖소의 영양소 요구량의 결정도 체중과 산유량에 준하면 된다.
젖소의 체지방 두께는 에너지저장 정도를 나타내는 지표다. 체지방의 축적 상태가 적절하지 못한 젖소는 대사질환과 같은 질병에 잘 걸리고, 번식 능력이 떠러지며 산유량의 감소를 보인다. 미견산우의 경우에는 성성숙이 늦어질 뿐아니라 분만 후 지방간 형성 등의 경향을 보인다. 이러한 과비를 경험한 젖소는 회복 후에도 산유량이 적고, 번식능력이 떨어지며, 각 종 질병에 잘 걸린다.
젖소의 체지방 축적정도는 비유기에 따라서 달라진다. 비유초기에는 갑작스러운 많는 양의 비유에 필요한 에너지요구량을 사료 섭취량만으로 충족시킬 수 없으므로 많은 양의 체 지방을 소모하여 부족한 에너지를 보충한다. 비유가 진행됨에 따라서 많은 양의 체지방을 소모하여 부족한 에너지를 보충한다.비유가 진행 됨에 따라서 점차적으로 좆소의 사료섭취?이 증가한다. 결구, 산유에 필요한 에너지요구량보다 많은 양의 에너지를 사료를 통하여 섭최하는 시기인 비유말기와 건유기에 많으 양의 지방을 체내에 축적하게 된다. 이러한 지방의 축적정도는 수치로 나타낼 수 있는데, 이를 신체충실지수(bdoy condition)라 한다. 신체충실지수는 젖소의 둔부를 덮고 있는 지방층의 두께를 조사하여 0부터 5까지의 숫자로 나타낸다. 이러한 수치체계는 낙농가에게 젖소의 체내에 에너지 저장상태를인식시켜서, 젓소에게 필요한 사료급여 수준을 적절히 조절할 수 있도록 하는 좋은 수단이다.
분만시의젖소의 체조건은 비유초기의 체지방소모와 산유량에 지대한 영향을 미치므로 비유말기와 건유기에 적절한 체조건을 유지하도록 젖소룰 사양하는 것은 중요하다. 특히, 고능력우는 분반시 체조건이 적절할수록 산유량이 증가하므로 이점에 대한 세심한 사양관리가 요구되는 것처럼 bST를 투여한 젖소도 산유량이 많고, 사료섭취량이 많으며. 비유초기에 체지방소모가 많은등, 여러 가지 면에서 고능력우와 비슷하므로 적절한 산체충실지수를 갖도록 사양하는 것이 매우 중요하다. 좀더 자세하게 설명하자면, bST를 투여한 젖소는 산유랸의 증가에 따른 에너지를 충당하기 위하여 건물섭취량을 증가시키는 것이다. 그러나, 건물섭취량의 증가는 bST를 투여한 후 3-5주 째부터 시작되므로 bST 투여 초기의 산유량증가는 체지방의 소모에 의존할 수밖에 없다. bST는 일반적으로 신체충실지수가 2.5 이상인 경우에 투여 할수 있다. 그러나 분만 후에 젖소가 야윈 상태이거나 비유초기에 모무게가 많이 감소된 상태라면 bST를 투여하지 않는 것이 좋다. 그러므로, bST를 투여한 젖소에게도 고 능력우와 같이 비유말기와 건유기에 적당한 체조건의 형성을 위한 사양관리를 하여야 한다.
건물섭취량을 최대화하는 것은 bST 투여 젖소에 대한 사양관리 중에서 가장 중요한 부분이다. 그러므로, 젖소가 충분한 양의 사료를 항상 섭취할 수 있도록 다음과 같은 사항에 유의하여 좋은 사육환경을 유지하여야 한다.
결론적으로 bST투여 젖소에 대한 사양관리 지침을 다음과 같이 정리할 수 있다.
기본적으로 고능력우의 사양기준에 준하여 사양한다.
이상을 종합해 보면 bST는 현저하게 젖소의 산유량을 증가시키는 대사활성 호르몬으로서 전세계적으로 공인되었고, 이미 상품화되어 있다. bST 투여젖소의 사양과리는 고 능력우의 사양관리레 준하면 되는데, 반드시 사료는 산유량과 체조건을 유지할 수 있는 충분한 영양소를 함유하고 있어야 하고 적소로 하여금 최대로 건물섭취를 할 수 있도록 사육환경에 유의하여야 한다. 특히, 비유 말기와 건유기의 사료는 ,다음 비유기에서 bST 투여효과를 극대화시킬 수 있는 적절한 체 조건을 형성할 수 있도록, 충분한 영양소를 함유하여야 한다.