Earticle

Recently, there has been extremely active in the research of stem cell biology. Stem cells have excellent potential for being the ultimate source of transplantable cells for many different tissues. Researchers hope to use stem cells to repair or replace diseased or damaged organs, leading to new treatments for human disorders that are currently incurable, including diabetes, spinal cord injury and brain diseases. There are primary sources of stem cells like embryonic stem cells and adult stem cells. Stem cells from embryos were known to give rise to every type of cell. However, embryonic stem cells still have a lot of disadvantages. First, transplanted cells sometimes grow into tumors. Second, the human embryonic stem cells that are available for research would be rejected by a patient's immune system. Tissue-matched transplants could be made by either creating a bank of stem cells from more human embryos, or by cloning a patient's DNA into existing stem cells to customize them. However, this is laborious and ethically contentious. These problems could be overcome by using adult stem cells, taken from a patient, that are treated to remove problems and then put back. Nevertheless, some researchers do not convince that adult stem cells could, like embryonic ones, make every tissue type. Human stem cell research holds enormous potential for contributing to our understanding of fundamental human biology. In this review, we discuss the recent progress in stem cell research and the future therapeutic applications.

어류에 다량 함유된 EPA와 DHA에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 어유의 이용에 있어 가장 장애가 되는 요소는 비린내 및 산패취이며 이를 제거하기 위한 연구를 필요로 하고 있다. 본 논문에서는 초임계 이산화탄소를 추출용매로 하여 참치 안구유로부터 제거된 휘발성 이취성분을 동정하고 초임계 이산화탄소 추출 전과 후의 이취성분을 비교해 보았다. 또한 추출 조건인 온도와 압력 조건을 달리 함으로 써 휘발성 성분의 제거에 있어서의 최적조건을 찾아보았다. 추출 전 참치 안구유에서 99종의 휘발성 성분을 동정할 수 있었던 반면, 40℃, 200 bar 조건에서의 추출 후의 분석결과에서 는 14개 이취성분을 동정할 수 있었으며, 어유 이취 유발성분인 heptanal과 octanal이 제거되었다. 60℃, 80 - 200 bar 영역에서는 휘발성 성분의 제거율이 높게 나타났다. 초임계 이산화 탄소 추출에 의한 참치유의 휘발성 성분의 제거는 기존의 방법에 비교하여 효율성과 안정성이 우수하여 생물 및 식품산업분야에 다양하게 이용될 것으로 전망된다.

Despite a wide range of fatty acids in fish oil, its the usage are very limited owing to off-flavors and volatile compounds in the oil. A way to extract and remove volatile compounds was performed at a semi-flow extractor by using supercritical carbon dioxide (SC-CO2). Samples of the oil were treated at the conditions which ranged from 30 to 80℃ and from 80 to 200 bar with 10 mL/min flow rate of carbon dioxide. In the oil the volatile compounds were analyzed by gas chromatography. Before extraction with SC-CO2 the oil sample was detected over 129 peaks but 99 compounds were identified. The results demonstrated that at 40℃ and 200 bar extraction condition the volatile compounds in the tuna fish oil were removed, except for 14 compounds identified after extraction and other SC-CO2 extraction conditions reached to high reduction of the volatile compounds.

폐 CO2를 이용하여 제조된 PPC-PVL과 PVL은 부산시 을숙도매립장의 토양에서 분리된 Stenotrophomonas maltophilia에 의해 일부 생분해되었다. 생분해는 FTIR로 확인되었으며, 28일간의 배양에서 PPC-PVL의 중량은 6.6%, PVL은 12% 감소하였다.

Polypropylene carbonate-polyvalerolactone (PPC-PVL) and polyvalerolactone (PVL) produced from exhausted carbon dioxide were degraded by Stenotrophomonas maltophilia separated from soils of waste landfill. The biodegradation was confirmed by FTIR spectrum. PPC-PVL and PVL were degraded 6.6%, 12% respectively, at 28 days of pure Stenotrophomonas maltophilia culture.

흔하게 사용되어온 제초제인 paraquat는 파킨슨병의 원인이 될 수 있는 유력한 위험 요소이다. 헴산화효소-1(HO-1)은 산화적 스트레스와 소포체 스트레스의 marker인데, 여러 가지 자극에 의해 heme을 분해하여 biliverdin, 일산화탄소, 철 성분으로 전환시킨다. 본 연구에서는 뇌의 흑색질 유래의 도파민 세포주 SN4741에서 paraquat가 시간별, 농도별로 HO-1을 활성화시키는 기작을 조사하였다. HO-1이 paraquat에 의해 활성화되는 것은 주로 유전자 전사 수준에서 조절되었다. HO-1 유전자의 promoter와 5' enhancer인 E1, E2를 결실시킨 실험에서, E2 enhancer가 도파민 세포에서 paraquat에 의한 HO-1 유전자 발현을 유도하는 핵심 부위로 판명되었다. E2 enhancer 부위를 돌연변이 시킨 실험 결과는 전사인자 활성 단백질-1 (AP-1) 결합부위를 통해 HO-1 발현이 유도됨을 밝히게 되었다. 또한, 도파민 세포에서 HO-1 유전자 발현의 조절과 신호전달 과정의 관계를 조사하기 위해 MAP kinase들의 특이적 저해제를 처리하고 paraquat로 자극을 준 결과, JNK 저해제인 SP600125가 가장 현저하게 paraquat에 의한 HO-1 발현을 억제하였다. 결론적으로, 도파민 세포에서 paraquat가 HO-1을 유도하는 데는 E2 enhancer가 중요하게 작용하고, AP-1과 JNK 경로를 통해 HO-1 발현이 조절된다는 사실을 처음으로 밝히게 되었다.

Paraquat, a widely used herbicide, has been suggested as a potential risk factor for Parkinson's disease. Heme oxygenase-1(HO-1), a marker for oxidative stress and endoplasmic reticulum (ER) stress, is known to catalyze heme to biliverdin, carbon monoxide and free iron in response to various stimuli. Here we show that paraquat activates HO-1 expression in a timeand dose-dependent manner in substantia nigra (SN) dopaminergic neuronal cells. Activation of HO-1 by paraquat was regulated primarily at the level of gene transcription. Deletion analysis of the promoter and the 5' distal enhancers, E1 and E2, of the HO-1 gene revealed that the E2 enhancer is a potent inducer of the paraquat-dependent HO-1 gene expression in dopamninergic neuronal cells. Mutational analysis of the E2 enhancer further demonstrated that the transcription factor activator protein-1 (AP-1) plays an important role in mediating paraquat-induced HO-1 gene transcription. Moreover, using specific inhibitors of the mitogen-activated protein kinases (MAPKs), we investigated the role of paraquat and MAPKs for HO-1 gene regulation in dopaminergic cells. The c-Jun N-terminal kinase (JNK) inhibitor SP600125 significantly suppressed the expression of HO-1 by paraquat. All these results demonstrate that induction of HO-1 by paraquat requires the activation of the AP-1 and JNK pathway.

유기성 폐기물의 composting에 사용된 토양유래의 복합 발효 미생물 제제로부터 분리, 동정된 다당 생성 균주인 Enterobacter sp.를 이용하여 서로 다른 기질 및 이의 농도에 따른 발효 특성을 조사하였다. 본 균주는 단당 및 단당의 혼합 탄소원인 경우보다는 lactose에서의 균체 생육 및 다당 생산량이 매우 높아 lactose를 효율적으로 이용하는 특징을 보였다. 공급된 lactose는 20% 정도가 galactose로 발효액에 축적되어 서서히 감소하였고, glucose는 소량이 존재하였으나, 곧 고갈되었다. 한편, lactose 농도를 증가시킨 결과, 효소 활성도의 증가 폭은 약 350～450 unit를 나타내었다. 즉, lactose의 분해 효소 활성도는 다당 생성 경향과 잘 일치하여 β-galactosidase에 의해 lactose가 구성당인 glucose와 galactose로 분해되는 과정에서 다당이 생성되는 것으로 추론되었다. 또 lactose 배지에 첨가한 glucose와 galactose는 각각 효소 생성의 repressor와 inducer로써 작용하는 것으로 판단하였다. 한편, 탄소원 농도를 증가한 결과, 비증식속도 (0.133～0.151hr-1)에는 거의 영향을 미치지 않았고, 균체량의 차이를 나타내었으며, 고농도의 탄소원을 사용할 경우는 배지내의 잔존당량이 높아져 수율이 감소하였으므로, 다당 생산의 최적 lactose 농도는 30～70 g/L인 것으로 판단하였다. 반면, 탄소원의 농도를 각각 30 및 70 g/L로 고정시킨 후, 질소원의 농도를 달리하였을 때는 질소원 농도의 증가로 균체량보다는 비증식속도가 0.059～0.225 hr-1 및 0.141～0.237 hr-1로 크게 증가하므로 질소원이 증식 속도의 제한 기질로 작용하는 것으로 판단하였다.

The effects of carbon sources for exopolysaccharide production during batch cultivation of an Enterobacter sp. isolated from the composter were investigated. The highest amount of exopolysaccharide was obtained when lactose was used as carbon source. Lactose in medium was converted into glucose and galactose. Glucose was metabolized fast and was completely consumed, but about 20% of lactose was accumulated as galactose. On the other hand, enzyme activity was about 350～450 unit with the increase of lactose concentration. Thus, it was considered that the exopolysaccharide might be produced in the course of that lactose was hydrolyzed into glucose and galactose by β-galactosidase with respect to that enzyme activity on lactose hydrolysis was accorded to the exopolysaccharide production. When glucose and galactose were added to lactose medium, respectively, it could be considered that glucose was as a repressor and galactose was as a inducer for β -galactosidase synthesis even though the mechanisms were not elucidated. The increase of lactose concentration was almost ineffective to the specific growth rate (0.133～0.151 hr-1) but showed the difference in the biomass content. The higher carbon source concentration, the more residual sugar remained. It was assumed that the optimum lactose concentration for exopolysaccharide production was 30～70 g/L. On the other hand, it was considered that the nitrogen acted as growth limiting nutrients to the cell growth. In the cases of 30 and 70 g/L of the fixed carbon concentrations, the increase of the nitrogen sources concentration caused a remarkable increase within the range of 0.059～0.225 hr-1 and 0.141～0.237 hr-1 of the specific growth rate, respectively, while there was no significant difference in biomass.

목련과 수종인 함박꽃나무의 현탁배양세포로부터 생리활성을 갖는 리그난화합물인 (+)-eudesmin을 효율적으로 생산하기 위한 연구로써 플라스크배양 단계에서의 다양한 배양조건들 즉, 배지, 초기 당농도, 교반속도, 초기 접종농도, 그리고 elicitation 효과를 확인하고자 하였다. MS배지를 포함한 4종의 배지에서는 물질의 생산성과 생중량 모두에서 MS배지가 적합한 것으로 나타났다. 130 rpm으로 교반되는 항온배양기에서 3% sucrose와 0.5 mg/L 2,4-D가 첨가된 MS배지에 0.5 mg (DCW)의 농도로 세포를 접종한 실험구에서 8주 후 플라스크 당 3.71 g (DCW)의 생중량을 얻었으며, 지표물질인 (+)-eudesmin의 함량은 5% sucrose와 200 mg/L chitosan 처리구에서 3.2 μg/ g (DCW)으로 대조구에 비해 1.7배의 증가를 나타내었다. 이와 같은 연구결과는 생물반응기를 이용한 목련과 수종에서의 유용물질생산 연구에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

In order to product the furofuranoid lignans, (+)-eudesmin which is one of the secondary products from Magnolia sieboldii. through cell suspension cultures; various culture media, initial sucrose concentration, elicitations, shaking speeds, and inoculum sizes. Among the culture media tested, MS medium had a pronounced effect on suspension cell growth and (+)-eudesmin contents. The maximum dry cell weight (DCW) of 3.71 g per flask was obtained at inoculum size of 0.5 g and in MS medium supplemented with 3% sucrose plus 0.5 mg/L 2,4-D after 8 weeks. (+)-Eudesmin biosynthesis was stimulated with high initial sucrose concentration ,and the maximum (+)-eudesmin production of 3.2 μg/g DCW was achieved at 200 mg/L chitosan and 5% initial medium sucrose. The optimal shaking speeds for dry biomass accumulation and (+)-eudesmin contents was 130 rpm. This work is considered to be helpful for large-scale bioprocessing of Magnolia sieboldii suspension cell cultures in bioreactor.

본 연구에서는 계혈등 추출물에 의한 항산화 효과, in vitro MMP-1 효소 활성 저해 효과 및 사람섬유아세포에서 UVA에 의해 발현이 증가되는 MMP-1에 미치는 영향을 관찰하였다. 계혈등 추출물의 DPPH와 superoxide radical 소거효과는 처리농도가 증가함에 따라 농도 의존적으로 소거효과를 나타냈으며, IC50은 각각 45.81 ㎍/㎖, 3.11 ㎍/㎖로 DPPH와 superoxide radical을 소거하여 우수한 항산화 효과를 나타내었다. MMP-1 효소 활성 저해 효과도 80 ㎍/㎖에서 97.33%를 저해하는 것으로 나타나 우수한 효과를 나타내었다. 사람섬유아세포에서 UVA에 의해 발현이 증가되는 MMP-1의 발현저해효과는 계혈등 추출물 10 ㎍/㎖에서 74.66%로 단백질 수준에서 우수한 발현저해효과를 나타내었으며, mRNA수준에서도 계혈등 추출물은 모두 농도 의존적으로 발현 저해효과가 나타났다. 이상의 결과를 종합하여 볼 때 계혈등 추출물은 항산화효과, MMP-1 효소 활성저해 효과와 UVA에 의한 MMP-1의 발현을 효과적으로 저해하는 것으로 보아 우수한 항노화 소재로써 이용될 수 있을 것으로 사료된다.

The production of matrix metalloproteinases (MMPs) by the UV irradiated skin fibroblast and the degradation of extracellular matrix (ECM) by these enzymes is known as one of the main reasons of photoaging. In this study, to investigate the relationship between aging and Spatholobi caulis extract, we examined the effects of antioxidant, in vitro MMP inhibition and expression of UVA-induced MMP-1 in human dermal fibroblasts. Spatholobi caulis extract was found to show scavenging activities of radicals and reactive oxygen species (ROS) with the IC50 values of 45.81 ㎍/㎖ against 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical and 3.11 ㎍/㎖ against superoxide radicals in the xanthine/xanthine oxidase system, respectively. Spatholobi caulis extract inhibited the activities of MMP-1 in a does-dependent manner and the IC50 value calculated from semi-log plots was 31.96 ㎍/㎖. Also, UVA induced MMP expression was reduced 74.66% by treatment with Spatholobi caulis extract, and MMP-1 mRNA expression was reduced in a dose-dependent manner. Therefore Spatholobi caulis extract was able to significantly inhibit MMP expression in protein and mRNA level. All these results suggested that Spatholobi caulis extract may act as an anti-aging agent by antioxidation and reducing UVA-induced MMP-1 production.

생분해성인 curdlan을 아세틸화하여 소수성 약물인 IND의 치료효과를 증진시킬 수 있는 약물전달시스템 개발을 위한 실험을 수행한 결과, IND가 포함된 CAMs를 제조할 수 있었고, IND의 loading efficiency는 58.44%였다. 약물 방출 거동에 영향을 미치는 요인 중 제조한 CAMs의 swelling 특성은 처음 1시간 동안 pH 1.4에서는 아무런 변화가 없었고 pH 7.4에서는 30%의 swelling을 보였고 pH 1.4에서보다 pH 7.4에서의 swelling이 약 3배 높았다. 또한 CAMs로부터 IND의 방출은 pH 1.4에서보다 pH 7.4에서 약 15배 이상 증가하였다. 이러한 결과로 CAMs는 IND의 약물전달시스템으로 유용할 것이며 특히 pH에 의존하는 약물방출 경향을 보였다.

Curdlan, a natural β-1,3-glucan, has been studied as drug carrier due to its unique properties including its thermal gelling characters. In this study, curdlan was chemically acetylated for pH-sensitive drug delivery. Curdlan acetate microspheres (CAMs) were prepared by the solvent evaporation method. The size of the CAMs was below 200 ㎛. The drug loading efficiency of microspheres was approximately 58.44%. In the swelling test, the CAMs showed pH-sensitive behavior. The swelling capacity of microspheres at pH 7.4 was much greater than at pH 1.4. Also, release rate of indomethacin (IND) at pH 7.4 from the CAMs was faster than that at pH 1.4. Therefore the CAMs have potential for the controlled release of IND over an extended period of time.

셀룰로오스의 탄화과정에서는 셀룰로오스의 pyrolysis에 의해 생산된 타르에 의해 탄화 후, 셀룰로오스 탄화물의 섬유구조를 저해시키는 문제점이 존재한다. 이와 같은 결과는 800℃ 이상의 탄화온도와 건조 셀룰로오스를 toluene에 침지하고 초음파 처리 후 탄화한 탄화물에서 감소되지만, 섬유구조만의 탄화물을 얻을 수 없었다. 그러나 셀룰로오스의 탄화에서 타르의 생산을 감소시키는 HCl vapor flow 조건에서의 열처리 과정의 적용과 탄화과정 중 생성된 타르의 제거를 통해서 탄화 후, 대부분의 영역에서 섬유 구조를 갖는 탄화물을 얻을 수 있었다.

Tar is often produced during the carbonization of cellulose that limits the formation fibrous structure of the carbonized sample. This problem was reduced by applying a high temperature (up to 800℃) during carbonization process. Alternatively, dry cellulose was immerged in toluene and ultrasonicated prior to carbonization. In both cases, complete fibrous structures were not achieved. The formation of tar was reduced by the heat treatment of cellulose in the presence of HCl vapor before carbonization process. Such treatment before carbonization yielded mostly the fibrous structures of the carbonized sample as evident from SEM analysis. Similar results were found when the cellulose was subjected to a heat treatment in an inert condition followed by the removal of tar by the oxidation process prior to the carbonization.

바이오디젤과 바이오디젤을 기반으로 생산된 neopentyl polyol ester (NPE)계 윤활유 베이스, 디젤유 윤활유와 석유디젤을 분석대상으로 하여 독성을 평가하였다. 조류를 이용하여 수용액 상에서 화학물질의 독성시험을 조사하는 OECD 201에 근거하여 Chlorella vulgaris를 96시간 동안 배양하면서 독성시험 분석한 결과, 바이오디젤과 NPE계 윤활유 베이스의 반수저해농도(EC50) 값은 각각 84와 69 mg/L로서 두 물질이 독성이 적은 경독성 (slightly toxic) 물질인 것으로 판명되었다. 디젤유 윤활유와 석유디젤의 경우 반수저해농도 (EC50) 값이 각각 42와 24 mg/L로서 중등독성 (moderately toxic) 물질로 판정되었다.

Toxicity test for biodiesel (BD), biodiesel-derived neopentyl polyol ester (NPE) lubricant oil base, lubricant oil for diesel engine (LODE) and petroleum diesel (PD) was carried out using microalgae, Chlorella vulgaris. According to the method of OECD 201, the EC50 values of BD and NPE were estimated as 84 and 69 mg/L, respectively, which indicates that these compounds are classified as slightly toxic compounds. The EC50 values of LODE and PD were measured as 42 and 24 mg/mL, respectively, showing that these compounds are considered as moderately toxic compounds.

본 연구의 목적은 최근 DHA와 더불어 분유첨가제 등 기능성 신소재로서 수요가 증가되고 있는 arachidonic acid (AA)를 곰팡이 Mortierella alpina ATCC 32222를 이용하여 실질적으로 값싸게 생산할 수 있는 고체발효공정을 개발하기 위한 것이다. 본 연구에서는 회분식 심부 및 고체발효연구를 통하여 균체성장과 AA 생성에 대한 패턴을 조사하였는데, 심부발효에서는 포도당과 효모추출물을 그리고 고체발효에서는 농산 부산물인 저렴한 쌀겨를 원료로 하여 실험하였다. 심부발효 및 고체발효의 속도론적 관점에서 두 공정 모두 균체성장과 AA 생성 간에 전형적인 mixed-growth associated pattern이 얻어졌다. 고체발효 배지의 최적화를 위하여 carbon to nitrogen (C/N) ratio를 6.5-20 범위로 조절하여 실험해 본 결과 쌀겨에 탄소원인 포도당을 첨가해 주지 않은 경우 즉, 6.5에서 가장 좋은 결과가 얻어졌다. 또한 sodium glutamate를 쌀겨에 소량 (0-4%, w/w) 첨가했을 때 보고된 문헌과는 달리 균체성장은 오히려 감소되는 경향을 보였으며, 고온에서 볶은 참깨로부터 얻어진 sesame oil (7.5%, w/w)을 첨가했을 경우 AA 생산성은 약 1.2배가 향상되었다.

The objective of this work was to evaluate a solid-state fermentation process for the practical production of arachidonic acid (AA) by Mortierella alpina ATCC 32222. In the present investigation, batch culture kinetics for both submerged- and solid-state fermentations was carried out at 25℃ to identify the relationship between growth and arachidonic acid (AA) production. Glucose and yeast extract were used in submerged fermentations by using flasks, while rice bran was used as a sole raw material in the other type of fermentations by using a series of Petri dishes. It was evident that a mixed-growth associated pattern existed between the two variables, irrespective of modes of fermentations. The effect of carbon to nitrogen (C/N) ratio on AA production in solid-state fermentation was studied in the range of 6.5 - 20. As a result, an optimum condition was found to be 6.5. Supplementary carbon source was not necessary to meet the optimum C/N ratio. Unlike the previous results obtained by other researchers, a supplement of sodium glutamate up to 4% (w/w) to the rice bran medium did not have a positive effect on the AA productivity. However, an increase in AA productivity was obtained with the rice bran medium supplemented with sesame oil.

본 연구는 Monascus purpureus P-57 변이주를 이용하여 액체배양을 통한 세포내 색소 생성의 최적 배양조건을 규명하고자 하였다. M. purpureus P-57의 색소생성을 위한 최적 배지조성은 4% rice powder, 0.1% beef extract, 0.03% glutamic acid, 0.1% MgSO4․7H2O, 0.25% KH2PO4이며, 배지의 pH는 5.0이였다. 그리고 최적 배양조건은 30℃, 150 rpm에서 8일간 배양했을 때 가장 높은 색소 생성력을 나타내었다. M. purpureus P-57을 이상의 최적 조건에서 배양했을 때 적색색소가 356.04 unit, 황색 색소가 268.20 unit으로 가장 많은 색소를 생성하였고, 균체량은 15.00 g/L를 생산할 수 있었다.

Optimization of culture conditions for pigment production of Monascus purpureus P-57 mutant was investigated in liquid culture. The optimum composition of medium for the pigment production was 4% rice power, 0.1% beef extract, 0.03% glutamic acid, 0.1% MgSO4․7H2O, 0.25% KH2PO4, the optimum initial pH was 5.0. And the optimum culture conditions was at 30℃ for 8 days under 150 rpm with shaking. M. purpureus P-57 mutant produced the highest pigment as 356.04 units at red pigment and as 268.20 units at yellow pigment, and produced high cell mass as 15.00 g/L in liquid culture under the optimum conditions.