Earticle

복분자는 장미과에 속하는 야생 딸기로서 피로회복 및 영양보충 효과로 최근 그 응용 범위가 넓어지고 있다. 복분자 열매에는 탄수화물, 단백질, 지방 및 식이섬유가 포함되어 있고, 활성 성분으로는 tannin을 포함한 여러 플라보노이드류, 그 외에 여러 유기산 및 알콜 및 하이드로카 본류가 주류를 이루고 있다. 이러한 활성 성분에 기인한 효능으로는 면역활성 증가, 황산화활성 증대, 호르몬분비 촉진, B형 간염바이러스 억제, 체중조절 효과 등이 있다. 상기한 다양한 기능성을 활용하기 위한 방안으로 최근 여러 형태의 식품, 화장품 및 의약품이 개발되고 있다. 특히 단순한 추출물에서 단일 유용성분의 분리를 통한 제품 개발로 그 범위가 확대되고 있다. 본 총설에서는 복분자 연구 분야 가운데서 그 유용 성분의 연구와 응용에 관한 최근의 연구논문과 특허를 정리하여 최근 동향을 가늠할 수 있게 하였다.

Bokbunja (Rubus coreanus Miquel) is a wild berry belonging to Rosaceae genus of which application areas have been expanded due to many health effects. Bokbunja berry contains carbohydrates, protein, fats and dietary fibers as major components and various flavonoids such as tannins, volatile components including organic acids, alcohols and hydrocarbons as minor ones. Those active compounds attribute to the following health effects: increase in immune function and antioxidant activity, rise in hormone secretion, suppression of the growth of type B hepatitis virus, and control of weight gain. To utilize the above activities, many products have been developed by using Bokbunja berry extracts in the area of foods, liquors, and cosmetics. Recently, pure compounds have been isolated from the extracts for the development of medicines. In this mini review, the state-of-the-art of Bokbunja researches and applications including papers and patents is summarized.

복분자주의 품질 향상에 도움이 되고자 국내에서 생산되는 복분자주 (시료 A)와 버섯 추출물 첨가 복분자주 (시료 B)의 일반성분 분석과 향기성분 분석을 수행하였다. 일반 성분분석의 결과, 복분자주 시료 A와 복분자주 시료 B중의 용해성 고형분은 10.5%, 7.4%로 분석되었고, 산도는 1.36%, 0.54%로 측정되었다. 수분은 83.27%, 87.62% 조회분은 0.45%, 0.31% 조 단백질은 0.05%, 0.22%였으며 조지방과 조섬유는 검출되지 않았다. 향기 성분의 확인을 위하여 두 시료의 향기 성분을 ethylether로 추출하고 methanol에 녹여 GC/FID와 GC/MS로 분석, 동정하였다. 두 시료에서 모두 12종의 성분이 동정되었으며, 이 중에서 alcohol류가 6종, ketone류가 3종, ester/acid/anhydride류가 각각 1종으로 나타났다. 주요한 휘발성 성분으로는 2,3-butanediol, 2,5-furanedione, phenylethyl alcohol, butanedioic acid 등이 있었으며, 이 들 성분이 복분자주의 전체적 향미에 영향을 미치는 것으로 판단할 수 있다.

The composition of two Bokbunja (Rubus coreanus Miquel) wines (one without mushroom extracts (wine A) and the other is with the extracts (wine B)) has been investigated to improve the quality of Bokbunja wine. The content of solid particle, acidity, crude ash, crude protein of the wine A were 10.5%, 1.36%, 0.45% and 0.05% and those of wine B were 7.4%, 0.54%, 0.31%, and 0.22%, respectively. Crude fat and crude fiber were not detected in both samples. To verify the flavor quality of Bokbunja wine, the volatile components from ethylether extracts of two wines were analyzed using GC/FID and GC/MS. A total number of 12 volatile flavor compounds (6 alcohols, 3 ketones, 1 acid, 1 ester and 1 anhydride) were identified in the two Rubus wines. The major volatile compounds of the wines were 2,3-butanediol, 2,5-furanedione, phenylethyl alcohol, and butanedioic acid and they might affect the major role in the unique flavor of Bokbunja wines.

기능성 천연물 생물소재 개발을 위한 목적으로 비수리 (L. cuneata)의 미네랄, 아미노산 및 비타민 함량을 조사한 결과 다음과 같다. 무기성분은 Ca, K, Mg, P, Na, Fe, Mn, Zn, Cu이 주성분을 이루었으며 Ca이 737.03 ㎎%로 가장 많이 함유되어 있었다. 유리아미노산의 총 함량은 50.24 ㎎%이며 이 중 proline이 33.77 ㎎%로 전체 유리아미노산 의 67.2%를 차지하였고 필수아미노산은 7.49 ㎎%이었다. 구성아미노산은 2,817 ㎎% 분리 동정되었으며 필수아미노 산 1,084 ㎎% 중 lysine의 함량이 가장 높았고 leucine, valine, threonine, isoleucine, phenylalanine의 순으로 많이 함 유되었다. 또한 비수리에서 노화방지의 역할을 하는 vitamin E가 33.03 ㎎%인 높은 함량을 나타났다.

For developing functional biomaterials, chemical analysis of Lespedeza cuneata including minerals, amino acids and vitamin were investigated. Minerals of L. cuneata were found to be calcium, potassium, magnesium, phosphorus, sodium, iron, manganese, zinc and copper. Among the free amino acid, proline was 33.77 ㎎% that were 67.2% of free amino acids and essential amino acids were 7.49 ㎎%. Total amino acids were analyzed as 2,817 ㎎% and the content of glutamic acid (496.00 ㎎%) was highest. In case of vitamin, the highest components was vitamin E with 33.03 ㎎%.

균질계 염기촉매를 이용한 바이오디젤을 생산하기 위한 전이에스테르화 반응의 원료유지 중에 유리지방산이 과다하게 존재하게 되면 유리지방산이 염기촉매와 결합하여 지방산 염 (비누)을 생성하여 상당량의 염기촉매를 소비하게 되어 촉매 투여량의 증가를 가져오게 된다. 또한 생성된 지방산 염 (비누)은 바이오디젤과 글리세롤의 상분리를 어렵게 하여 바이오디젤의 후처리 공정과 생산에 문제점을 야기시킨다. 따라서, 원료유지 내의 유리지방산은 균질계 염기촉매를 이용한 바이오디젤 생산공정에서는 원료 중의 유리지방산은 반드시 제거되어야 한다. 본 연구에서는 원료유지에 고농도로 함유된 유리지방산을 제거하기 위하여 촉매로 ferric sulfate를 대상으로 전처리 공정을 수행한 결과 높은 유리지방산 (20%)을 함유하고 있는 모사 유지에서도 다른 이온교환수지에 비하여 우수한 성능을 얻었다. Ferric sulfate의 첨가량이 증가할수록, 메탄올의 첨가량이 증가할수록 유리지방산의 제거율이 증가하였다. 특히, ferric sulfate는 유지에 대해 낮은 용해성을 가지고 있어 반응 후 반응물로부터 쉽게 분리할 수 있고, ashing process를 통하여 재생이 가능하므로 원료유지의 전처리에 유용하게 적용할 수 있으리라 판단된다.

Fatty acid methyl esters, also referred to as biodiesel, have been determined to have a great deal of potential as substitutes for petro-diesel. In order to enhance productivity in the biodiesel production process, feedstocks were previously recommended to be anhydrous, with a free fatty acid content of less than 0.5%. In this study, the effects of several catalysts, methanol molar ratio, catalyst amount, and reaction time on the reduction of free fatty acid level were studied with a simulated feedstock consisting of 20% oleic acid in rapeseed oil. Ferric sulfate was selected as the best catalyst. Increasing the catalyst amount and methanol molar ratio is very effective in decreasing the acid value of the simulated mixture. Our results may provide useful information with regard to the development of more economic and efficient free fatty acid removal system.

Helicobacter pylori에 대하여 항균효과가 가장 높은 Fomitopsis pinicola를 동정하고 저해물질의 성질에 관한 연구를 수행한 결과 다음과 같은 결론이 얻어졌다. H. pylori 에 대한 항균력이 가장 크게 나타난 네팔에서 채취한 F. pinicola의 동정결과는 F. pinicola AY854083로 밝혀졌다. F. pinicola의 균사체는 액상배양을 시작한 후 5일이 경과하면서 H. pylori에 대한 항균력이 나타났으며 8일 이후부터 가장 높았다. 그러나 균사체 추출물에서는 항균력이 나타나지 않았다. F. pinicola 균사체 8일 배양액의 H. pylori 에 대한 최소억제 농도는 0.25 ㎎/㎖이었고, 배양액의 낮은 pH (pH 2.0)가 H. pylori의 생육억제에 영향을 주지만 중화를 하여도 H.pylori에 대한 항균력은 유지되었다. LC로 분리하여 Fp-P1, Fp-P2 및 Fp-P3를 얻었으며 H. pylori에 대한 항균력은 Fp-P1에서만 나타났다. Fp-P1을 thin layer chromatography로 분리하였으며 H. pylori 에 대한 항균력은 Rf값이 0.67인 Fp-T3에서만 나타났다. F. pinicola 균사체 8일 배양액, Fp-P1, Fp-T3를 HPLC의 Waters symmetry 300 C18 5 ㎛ column (3.9 × 150 ㎜)으로 분리한 결과 Fp-T3에서 단일 peak만 남았으며 이것이 H. pylori 에 대한 항균력을 확인하였다. H. pylori 에 대한 항균력을 나타내는 F. pinicola 균사체 배양액에서 분리 정제한 물질은 BioLC 분석과 TLC 발색결과로써 아미노기를 포함한 당으로 사료된다.

The culture media from Fomitopsis pinicola were extracted by methanol and examined growth inhibition against Helicobacter pylori. The culture media from 8 days fermentation of F. pinicola showed maximum inhibition activity on H. pylori in 0.25 mg as MIC value. The highest activity against H. pylori by MHCS agar diffusion medium by Fp-P1 in 22.7 ㎜ ID among 3peaks from methanol fraction of 8 days culture media of Fomitopsis pinicola which purified by ion-exchange chromatography. The Fp-P1 from DEAE-Sephadex A-25 have been analysed by TLC as Fp-T1, Fp-T2 and Fp-T3 by ninhydrin staining. Fp-T3(Rf value = 0.67) was higher activity against H. pylori in 14.4 ㎜ ID. Fp-T3 was identified as single band by HPLC and TLC. It was assumed to aminosugar by BioLC analysis and TLC staining.

본 연구는 미생물이 오염물 분해를 위해 황산염이 필요한 동전기 생물학적복원에서 황산염원의 종류가 제거효율에 미치는 영향을 조사하였다. 대표오염물과 적용 미생물은 각각 phenanthrene과 Sphingomonas sp. 3Y였다. Magnesium sulfate를 이용했을 때 Mg이온은 음극에서 전기적으로 생성 되는 수산화이온과 결합하여 전해질 pH를 크게 감소시키고 미생물활성을 저해하는 현상이 관찰되었다. 따라서 ammonium sulfate와 disodium sulfate를 이용했을 때 전해질 및 토양 pH가 중성영역으로 유지되었으며 미생물 활성도 높게 유지되었다. 하지만 전자의 경우 ammonium이 미생물의 오염물 분해를 지연시켜 제거효율이 오히려 magnesium sulfate의 21.8%보다 12.0%로 더 낮게 나타났으며, 반면 후 자의 경우 27.2%로 제거효율이 증가된 것을 관찰할 수 있었다. 이와 같은 제거효율의 차이는 장기간의 처리에서는 더욱 두드러질 것으로 예상된다.

This study investigated the effect of sulfate source on removal efficiency in electrokinetic bioremediation which needs sulfate to degrade contaminants by an applied microorganism. The representative contaminant and the applied microorganism were phenanthrene and Sphingomonas sp. 3Y, respectively. When magnesium sulfate was used, the magnesium ion combined with hydroxyl ion electrically-generated at cathode to cause the decrease of electrolyte pH, and then the microbial activity was inhibited by that. When ammonium sulfate and disodium sulfate were used to solve the pH control problem, the pH values of electrolyte and soil solution were maintained neutrally, and also the high microbial activity was observed. With the former sulfate source, however, ammonium retarded the phenanthrene degradation, and so the removal efficiency decreased to 12.0% rather than 21.8% with magnesium sulfate. On the other hand, the latter improved the removal efficiency to 27.2%. This difference of removal efficiency would be outstanding for an elongated treatment period.

Bacillus subtilis BB-1 (KFCC 11344P)으로부터 분리된 혈전용해효소 유전자 (BCF-1)를 대량발현 벡터인 pEB 벡터에 크로닝하여 순수분리 된 혈전용해효소를 rat에 경구 투여하여 출혈시간, 혈액의 응고, serum의 혈전용해능 등에 대한 in vivo 실험을 실시하였으며, 혈전용해효소의 단회경구투여에 따른 독성을 검사하였다. 효소의 경구투여에 따른 rat의 출혈시간에서는 대조군에 비하여 모든 경구 투여군에서 출혈시간이 유의적으로 약 1.75배 이상 길게 나타남을 확인하였고(P<0.05), 혈액의 출혈시간 또한 활발히 진행됨을 관찰하였다. 혈액으로부터 분리된 serum의 혈전용해작용 있어서는 경구투여 후 1시간부터 채혈한 혈액 내에서 혈전용해효소의 활성이 검출되기 시작하여 3시간째까지 높은 활성을 보였으며 4시간째부터 서서히 활성이 감소하는 것을 확인하였고 혈액의 응고 역시 대조군에 비하여 경구 투여군에서 상당히 지연되는 것을 알 수 있었다. Western blot에 의한 효소 검출에서는 경구 투여군에서 30,000 Da 크기의 단일밴드를 확인하였으며, 혈전용해효소의 rat에 대한 단회경구투여 독성실험에서 중량의 변화, 장기의 이상여부, 사망률 등에서 어떠한 이상이나 병변이 발견되지 않았다. 이상의 결과로 동물실험을 통한 혈전용해 효소의 경구투여에 의한 작용을 혈액 내에서 확인 할 수 있었으며, 본 효소의 단회 경구투여 시의 독성은 전혀 없음을 확인할 수 있었다.

A fibrinolytic enzyme gene (BCF-1) was subcloned to the pEB vector which is high expression vector in the Bacillus host. The enzyme was purified by using FPLC after ammonium sulfate precipitation. The enzyme was oral-administrated to the rat and checked the bleeding time, blood clotting time and fibrinolytic effect of the serum. In the bleeding time retardation test, it was longer about 1.7 fold in the feeding rat than without feeding. The serum of rat feeded with the enzyme had the fibrinolytic activity from 1 hour to 3 hours after oral-administration. After 3 hours from feeding, the fibrinolytic activity was decreased gradually. Also blood clotting time after bleeding was longer than that of control rat. The enzyme could be detected at band of 30,000 Da in the blood by western blotting. The enzyme was not harmful to the all internal organs of the rats. Taken together, the enzyme originated from B. subtilis BB-1 can be a candidate to develop the drug for thrombosis, arteriosclerosis and myocardial infarction.

조직공학에서 생체재료의 생체적합성과 조직재생능력은 생체재료가 생체에 적합한지를 판단하는 가장 중요한 요소이다. 콜라젠은 인체조직을 이루는 주된 단백질이고, GAGs은 조직의 미세환경을 결정짓는 주요한 요소로 알려져 있다. 본 연구에서는 1형 콜라젠 스폰지를 탈수 열처리 (A군)하고 EDC로 가교결합한 것 (B군)과 CS를 첨가하여 EDC로 가교결합한 군 (C군)의 스폰지 형태의 콜라젠 지지체을 제조하였다. 제작된 콜라젠 스폰지를 3 mm의 디스크 형태로 토끼 각막의 실질부위에 주머니형태로 이식하였다. 8주 동안 각막의 신생혈관 생성, 혼탁, 지지체의 투명도 정도를 확인하고, 2주, 4주, 8주 후에 적출하여 염증과 각막 섬유모세포의 이동을 확인하였다. 모든 군에서 염증, 신생혈관 생성, 혼탁은 일어나지 않았다. 그러나 CS가 첨가된 콜라젠 스폰지에 섬유모세포의 이동이 많았고, 이식물의 투명도가 증가하였다. 1형 콜라젠 스폰지는 각막 간질에의 생체적합성이 뛰어나 각막 간질로의 대체 가능성이 크고, CS가 첨가된 1형 콜라젠 스폰지는 조직공학적 생인공각막의 재구성에 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.

Biocompatibility and tissue regenerating capacity are essential characteristics in the design of collagenous biomaterials for tissue engineering. Attachment of glycosaminoglycans to collagen may add to these characteristics by creating an appropriate micro-environment. In this study, porous type I collagen matrices were crosslinked using dehydrothermal treatment and 1-ethyl-3-(3-dimethyl aminopropyl) carbodiimide, in the presence and absence of chondroitin sulfate (CS). The scaffold like discs in 3 mm diameter were inserted into the intralamellar stromal pockets of rabbit cornea. In 8 weeks of follow up, clinical evaluation including corneal neovascularization, opacity and transparency of the graft scaffold was performed, and the inflammatory reaction and migration of corneal fibroblast were evaluated histologically. No inflammation, neovascularization and opacity in any of the implant were observed. CS increased the corneal fibroblast invasion and the transparency. It is concluded that the type I collagen sponge showed a biocompatibility in corneal stromal layer and addition of CS slightly improved the quality of the bioartificial corneal stromal layer. These results could be useful for the development of corneal substitutes.

본 연구에서는 새로운 주름개선 소재로서 phytoestrogen의 일종인 lignans를 각각 함유하는 연교추출물을 추출ㆍ분리하여 노화와 관련된 생리활성 효과를 확인하였다. Arctigenin과 matairesinol을 각각 함유하는 연교추출물은 처리농도가 증가함에 따라 농도 의존적으로 DPPH와 superoxide radical에 대한 소거효과를 나타내었다. DPPH radical 소거효과에서 arctigenin-rich와 matairesinol-rich는 각각 IC50 값이 5.747 ㎍/㎖, 4.450 ㎍/㎖를 나타내었으며, superoxide radical 소거효과에서는 각각 1.634 ㎎/㎖, 542.428 ㎎/㎖로 양성 대조군으로 사용한 BHT보다 우수한 항산화 효과를 보였다. Type I collagen 합성효과도 arctigenin 및 matairesinol을 각각 함유한 연교추출물 그리고 양성 대조군 vitamin C를 100 ㎍/ml을 처리하였을 때 각각 10.5, 26.4, 15.7%의 합성율을 보임으로써 vitamin C와 유사하거나 우수한 효과를 나타내었다. 또한, UVA에 의해 발현이 증가되는 MMP-1의 발현저해 효과는 matairesinol을 함유한 연교추출물의 경우 oleanolic acid와 유사한 저해 효과를 보였다. Matairesinol을 함유한 연교추출물을 함유한 크림의 피부주름개선 효과를 평가하기 위하여, 눈가 주름 부위의 제품도포 후 피부 주름의 변화와 피부거침 개선 효과를 평가하였다. 연교추출물을 함유한 크림을 약 12주간 도포하였을 경우, 깊은 주름과 총 주름수의 감소효과를 관찰할 수 있었으며, 연교추출물 2%를 적용한 인체 안전성시험에서 무자극으로 판명되었다. 본 연구를 통하여 lignans를 각각 함유하는 연교추출물은 항산화 효과와 생체 단백질의 30%를 구성하는 collagen의 합성효과 및 UVA에 의한 MMP-1의 발현저해 효과를 보였다. 인체에 무자극성으로 제품에 적용시 관찰되는 피부 주름개선 효과는 lignans를 각각 함유한 연교추출물을 새로운 주름개선을 위한 천연소재로 이용될 수 있을 것으로 사료된다.

Skin anti-aging effect of Forsythia viridissima L. extract was evaluated by using antioxidant assay, expression of type I procollagen, and UVA-induced matrix metalloproteinase-1 in human dermal fibroblasts. Matairesinol-rich Forsythia viridissima L. extract was showed the scavenging activity of radicals and reactive oxygen species with the IC50 values of 4.50 ㎍/ml against 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazly radical and 542.43 ㎍/ml against superoxide radicals in the xanthine/xanthine oxidase system, respectively. The type I procollagen was increased 33.76% by treatment with matairesinol-rich Forsythia viridissima L. extract, and UVA-induced MMP-1 was reduced 35.78% in a dose dependent manner. In the human skin irritation test, 2% matairesinol-rich Forsythia viridissima L. extract did not show any adverse effect. Also, the clinical study indicated that a cream group treated with 0.2% matairesinol-rich Forsythia viridissima L. extract significantly reduced skin wrinkles, as compared with a non-treated cream group (p < 0.05). These results suggest that Forsythia viridissima L. extract may be useful as a potential source of functional anti-aging cosmetics.

본 실험실에서는 음식폐기물을 효율적으로 소화처리하기위해 Pilot 규모 (10톤)의 3단계 메탄 발효 공정을 개발하여 운전하고 있다. 3단계 메탄발효시스템은 반혐기성 가수분해조, 혐기성 산발효조, 혐기성 메탄발효조로 구성되어 있으며, 이 가운데 두 번째 공정인 혐기성 산발효조로 부터 알코올발효능이 우수한 균주 KA4를 분리하였다. 세포의 형태는 타원형 모양이며, 크기는 5.5-6.5 × 3.5-4.5 ㎛이었고, 26S rDNA D1/D2 rDNA sequence를 분석한 결과를 바탕으로 Saccharomyces cerevisiae KA4로 명명하였다. 이 균주를 YM 배지에서 배양하였을 경우 30-35 ℃에서 최대 생장을 보였으며, 배지내의 초기 에탄올 농도가 5% (v/v)까지는 생장에 영향을 받지 않았으나 그 이상에서는 생장에 저해를 받았고 7% 이상에서는 생장하지 못하였다. 한편 초기 50% (w/v)까지의 당 농도에서는 생장이 가능하였으나 잔류 당 농도를 고려할 때 에탄올 발효를 위한 최적당 농도는 10%이었다. 이 농도의 당을 이용하여 초기 pH4에서 10까지의 넓은 범위에서 에탄올 발효가 가능하였으며 최적 pH는 6이었다. 이 때 에탄올 생산량은 7.4%이었으며, 에탄올 생산수율은 2.87 mol EtOH/mol glucose이었다.

An efficient pilot scale (10 ton) three-stage methane fermentation system to digest food waste has been developed in this laboratory. This system consisted of three stages: semianaerobic hydrolysis, anaerobic acidogenesis and strictly anaerobic methanogenesis. From the secondary acidogenesis reactor, a novel strain KA4 responsible for alcohol fermentation was isolated and characterized. The cell was oval and its dimension was 5.5-6.5 × 3.5-4.5 ㎛. This strain was identified as Saccharomyces cerevisiae KA4 by 26S rDNA D1/D2 rDNA sequence. Optimal culture temperature was 30-35℃. Cells were tolerant to 5% (v/v) ethanol concentration, however, were inhibited significantly by higher ethanol concentration up to 7%. The strain could grow well up to 50% (w/v) initial glucose concentration in the YM liquid medium, however, optimal concentration for ethanol fermentation was 10%. It could produce ethanol in a broad initial pH range from 4 to 10, and optimal pH was 6. In this condition, the strain converted 10% glucose to 7.4% ethanol during 24 hr, and ethanol yield was estimated to be 2.87 mol EtOH/mol glucose.

효소는 환경과 조건에 따라 상이한 활성도를 나타내며, 전기 자극에 의하여 비활성화된 알콜 산화효소는 당, 계면활성제, 히드로젤 들에 의하여 안정화되었다. 이들 효소는 trehalose, TritonX-100, Brij에서 보다 안정하였으며, 이들 효소의 안정도는 Hansenula sp., P. pastoris, C. boidinii에서 분리된 효소가 순서적으로 보다 안정하였다. 전기자극하에서 효소의 안정화에 대한 이 연구는 생물공학, 단백질공 학, 의료공학 분야에 널리 이용될 수 있으리라 사료된다.

We investigated the activity and stability of alcohol oxidase from Hansenula sp., Pichia pastoris, and Candida boidinii under the electric stimulation. The activity and stability of alcohol oxidase depended on electric output voltage, electric stimulation time. This inactivation of the enzyme under electric stimulation could be recovered by stabilizing additives such as sugars, surfactants and hydrogels. These alcohol oxidase was more stable in trehalose, Triton X-100, Brji solution and alcohol oxidase from Hansenula is more stable than that from P. pastoris, and C. boidinii. The stabilizing of enzymes against electric stimulation showed a great potential use of enzymes in biotechnology and medical engineering fields.

본 연구에서는 저온에서 발현이 유도되고 지속적으로 발현된다고 알려진 대장균의 6개의 유전자 (frdA, glpB, hypB, katG, nupG, ompT)에 대한 promoter의 단백질 생산성을 알아보기 위하여 GFP를 reporter 단백질로 이용하여 각각의 promoter들에 대한 37℃와 15℃에서의 발현도와 저온유도성에 대하여 고찰하였다. nupG promoter의 경우 37℃와 15℃ 모두에서 지속적인 유전자 발현도를 보였으나 promoter에 의한 저온 유도성은 없는 것으로 판별되었다.

We investigated the protein productivity of the promoters for genes showing prolonged induction upon cold shock in Escherichia coli. Six low temperature inducible genes (frdA, glpB, hypB, katG, nupG, ompT) were selected based on the previously reported cDNA microarray based global transcription profiling of Escherichia coli K12 in response to cold shock. Their promoter regions were isolated from the genomic DNA of E. coli JM109 and expression levels induced by the promoters were examined by using green fluorescence protein (GFP) as a reporter at 15℃ and 37℃. Among the six promoters, the promoter for nupG showed the highest and prolonged expression at both temperatures and the cold inducibility of nupG promoter was not observed.

본 연구에서는 췌장 베타세포의 인슐린 분비 촉진 물질로 선별된 방선균 배양액에서 유래한 YHB-2017 (genistein)의 인슐린 분비 촉진 활성의 특성을 조사하고 그 작용 기전을 밝히고자 하였다. YHB-2017는 췌장소도에서 glucose농도가 16 mM일 때 농도 의존적으로 인슐린 분비를 대조군에 비해 2배 이상 촉진시켰으며, 5.5 mM 이하의 glucose농도에서는 인슐린 분비 촉진 활성이 거의 없는 것으로 나타났다. MIN6 세포를 이용한 YHB-2017의 인슐린 분비 촉진 활성 특성을 분석한 결과, PKA inhibitor (H89)에 의해서 활성이 저해되었으며, 세포막의 KATP channel를 배제하고 단순히 칼슘이온을 최대로 세포내로 유입시킨 조건인 diazoxide (200 μM)와 KCl (35 mM)를 첨가한 경우에 YHB-2017는 인슐린 분비 촉진 활성을 나타내 KATP channelindependent pathway를 통한 인슐린 분비 촉진 기전을 추정할 수 있었다. 베타세포의 단백질 인산화에 대한 영향을 조사한 결과 YHB-2017는 고농도 glucose 조건에서만 PKA 기질과 cAMP response element-binding protein (CREB)의 인산화를 증가시키는 것으로 나타났고, PKC 기질의 인산화에는 영향이 없었다. 또한, YHB-2017를 18시간동안 베타세포에 처리하였으나 인슐린 유전자 발현에는 영향을 주지 않았다. 이상의 결과를 종합하여 볼 때 YHB-2017는 기존의sulphonylurea 계열 약물과는 다른 작용 기전에 의해 췌장 베타세포에서 인슐린 분비를 촉진시키며, 그 기전은 PKA 경로를 통해 amplify 신호를 활성화시키는데 관여하는 것으로 추정된다.

Impaired insulin secretion from pancreatic beta-cells in response to glucose is an important feature in the pathology of non-insulin-dependent diabetes mellitus (NIDDM). In the course of screening for useful insulin secretagogues, we have isolated and identified YHB-2017 (Genistein) as a insulin secretion potentiator from fermentation broths of our in-house microbial library. The insulinotropic activity of YHB-2017 in isolated rat pancreatic islets was exerted only at high concentration of glucose (8.3-16 mM) but not at low concentration of glucose (3.3-5.5 mM). Also, in perifusion study with isolated rat pancreatic islets, YHB-2017 stimulated insulin secretion in a time-dependent manner when YHB-2017 was added to KRB buffer containing 16 mM glucose. In the presence of 200 μM diazoxide and 35 mM KCl, which stimulates maximum Ca2+ influx independently of KATP channel, YHB-2017 enhanced KATP channel-independent insulin secretion at high concentration glucose (16 mM). To elucidate the mechanisms of the glucose-dependent potentiation effect of YHB-2017, pharmacologic inhibitors for protein kinase A, protein kinase C and calcium/calmodulin kinase II were pre-treated and then the potentiation effect of YHB-2017 on insulin secretion was investigated. Pre-treatment of H89 as a PKA inhibitor had a significant inhibitory effect on YHB-2017-induced potentiation effect. Furthermore, western immunoblotting analyses revealed that YHB-2017 increased phosphorylation of PKA substrates and cAMP response element-binding protein (CREB) under high concentration of glucose. These results demonstrated that the insulinotropic effect of YHB-2017 is mediated through PKA signal pathway and activated amplifying KATP channel-independent insulin secretion pathway.

본 연구에서는 에탄올의 생산단가를 낮추기 위해, 음식물쓰레기 당화액을 이용하여 효소당화비용을 줄이고 환원당의 기질저해를 감소시키기 위해 회분식의 반연속식 동시당화발효 시스템을 개발하였다. 음식물쓰레기 200 g와 최종효소액 (amylase 기준으로 3.0 U/㎖) 40 ㎖가 반응하였을 때 생산되는 환원당의 속도는 35℃에서 5.84 g/ℓ․h로서, strain KJ가 소비하는 환원당 속도는 -3.88 g/ℓ․h와 비슷하여 동시당화발효의 최적온도는 35℃로 결정되었다. 그리고 음식물쓰레기 당화를 위한 최적 효소농도는 2.0 U/㎖로서 생산되는 환원당의 속도는 4.80 g/L․h이었다. 이는 에탄올 생산균주가 35℃에서 소비하는 환원당의 속도인 -3.88 g/ℓ․hr와 비슷하므로, 효소의 최적농도는 2.0 U/㎖로 결정하였다. Fed-batch식 동시당화발효에서 생산된 환원당을 다 소모하고 나서 12시간 단위로 음식물쓰레기를 공급하여 배양한 결과, 배양 120시간째 에탄올발효 후의 잔존환원당 농도는 18.3 g/ℓ, 생성된 에탄올 농도는 64 g/ℓ, 에 탄올의 수율은 0.45 g-ethanol/g-reducing sugar이었다. 그리하여 음식물쓰레기의 Fed-batch식 동시당화발효기술을 개발하여 효소당화비용을 줄이고 환원당의 기질저해를 감소시킴으로써 에탄올 수율을 향상시키는데 성공하였다.

For the economically feasible production of ethanol, utilization of SFW (saccharified food wastes) as substrate for synchronous saccharification and fermentation (SSF) process was developed in this study. When 200 g of food wastes and 40 mL of enzyme (amylase activity, 3.0 U/㎖) were reacted, production rate of reducing sugar was 5.84 g/ℓ․h, and consumption rate was -3.88 g/ℓ․h at 35℃. So suitable condition of SSF was concluded at temperature of 35℃. Also, optimal enzyme concentration of SSF was concluded in 2.0 U/㎖, at this condition, the production rate of reducing sugar was 4.80 g/ℓ․h. At SSF process, when 50 g of food wastes was supplied in 12 h interval, 64 g/ℓ of ethanol and 0.45g-ethanol/g-reducing sugar in yield were obtained in 120 h fermentation. Thus, the technology of high yield of ethanol production using food wastes was confirmed. And semi-continuos SSF system for cutting off cost of enzymatic saccharification was developed in this study.

본 연구는 효모의 세포벽에 존재하는 β-Glucan을 대량생산하기 위해 Saccharomyces cerevisiae JUL3의 균체량을 증가시키기 위한 연구를 수행하였다. S. cerevisiae JUL3의 배양학적 특성을 알아보기 위해 kinetic parameter를 조사하였을 때 specific growth rate (μ)는 0.145 h-1, yield (Yx/s)는 0.332 g/g, glucose 소모속도(qs)는 0.437 h-1이며 productivity (P)는 0.4827 g/ℓ․h을 나타내었다. 균체량이 가장 높게 나타난 탄소원과 질소원은 고과당 (high fructose syrup)과 yeast extract이었다. 효모균체 대량생산 및 scale up을 위하여 반응표면 분석법을 통하여 고과당과 yeast extract에 대한 최적농도를 조사하였다. 균체량이 가장 많이 생산되어 질 수 있는 조건으로 제시된 고과당과 yeast extract의 최적농도는 각각 8.0 %와 5.2 %였으며, 이 때 예측되는 균체량은 16.95 g/ℓ이었다.

β-Glucan, one of the cell wall components, is most plentiful polysaccharides in cell wall and has several advantages in immune system. In yeast β-glucan is mainly contained in the yeast cell wall, and thus it is important to produce high levels of cell mass for the mass production of yeast β-glucan. The best carbon and nitrogen sources on cell mass production were high fructose syrup and yeast extract. Response surface methodology (RSM) was very potential tool for the optimization of process factor and medium component. It was applied to estimate the effects of medium components on the production of cell mass. Optimal concentrations of high fructose syrup and yeast extract by response surface methodology were 8.0% (v/v) and 5.2% (w/v), respectively and the cell mass predicted was 17.0 g/ℓ at 20 h of cultivation.

이상의 실험결과를 종합해보면 6-gingerol의 최적추출조건은 30℃에서 80% 에탄올을 이용하여 추출함이 바람직하다고 여겨진다. 또한 용매만을 이용해서 추출하는 것보다 초음파를 도입하여 추출하는 것이 7% 정도 높은 결과를 얻는 것을 확인할 수 있었다. 6-gingerol의 경우 분취크로마 토그래피를 이용했을 때 비교적 높은 순도의 gingerol을 얻을 수 있었으며, F9 분획에서 0.53 ㎎/㎖의 6-gingerol를 얻었다. 6-gingerol의 항산화 활성은 아스코르브산의 95% 정도로 매우 높게 나타났다. 또한 항산화 활성을 나타내는 다른 물질이 포함되어 있다는 것을 확인할 수 있었다.

Ginger (Zingiber officinale) is widely used as a dietary condiment throughout the world. Its major constituent, 6-gingerol, exhibits diverse pharmacological activities including anti-oxidant and anti-tumor. Ginger were extracted by 0% to 95% ethanol. Maximum yield of 6-gingerol was obtained with 80% ethanol as extracting solvent at 30℃. We obtained increased yield (7%) of extraction by pretreatment with ultrasonication. Gingerols in the crude ginger extract was isolated by Sepacore preparative liquid chromatography on silica gel. We got the 6-gingerol which weight is 0.53 mg/mL, from fraction F9. Antioxidant effect of 6-gingerol were detected by DPPH method. Its radical scavenging activity was 95~99% which compared with ascorbic acid.

분자육종의 목적을 위하여 Agrobacterium을 이용한 Brassica napus 식물의 유전적 형질전환은 폭 넓게 시행되어 왔다. B. napus cv. napus는 유지작물의 하나이면서 이 또한 Agrobacterium을 이용한 형질전환이 가능하다. 본 연구에서는 agroinfiltration방법을 이용시 유채유묘의 형질전환이 낮은 효율로 나타나고 있으며 이는 fluorometric GUS assay에 의하여 판단되었다. 대조적으로 유채유묘에 대하여 sodium hydrosulfite 용액을 agroinfiltration 과정 이전에 처리할 경우 형질전환율이 상당히 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. RT-PCR에 의한 GUS유전자발현의 확인을 통하여 유채유묘를 이용한 일시발현체계의 개발가능성을 제시하였다.

For molecular breeding purpose, genetic transformation of Brassica napus cultivars has been extensively performed using Agrobacterium method. B. napus cv. napus, one of major oil crops, can be transformed via Agrobacterium-based method. We demonstrated that Agrobacterium-mediated transformation via vacuum infiltration slightly worked for the seedlings of B. napus cv. napus according to fluorometric GUS enzyme analysis. In contrast, transformation efficiency was highly enhanced when the seedlings, prior to agroinfiltration, were treated with sodium hydrosulfite solution as a chemical wounding agent. GUS gene expression in transformed seedlings that was confirmed by RT-PCR suggests their usefulness for the development of transient expression system.

볏짚 가수분해물의 조성과 유사한 xylose/glucose 혼합배지를 이용하여 Candida mogii ATCC 18364에 의한 xylitol 생산성 및 수율에 관한 연구를 수행하였다. 통기량을 생육단계(약 10시간)는 호기적인 2 vvm, 300 rpm에서, 생산단계는 반호기적 조건인 1 vvm, 300 rpm으로 조절한 결과 균체의 농도가 10시간 만에 약 4.7 g/ℓ까지 증가하여 농축균을 사용한 것과 같은 효과를 얻을 수 있었으며, 4일 후에 0.58/ℓ 의 수율과 0.25 g/ℓ․h의 생산성으로 약 24 g/ℓ의 자일리톨이 생산되어 농축균을 이용한 것보다 약간 더 우수하였다. 또한 생산단계에서 xylose를 이용한 세포의 성장을 감소시키기 위해 생산단계에서 포도당을 6.8 g/ℓ․day로 공급한 결과 4일 후에 0.8 g/g의 수율과 0.31 g/ℓ․h의 생산성으로약 29.4 g/ℓ의 자일리톨을 생산하여, 포도당 공급을 하지 않았을 때보다 약 20~30%의 증가를 보여주었다.

Two stage fermentations of glucose/xylose mixture which is similar composition with rice straw hemicellulose hydrolysate were performed by Candida mogii ATCC 18364. In first stage, glucose was consumed rapidly for cell growth in aerobic condition (2 vvm, 300 rpm), then D-xylose was used for xylitol production in semi-aerobic condition (1 vvm, 300 rpm). After 4 days of fermentation, about 24 g/ℓ xylitol was produced with a yield of 0.58 g/g and volumetric productivity of 0.25 g/ℓ․h. To improve the xylitol yield by reduction of xylose consumption for cell growth and maintenance, D-glucose was continuously supplemented during the second stage of fermentation. By D-glucose feeding of 6.8 g/ℓ․day, xylitol was produced up to 29 g/ℓ with a yield of 0.8 g/g and volumetric productivity 0.30 g/ℓ․h which are 1.2-1.3 times higher than those obtained without D-glucose feeding.