Earticle

지구에 왜 바다가 육지보다 많아야 되는지를 이해하기 시작한 것은 비교적 최근의 일이다. 기후변화와 이산화탄 소 저감 문제로 해양에 대한 연구가 본격화 되면서 해양 의 역할을 점차 이해하게 된 것이다. 특히 해양 미생물을 비롯한 해양생물들이 지구의 이산화탄소 등 물질 순환에 매우 중요한 역할을 하고 있다는 사실이 상세히 밝혀지고 있다. 그동안 해양미생물의 1% 만이 현재의 기술로 배양 이 가능하여 99%를 이해하지 못하였는데, 최근 해양미생 물유전체기술의 급속한 발전으로 해양생물의 이해와 이들 의 산업적 이용이 가능해지고 있다. 금년 6월 9일 미국 상원에서는 “The Blue Economy: The Role of the Ocean in Our Nation's Economic Future” 라는 주제의 청문회가 열렸다 [1]. 이제는 해양의 과학적 이해를 넘어 산업화를 통한 경제체제의 구축이 시작되고 있는 것이다. 흔히 ‘21세기는 바이오시대’라고 말하고 있다. 바이오를 기반으로 하는 생명공학 기술의 응용 분야는 매우 넓어서 의약, 재료, 환경, 에너지 등 인류의 생존에 필요한 대부분의 역할이 포함하고 있다. 이러한 생명공학의 응용 영역에 해당하는 모든 분야에서 해양생물들의 역할이 점 차 중요해 지고 있어 이제는 ‘21세기는 해양바이오시대’ 라고 불리게 될 것으로 예견되고 있다. 이러한 변화의 가 장 큰 요인은 그동안 베일에 싸여있던 해양생물들에 대한 이해가 크게 확대되어 가고 있고 산업바이오기술이 급속 히 발전되고 있기 때문이다. 점차 심각해지고 있는 우리나라의 자원 및 에너지 고 갈문제 해법의 하나도 해양에 있다. 최근 선진각국에서는 생물자원을 이용한 화학, 소재, 에너지 제품 생산에 막대 한 투자를 하고 있다. 그러나 우리나라에서는 생물자원의 부족으로 이 분야의 연구개발 및 산업화가 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 그러나 우리에게는 바다가 있다. 육지면적 보다 훨씬 더 넓은 바다에서 막대한 양의 해양 생물자원을 얻을 수 있으며, 이러한 해양생물자원의 효율 적 이용기술의 개발은 해양바이오시대를 여는 중요한 전 기가 될 것이다. 지구의 총면적에서 70%에 달하는 면적 을 차지하는 해양에는 약 30만종의 생명체가 서식하고 있으며 이는 지구 전체 생물의 80%에 해당한다. 해양이 가지는 생태학적 가치는 실로 엄청나다고 할 수 있는데, 그 규모가 매년 21조 달러에 달한다는 연구 결과가 발표 된 사례가 있다 [2]. 한편, 여러 해양생물자원 중 우리가 특히 주목을 해야 할 것이 있다면 이는 단연 해조류라고 할 수 있다. 우리 나라를 비롯하여 일본, 중국 등 아시아 국가들이 주로 양 식에 의해 생산하고 있는 해조류 자원의 개발과 활용은 육상식물자원의 부족으로 인해 침체되어 있는 우리나라 산업바이오분야를 세계적인 수준으로 끌어 올릴 수 있을 것으로 생각된다. 미국, 유럽 주도의 기존 바이오기술에 크게 뒤쳐져있는 우리로서는 해조류기반 해양바이오기술 의 개발을 통해 세계를 주도해 나가는 새로운 전략을 수 립할 필요가 있다. 해양바이오시대가 본격화 될 것으로 전망되는 가장 큰 이유 중의 하나는 해양자원을 이용한 새로운 기술이 앞 으로 기존의 화학공업을 대체하거나 새롭게 변모시킬 수 있을 것으로 전망되기 때문이다. 현재의 화학공업은 석유 를 기반으로 하여 수많은 종류의 화학제품과 수송용 연료 들을 생산해 내고 있다. 그러나 석유자원의 고갈과 이산 화탄소 배출 규제 등 여러 가지 여건의 변화로 인해 기존 화학산업의 혁신적인 변화가 요구되어지고 있다. 세계적 기반을 가지고 있는 화학산업과 우리나라의 독자적 기반 으로 빠르게 성장하고 있는 해양바이오기술을 접목하면 세계적 경쟁력을 가진 해양화학생물산업을 일구어 낼 수 있다고 판단된다. 본 글에서는 풍부한 해양자원을 기반으로 발전하고 있는 해양화학생물산업 분야 중 세계적으로 각광 받고 있으며 우리나라에서도 발전 가능성이 큰 분야로 해조다당류산업, 해양신소재산업, 해양바이오연료산업, 해양제염산업, 해양 심층수산업 등 다섯 분야를 선정하고 이들 분야의 현황과 전망을 소개하고자 한다.

As we move into the 21st century, the importance of marine resources is certain to increase due to the accelerated exhaustion of land resources. For the sustainable development of the world, therefore, we need to develop marine chemical bioindustries which enable us to produce industrial chemicals, advanced materials, fuels, and minerals from marine resources such as seaweeds and seawater. In this review, we selected five marine chemical bioindustries which include 1) seaweed polysaccharide industry, 2) marine advanced materials industry, 3) marine biofuel industry, 4) marine sea salt industry, and 5) deep-sea water industry, and discussed the current status and future prospects of each industry sector. It has been assessed that the future of marine chemical bioindustry looks very promising although there are many needs for more intensive research investments on marine bioprocess development through close cooperation between marine biologists and biochemical engineers.

과산화수소 (Hydrogen peroxide, H2O2)는 표백제, 산화 제 등에 광범위하게 사용되는 화학물질로 최근에는 인쇄기 판 에칭용, 반도체 산업, 세척염색공업 및 제지 공업, 콘텍 트 렌즈 소독 등에 이르기까지 그 수요가 확대되고 있는 실정이다. 뿐만 아니라 유제품이나 발효 식품 공정 중 미 생물의 제거를 위해 과산화수소가 사용되고 있다. 한편, 이 들 공정에 사용된 후 잔존하는 과산화수소 분해 등의 문제 가 대두 되고 있다. 더욱이 과산화수소의 사용량은 계속 증 가하고 있어 이러한 과산화수소를 함유한 폐액의 양도 점차 증가하고 있다. 노화방지, 웰빙 등에 대한 현대인들의 관심 이 고조되어 가고 있는 가운데, 환경 친화적인 기술의 하 나로 생화학적 방법으로 과산화수소를 처리하기 위한 생물 효소에 관한 연구에 관심을 많이 갖고 있다. 그 대표적인 방법이 카탈라제를 이용하는 방법이다. 카탈라제는 1910년에 Wolff와 Stoecklin에 의해서 적혈 구로부터 최초로 순수 분리되어졌고, Sumner에 의해 1937년 결정화 되었으며, 1941년 순수 분리의 방법 또한 재정리되 었다. 대부분의 카탈라제는 아미노산의 조성 성분에서는 차이를 나타내고 있지만, 물리적인 특징은 거의 유사하다. 카탈라제는 과산화수소를 산소와 물로 분해하는 효소로서 세균에서 동, 식물에 이르기까지 광범위한 생물에서 발견 되며 다양한 종으로부터 분리되고 연구되어 왔다 [1-4]. 카탈 라제는 일반적으로 헴그룹 (heme group)을 갖는 산화/환원 효소로서 진핵세포의 퍼옥시좀에 다량 함유되어 있으며 특히 동물의 간에 다량 존재한다 [5-6]. 카탈라제의 일반적인 특징은 약 220-300 KDa의 분자량 을 갖고, 4개의 동일한 소단위체로 구성되어 있는데, 소단 위체 각각의 분자량은 대략 55-68 KDa 정도이다. 카탈라 제를 생산하는 방법은 고등 동물로부터 카탈라제를 분리하 는 방법과 유기용제로 곰팡이를 사멸하여 자가 분해 방법 에 의해 추출, 침전 및 회수, 비수용성 물질을 제거하고 효 소액을 제조하는 방법이 대표적이다 [6-7]. 동물의 간으로 부터 생산되는 카탈라제는 그 양이 산업적으로 사용하기에 부족하나 Penicillium이나 Aspergillus niger와 같은 미생 물로부터 높은 효소 활성을 가지는 카탈라제가 생산되면 서 산업적인 용도로 개발되기 시작하였다 [5-9]. Bacillus, Streptomyces, Pseudomonas 등의 박테리아와 관련된 연구 들도 활발히 진행되었는데, 대부분의 연구들은 katA, katB, katE 등의 유전자에 관한 것이다. 이들 연구는 산화적 스트 레스의 기작이나 삼투 스트레스 등에 관한 것으로 카탈라제 의 생산이나 산업적 응용 등과는 무관한 연구들이다 [10-12]. 따라서 산업적 용도로 개발하기 위한 카탈라제를 생산하는 토착 균주의 분리 및 확립에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 국내 토양 미생물로부터 효과적으로 카탈 라제를 생산할 수 있는 균주를 분리하여 카탈라제 효소의 온도와 pH 변화에 따른 활성 변화 및 장기간 저장 안정성 등에 관하여 조사하고자 한다.

This study investigated the production of catalase from Bul-kyo soil bacteria through fermentation process. Isolation and selection of bacteria was performed through chemical and physiological analysis. Catalases were produced from bacteria which belong to 3 different species (Bacillaceae bacterium BKBChE-1, Bacillus sp. BKBChE-2, Bacillus flexus BKBChE-3) confirmed by using 16S rDNA sequence method. The catalases were found to be stable in the temperature range of 30℃-60℃ for BKBChE-1, BKBChE-2 and BKBChE-3 and also in the pH range of 9.0-12.0 for BKBChE-1 and BKBChE-3. Long-term stability of the catalases was about 20 days at 4℃. However, BKBChE-2 has kept its activity over 30 days at 4℃.

마이크로 수준의 특정 영역에 선택적으로 세포를 고정화 시키는 패터닝 (patterning) 기술은 바이오 센서 (Biosensor) 및 바이오칩 (Biochip) 개발에 있어 필수불가결한 기반 기술 로 간주되고 있다 [1-2]. 현재까지 단백질, 유전자, 탄수화 물, 세포 등과 같은 생체물질의 패터닝 기술은 대부분 전통적 인 반도체 공정 기술을 이용한 방법과 달리 고분자를 이용 한 softlithography 방법으로 이루어진다 [3-4]. 이러한 패 터닝 기술을 기반으로 구현된 바이오센서 및 바이오칩은 기존의 분석 방법과 비교하였을 때 적은 양의 시료로 짧은 시간에 높은 작업처리량을 나타낼 수 있어 많은 사람들로 부터 각광을 받고 있다 [5-6]. 최근 특정한 지역에 고정화 된 세포를 통하여 구현된 세포칩은 세포의 대사작용, 생존 능력, 세포의 생리학적 반응 및 세포 자연사 등의 결과를 이용하여 바이오마커 (bio-maker), 신약개발, 병원균과 독성 물질 검출 및 순수생물학 연구에 활용가치가 매우 높은 중요 한 기술로 판단되고 있다. 지금까지 보고된 세포패터닝 방법은 마이크로컨택트프린 팅 (microcontact printing; μCP) 방법, 모세관 현상을 이용 한 micromolding in capillaries (MIMIC) 방법, 그리고 반도 체 공정기술을 이용한 photolithography 방법이 있다 [7-8]. MIMIC 방법은 물이 좁은 유리관을 따라 움직이는 모세 관 힘을 이용하는 방법으로 대표적인 방법은 먼저, 미세채 널을 가진 PDMS를 표면 위에 접촉시킨 후 고분자 용액을 주입하여 스탬프의 채널부분을 채워 준다. 이 고분자를 경 화시킨 후 PDMS 스탬프를 제거하여 원하는 패턴을 형성 할 수 있다. 본 그룹에서는 최근 MIMIC 방법으로 형성된 polyethyleneglycol (PEG) 구조체를 이용하여 단백질, 박테 리아, 동물세포의 패터닝을 제시하였다 [9]. 한편, 마이크로컨택트프린팅 (microcontact printing) 방법 은 softlithography 공정으로 제작된 PDMS 마이크로스탬프 위에 구현하고자 하는 표면물질을 잉크로 사용하여 원하는 표면위에 손쉽게 프린팅 방법을 통하여 특정영역을 표면 개질 시킬 수 있다. 상기의 방법을 이용하여 다양한 세포의 비특이적 결합 방지를 할 수 있는 화학물질을 이용하게 되 면 손쉽게 세포 패터닝을 구현할 수 있다 [10-11]. 세포의 비특이적인 결합을 방지하기 위해 이용되는 가장 널리 사용 되는 화학물질은 다가의 하이드록실기를 가지는 PEG 구조 체가 유용하게 이용된다 [12-14]. 하지만, 이 방법은 세포 의 방지 표면을 구현할 수 있으나 세포의 부착력을 높일 수 있는 표면을 동시에 처리하기가 매우 어렵다. 전통적인 반도체 기술을 이용한 Photolithography 공정을 이용하여 PEG 패턴을 마이크로 수준에서 정확하고 정밀하 게 제작할 수 있다 [15-16]. 하지만 이 방법은 제작 공정이 복잡하고 높은 공정비용과 고가의 장비를 필요로 한다. 또한 포토레지스트를 이용하게 되면 단백질 또는 세포의 고유의 생물학적인 성질에 영향을 주어 활성이 감소될 수 있다. 상기의 문제점을 해결하기 위해, 본 연구에서는 이중전사 방법을 이용하여 세포칩 표면을 세포의 부착력을 높일 수 있는 영역과 세포의 비특이적 결합을 방지할 수 있는 영역을 동시에 가질 수 있도록 구현하는 방법을 통하여 손쉽게 세포 를 원하는 크기와 모양을 손쉽게 구현할 수 있도록 하고자 한다. 즉, 이 기술에 의해 구현된 2차원 가능성 표면에서 고분자 전해질은 세포가 부착하여 성장할 수 있는 환경을 제공하고 PDMS는 세포의 비특이적인 결합을 방지한다.

This study presented facile method of cell patterning using fabricated PDMS patterns on polyelectrolyte coated surface. This basic principle is the fabrication of functional surface presenting two orthogonal surfaces such as cell adhesive and repellent properties. Cell adhesive surface was firstly fabricated with simple coating of polyelectrolyte multilayer. And then, the desired patterns of PDMS for the prevention of nonspecific binding of cells were transferred onto the previously formed thin film of polyelectrolyte multilayer. Thus, we could prepare novel functional surface simultaneously containing PDMS and polyelectrolyte region. As expected, the PDMS regions showed effective prevention of nonspecific binding of cell and the other region, exposed polyelectrolyte area, provided cell adhesive environment. The height of formed PDMS structure was about 100 nm. Based on this method, cell patterning can be successfully obtained with various pattern shapes and sizes. Therefore, we expect that this simple method will be useful platform technology for the development of cell chip, cell based assay system, and biochip.

지질 (lipid)은 인체에 있어 가장 큰 에너지원일 뿐만 아 니라 생체 내 여러 가지 생물학적 과정에서 중추적인 역할 을 하는 것으로 알려져 왔다 [1]. 지방산 (fatty acid)은 이러 한 지질이 가수분해 되어 생성되는 물질로써 형태에 따라 포화지방산 (saturated fatty acid, SFA)과 불포화지방산 (unsaturated fatty acid, USFA)으로 나뉘며, 불포화지방산은 이중결합의 수에 따라 단일불포화지방산 (monounsaturated fatty acid, MUFA)과 다중불포화지방산 (polyunsaturated fatty acids, PUFA)으로 나뉜다. 단일불포화지방산은 palmitoleic acid (16：1n-9)와 oleic acid (18：1n-9)가 대표 적이며, 다중불포화지방산의 경우 linoleic acid 혹은 α-linolenic acid의 기원에 따라 각각 n-6계 다중불포화 지방산과 n-3계 다중불포화지방산으로 나뉜다. 이들은 꼭 필요하지만 생체에서 생성될 수 없어 음식으로 섭취해 주 어야 하기 때문에 필수지방산 (EFA, essential fatty acid) 이라고 부른다. n-6계 다중불포화지방산은 linoleic acid (18：2n-6), arachidonic acid (20：4n-6) 그리고 n-3계 다 중불포화지방산은 LNA (linolenic acid, 18：3n-3), EPA (eicosapentaenoic acid, 20：5n-3), DHA (docosahexaenoic acid, 22：6n-3)를 들 수 있는데 전자가 결핍 될 경우에 성장지연, 피부손상, 생식장애, 지방간, 조갈증 등이 야기 되는 반면에 후자의 경우에는 학습능력 감퇴, 망막기능 장 애, 시각 장애 등의 증상이 나타나, 각기 다른 계열의 다 중불포화지방산은 결핍시에 서로 다른 증상을 유발시키는 것으로 알려져 있다 [2-3]. 오늘날 선진국을 비롯한 현대인들의 식습관이 변화함 에 따라 지방산 흡수의 불균형이 야기되고 있다 [4-5]. 특히, n-6 지방산：n-3 지방산의 권장 섭취 비율이 1-4：1인데 비해 실제로는 서양의 경우 15-16：1을 나타내며 우리나라 의 경우 5-8：1 섭취 비율을 보임으로써 식이 불균형이 점 차 증가하는 추세로 나타났다 [5-6]. 이와 같이 환경변화에 따른 스트레스, 오염 등과 더불어 식습관의 변화는 인체의 변화를 가져왔고 다양한 질병의 원인이 되었다. 따라서 여러 연구기관에서 이러한 변화를 시정하는 일환으로 식품 혹은 생물로부터 지방산의 함량을 알아보고, 특히 n-3계 다중불 포화지방산과 질병과의 관련성을 찾는 연구, 예로 n-3계 다중불포화지방산의 함량 변화에 따른 심장혈관질환, 항 당뇨, 항염증, 함암의 효과를 검증한 다수의 결과가 보고 된 바 있다 [7-10]. 불포화지방산은 염분에 의한 스트레스나 수분을 조절하 는 것으로 알려져 있는데 [11], 이러한 이유로 n-3계 다중 불포화지방산은 생선, 고래, 조개 등의 바다생물이나 해조 류와 같은 특정 식물에서 주로 발견된다 [12]. 염습지나 조간대는 조류, 온도 및 염분과 같은 규칙 혹 은 비규칙적인 외부 요인에 의해 일반 육상 환경과 다른 극한 환경으로 분류된다. 따라서 이곳에 서식하는 생물은 이에 적합한 적응 기작을 발달시키기 위하여 독특한 생리 활성 물질을 가지는데 특히, 환경적 이온 농도의 차이에 의해 단백질과 지질 및 지방산을 풍부하게 가지는 것으로 확인되었다 [13]. 염생식물은 해조류나 어류와 같이 염분이 많은 해안의 염생습지에서 서식하면서 먹이 연쇄의 기초 생산자 역할 을 하는 식물이다. 이들은 세립질 입자에 뿌리를 내려서 조류 흐름으로 인한 침식 활동을 억제하며, 조간대의 염분 농도에 따라 서식지를 이동하는 특징을 가지므로 염생식 물 서식지의 대상분포 변화를 통한 조간대의 환경 변화를 파악할 수 있는 좋은 환경 요소가 된다 [14]. 최근 오염 물질의 정화 능력이나 다양한 약리적인 효과로 인해 관심 의 대상이 되고 있으며 재배를 통한 이용 가능성이 날로 증가하고 있다 [15,16]. Weete 등 [17]에 의하여 염생식물 S. bigelovii의 지방산 분포가 연구된 바 있으며 특히, 지 방산의 경우에는 분석에 있어 안정성, 민감성, 신속성 등 의 이유로 organic tracer로써의 역할을 하므로 이러한 연 구는 염생식물을 통한 하구의 먹이관계를 연구하는 지표 로 사용될 것이다. 일반적으로 어류나 해조류에 대한 지방산 분석은 보고 된바 있으나 염생식물에 대한 성분 조성을 비롯한 전반적 인 기초과학적 연구가 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에 서는 우리나라의 서해안 일대에 서식하는 26종의 염생식 물을 이용하여 지방산, 특히 n-3계 다중불포화지방산의 함 량을 알아봄으로써 식물유전자원 수집을 위한 기초자료로 제시하며, 기능성 식품의 소재로써 활용가치를 재조명 함 으로써 그 이용가능성에 대해서 검토하고자 한다.

Fatty acid is an important component of many biological processes. However, an imbalance in diet-especially, a n-3 polyunsaturated fatty acids (PUFAs) deficiency-causes several diseases such as diabetes, cardiovascular disease and cancer. In this study, we analyzed the fatty acid contents and compositions of 26 species of Korean salt marsh plants and found high fatty acid contents from S. herbacea (148.75 μg/mg-dry wt.), S. komarvii (119.05 μg/mg-dry wt.), C. heterocarpa (79.23 μg/mg-dry wt.), A. capillaris (71.65 μg/mg-dry wt.), and L. tetragonum (67.02 μg/mg-dry wt.). In the case of saturated fatty acids (SFAs) composition, palmitic acid is richest in most salt marsh plants. On the other hand, oleic acid and linoleic acid are major components of monounsaturated fatty acid and n-6 PUFA, respectively. In addition, n-3 PUFAs such as LNA (linolenic acid), EPA (eicosapentaenoic acid), and DHA (docosahexaenoic acid) known as the main fatty acid components of fish oils and seaweeds, were also found in S. herbacea, S. komarvii, T. tetragonoides, A. capillaris and G. littoralis.

현재까지 바이오에탄올 제조에는 식물계에서 유래한 전 분과 당이 이용되고 있으나 연료용 에탄올의 대량생산을 위해서는 섬유소계 (lignocellulosic) 바이오매스를 이용해 야 한다. 섬유소계 바이오매스는 바이오연료 및 고부가가 치 바이오기반 물질로 전환하기 위한 잠재적인 당 (sugar) 소스로서 인식되어져 왔다. 리그노셀룰로스는 셀룰로스 (cellulose), 헤미셀룰로스 (hemicellulose), 리그닌 (lignin) 의 세 가지 중합체로 구성되어있다. 이 세가지 물질은 모 두 화학적, 물리적, 구조적으로 분명하게 다른 특징을 갖 는다. 헤미셀룰로스는 상대적으로 무정형이며 xylanase, glycosidase에 의해 당으로 분해되지만 셀룰로스는 높 은 결정성구조를 지닌다. 리그닌은 방향족 고분자로서 phenylpropanoid 단위로 구성되어 있으며 셀룰로스와 헤미 셀룰로스를 결합시키는 접착제로서 작용하며 리그노셀룰 로스에 내구성을 갖게 한다. 섬유소계 물질이 바이오에탄올로 전환되기 위해서는 다 음의 세단계를 거쳐야 한다: ① 다당류 (polysaccharide) 의 미생물 혹은 효소 분해반응을 증진시키기 위한 전처리 (pretreatment); ② 셀룰로오스 (cellulose)와 헤미셀룰로스 (hemicellulose)를 발효가 가능한 환원당 (reducing sugar) 으로 전환하는 가수분해단계; ③ 당을 에탄올로 전환하는 발효단계. 이중 섬유소계 바이오매스를 이용한 바이오에탄 올 생산에서 극복해야할 가장 중요한 단계는 전처리이다. 효소 또는 미생물에 의한 리그노셀룰로스의 가수분해는 셀룰로오스 자체의 내구성과 리그닌의 난분해성 때문에 전처리가 반드시 선행되어야 한다. 적절한 전처리 없이는 리그노셀룰로스 중의 셀룰로스로부터 이론적 당화수율의 20% 정도의 당화가 가능하지만 적절한 전처리를 거친 후 효소당화 하게 되면 이론적 수율의 90%이상까지 포도당 으로 전환 할 수 있다. 전처리 과정에서 리그노셀룰로스는 리그닌과 헤미셀룰로스로 분리되며 셀룰로오스의 결합이 느슨한 형태로 바뀌고 셀룰로오스 또한 부분적으로 분해되 어 효소가 좀 더 쉽게 셀룰로오스에 접근할 수 있는 구조 로 바뀌게 된다 [1-3]. 지금까지 여러 전처리 방법들이 제시되어 왔고 그중 organosolv pretreatment도 그 중 하나이다. organosolv pretreatment는 제지공정의 organosolv pulping을 응용 한 방법이며 이 organosolv pulping을 통해 리그닌이 선택 적으로 추출되며 추출된 리그닌은 다른 이물질이 함유 되지 않아 부가가치가 높은 다른 화학물질로의 전환 공 정 개발이 용이하여 이와 관련된 여러 연구가 진행된 상 태이다. 하지만 에탄올을 용매로 사용하는 ethanosolv (ethanol organosolv pretreatment)는 목재 바이오매스 를 처리하는 몇몇 연구가 진행되었을 뿐이다. 에탄올은 고온, 고압 하에서 주로 소수성 화합물인 리그닌을 용해 한다고 알려져 있다. 또한 에탄올은 취급이 용이하며, 중화를 시켜야 하는 경제적 부담도 제거되고, 장치 설계 시 고려되는 산화에 대한 부분을 경감시켜 줄 수 있다. 그리고 에탄올의 끓는점이 물보다 낮기 때문에 물과 분리 가 쉽고 에탄올은 수거해 재사용 할 수 있다는 큰 장점 을 갖고 있다 [4-7]. 보릿짚은 우리나라 농업부산물 바이오매스 중 가장 이 용률이 낮으며 벼 이앙하기 전에 대부분 토양의 산성을 방지하기 위해 소각 처리하는 경우가 많으며 농촌 환경오 염을 일으키는 원인이 되고 있다. 그러나 보릿짚은 발생 장소 및 시기가 집중되어있기 때문에 수거비용이 적고 품 종별로 균일한 바이오매스를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 현재 전국의 보리 재배 면적은 약 15만 ha이며 이중 20% 가 전라북도에 집중되어 있다. 따라서 농업부산물로서 발 생하는 보릿짚을 바이오 에탄올의 원료로 사용함으로써 농업의 에너지 산업화를 촉진 할 수 있다. 바이오매스의 리그닌함량은 최종적인 가수 분해율에 결정적인 영향을 미치고 셀룰로스의 결정성은 효소가 기질에 접근할 수 있는 흡착 자리에 영향을 미치기 때문 에 초기가수분해 속도에 영향을 미치며 총 가수분해 시 간 및 투입해야 하는 효소량을 결정짓는다 [8-11]. 따라 서 본 연구에서는 에탄올을 생산하기 위한 보릿짚의 전 처리에 ethanosolv공정을 적용하여 타당성과 함께 적정 공정조건을 탐색하기 위하여 전처리를 통한 리그닌제 거율에 초점을 맞추었다. 이외에 XRD 측정을 통하여 결정도를 분석, ethanosolv 처리가 바이오매스의 결정 도에 미치는 영향 및 리그닌제거와 결정도와의 관계를 확인하였다.

Lignocellulose represents a key sustainable source of biomass for transformation into biofuels and bio-based products. Unfortunately, lignocellulosic biomass is highly recalcitrant to biotransformation, both microbial and enzymatic, which limits its use and prevents. As a result, effective pretreatment strategies are necessary. The vast majority of pretreatment strategies have focused on achieving a reduction of lignin content. In this work, an ethanosolv pretreatment has been evaluated for extracting lignin from barley straw. 75% ethanol was used as a pretreatment solvent to extract lignin from barley straw. The influence on delignification of three independent variables are temperature, time, catalyst (1 M H2SO4) dose. The best pretreatment condition observed was 180℃, 120 min, 0.2% H2SO4 and delignification was 38%. A combined roasting and ethanosolv, 2-step pretreatment, was developed in order to improve the delignification. Roasting didn't increase the delignification but reduced the pretreatment time. X-ray diffraction results indicated that these physical changes enhance the enzymatic digestibility in the ethanosolv treated barley straw. The cellulose in the pretreated barley straw becomes more crystalline without undergoing ethanosolv.

인디루빈 (indirubin)은 당귀 롱휘 완 (Danggui Longhui Wan)의 활성 성분으로 만성 골수성 백혈병 (chronic myelogenous leukemia) 치료에 이용되어 온 전통 한방처 방으로 11종의 약재가 있으며 일부는 그 자체가 여러 종류 의 약재로 구성되어 있다 [1,2]. 30여년 전 인디루빈의 특정 종류의 암에 대한 항암작용이 발견되었으나, 인디루빈 자체 가 물에 거의 용해되지 않고 체내에서의 흡수가 어려워 매우 낮은 생체이용률을 나타내기 때문에, 현재 생체이용률을 향상시키기 위해 인디루빈 유도체 개발에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 최근 연구에서는 인디루빈과 인디루빈 유도체가 세포주기 를 저지함으로써 세포 분열을 막고 CDK (cyclin-dependent kinase) 저해제 역할을 한다는 연구 결과들이 발표되었다 [3-5]. CDK는 세포주기를 조절하는 단백질로서 세포 사멸, DNA 전사, 세포 분화 등을 조절하는 중요 인자로 암세포 의 성장을 억제 하는데 있어서 CDK의 저해는 매우 중요하 다. 인디루빈은 CDK에 ATP가 접근하지 못하도록 하는 역할 을 하는데 에너지원으로 작용하는 ATP가 없으면 CDK는 작용하지 않아서 세포 분열이 방해받게 된다. 인디루빈 유도체 중 indirubin-3'-monoxime은 세포사멸 유 발과 G1과 G2-M 단계에서 세포 주기를 저지함으로써 종양 세포 분열을 억제시키는 효능이 있는 것으로 알려져 있다. 최근에는 새로운 인디루빈 유도체로서 대량 합성이 가능한 5'-nitroindirubinoxime (5'-NIO)이 폐 내에 존재하는 암세포 의 세포사멸을 유발하고 CDK-2의 억제제로서 탁월한 효능 을 가지고 있다는 연구 결과가 보고되었다 [6]. 또한 5'-NIO 는 기존 두경부암 혹은 구강암에 사용되는 5-FU와 cisplatin 에 비해 더 좋은 항암 효과를 보이는 것으로 보고되었으나, 아직까지는 항암 활성에 대한 정확한 메카니즘은 알려지지 않았다. 인디루빈 유도체의 개발과 효능에 대한 연구는 지속 적으로 이루어지고 있으며 5'-fluoroindirubinoxime (5'-FIO), 5'-trimethylacetaminoindirubinoxime (5'-TAIO) 등의 유도체 들도 in vitro 연구에서 세포 분열 억제 효능에 좋은 결과를 나타내고 있으며, 동물 실험을 통해 종양 세포의 성장 억제 에 대한 연구 또한 진행되고 있다 [7]. 약물의 물에 대한 낮은 용해도로 인한 생체이용률 문제를 해결하기 위한 방법들로는 나노입자, 포접복합체 (inclusion complexation), 마이크로에멀젼 (microemulsion), 전구 약물 (prodrug), 고체분산체 (solid dispersion) 등이 있다. 이와 같은 방법 중 고체 분산체 기술은 polyvinylpyrrolidone, hydroxypropyl methylcellulose, polyethylene glycol 등의 수용성 고분자를 이용하여 약물을 분자 또는 나노 수준으 로 분산시켜 약물의 표면적과 적심성 (wettability)을 증가 시키는 동시에 무정형 상태로 변화시켜 약물의 용해도 및 생체이용률을 향상시키는 방법이다. 고체분산체를 제조하는 대표적인 방법으로는 용융법, 용매 증발법 등을 들 수 있으며, 용융법은 혼합물을 공융점 이상 의 온도에서 용융시킨 후 급속히 냉각시키는 방법으로 용융 상태에서 약물과 수용성 고분자간의 상용성 (compatibility) 이 성공적인 고체분산체 제조를 위한 필수요소이다. 하지만 상용성의 제약 때문에 1970년대 이후 용매를 이용한 방법이 연구되기 시작하였다. 용매증발법은 약물과 고분자를 용매 에 녹인 후 용매를 서서히 증발시켜 고체분산체를 제조하 는 방법으로 약물과 고분자가 용매에 충분히 용해되어야 한다는 전제하에서 사용되며 잔류 용매의 제거가 필수적으 로 요구된다 [8]. 용융법, 용매증발법 등의 전통적인 고체분산체 제조법의 경우 약물과 고분자간의 상용성 제약, 높은 공정 온도 등의 문제점이 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으 로 최근 초임계 유체를 이용하여 고체분산체를 제조하려는 시도가 이루어지고 있다. 초임계 공정에서 가장 널리 이용 되고 있는 초임계 이산화탄소는 임계 온도 (31.1℃), 압력 (73.8 bar) 이상에서 액체에 가까운 밀도와 기체와 유사한 빠른 확산성을 보이며 점도와 표면장력이 매우 낮을 뿐만 아니라 독성이 낮고 비가연성이다. 본 연구에서는 뛰어난 항암작용을 가지나 물에 대한 용해 도가 매우 낮은 5'-NIO (Fig. 1)의 가용화를 위해 수용성 고분자인 polyvinylpyrrolidone K-30 (PVP K-30)과 비이온 계면활성제인 poloxamer 188 (P188)을 사용하여 초임계 입자 제조 공정의 하나인 ASES (aerosol solvent extraction system) 방법으로 2성분계 및 3성분계 고체분산체를 제조 하였다. 각 성분의 조성을 변화시켜 다양한 고체분산체 입자 를 제조한 후 약물의 함량, 물에 대한 용해도, 방출 거동 및 입자형상을 분석하여 고체분산체 제조를 위한 초임계 유체 공정의 가능성을 확인하고자 하였다.

In this work, 5'-nitroindirubinoxime (5'-NIO) has been prepared as solid dispersions using a supercritical aerosol solvent extraction system (ASES) process in order to enhance its water solubility and dissolution rate. Solid dispersions of 5'-NIO and poly(vinyl pyrrolidone) (PVP) were prepared in various weight percent ratios. Three-component solid dispersions consisting of 5'-NIO, PVP, and poloxamer 188 (P188) were also prepared to study the influence of P188 level on their morphology, crystallinity, and dissolution behavior. All samples were prepared at 35℃ and 180 bar using supercritical carbon dioxide. The particle morphology and size of the two-component solid dispersions were found to be nearly spherical and much smaller (100-200 nm) compared with the original 5'-NIO. The morphology of three-component solid dispersions became more agglomerated as the level of P188 increased. The crystallinity of the original 5'-NIO was not observed in the solid dispersions prepared by the ASES process. Faster dissolution rates were observed for the three-componet solid dispersions because the arrangement of ethylene oxide and propylene oxide blocks of the poloxamer 188 enabled the formation of micelles in an aqueous phase.

신생혈관형성 (angiogenesis)은 기존의 혈관에서 새로운 혈관이 생성되는 일련의 과정을 일컫는 용어로서, 태아의 발생, 여성의 월경, 상처 치유과정 등의 정상적인 상황 뿐 아니라 암세포의 성장과 전이, 류머티즘 관절염, 당뇨병성 실 명증 등의 여러 질병에서도 필수적으로 요구되는 것으로 알 려져 있다 [1,2]. 신생혈관형성을 매개하는 요소들로서 암세포와 혈관내 피세포와의 결합에 중요한 역할을 하는 부착 분자는 크게 selectin, cadherin 및 immunoglobulin superfamily (IGSF) 로 분류된다. 특히 혈관내피세포와 종양전이에 중요하며 이 과정에 작용하는 부착분자가 IGSF군으로 intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1; CD54)과 vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1; CD106)이 여기에 포함 된다. Selectin은 E-selectin, P-selectin, L-selectin을 포함 하는 막전위 세포부착 글리코단백질의 또 다른 그룹이며, E-selectin과 P-selectin은 ICAM-1과 VCAM-1 처럼 두가지 형태로 존재한다. 하나는 세포간 상호작용을 매개하는 막전 위 형태이며, 하나는 가용성의 분비물 형태이다. 가용성 형태 의 E-selectin은 쥐의 각막을 이용한 in vivo에서 신생혈관을 형성할 뿐 만 아니라, 인간 내피세포를 이용한 in vitro에서 도 세포 이동의 강력한 자극자로서 역할을 한다. 또한 VE-cadherin에 의한 세포-ECM 상호작용, 세포간 부착 조절은 신생혈관 형성동안에 중요하다. VE-cadhrin은 내피세포의 방벽의 기능인 신생혈관형성을 매개한다. ICAM-1 은 cytokine에 의해 유도되는 부착 분자로 분자량이 70-110 kD 인 당단백질이다. 이는 종양세포 뿐 아니라 혈관내피세포, 조직거대세포, 단핵구, B세포, 활성화된 T세포 및 임파절 배중심의 수지상 세포와 흉선의 상피세포, 섬유모세포 등에 서 광범위하게 표현된다 [3-5]. 세포외막의 기질로의 세포 부착은 integrins에 의해 매개되며, 세포부착동안에 ECMintegrin의 범위에서 생물학적 중요성은 잘 알려져 있지 않다. 비록 integin이 내피세포부착과 이동에 특이한 세포-ECM 상호작용을 지원하지만, integrin의 특이한 부분적 집합에 의한 근원적인 작용기작은 상처치유 및 신생혈관형성의 발달 을 매개한다. β2 integrin군인 leukocyte function associated antigen-1 (LFA-1, CD11a/CD18)과 comolement receptor type-3 (CR-3, MAC-1, CD11b/CD18)가 주요 ligand로 작용 하며 [6], interleular-1β, tumor necrosis factor-α, interferon-γ (INF-γ)와 세균의 lipopolysaccharide, phorbol myristate acetate (PMA), retinoic acid등이 ICAM-1의 표현을 유도 또는 증가 시킨다 [7]. 종양에서는 악성림프종과 대장암, 신장암, 췌장 암, 간암과 같은 선암조직뿐 아니라 암세포 주위의 간질과 종양침윤림프구에서도 ICAM-1의 발현이 관찰된다. 현재까 지 ICAM-1과 종양병리와의 뚜렷한 관계는 아직 확립되어 있지 않으며, 악성 흑색종에서 ICAM-1의 발현 증가와 종 양의 전이 위험도 증가가 무병생존율 감소와 연관이 있음이 보고되었다 [8,9]. VCAM-1은 분자량이 90 kD의 당단백질 로 7개의 immunoglobulin domain을 가지고 있고 integrin β1 군인 very late antigen (VLA)-4에 의해 인식된다. 주로 혈관내피세포에서 발현되어 림프구와 단핵구의 결합을 매개 하며 림프선의 수지상세포, 신장의 벽측 상피, 조직대식세 포에서도 관찰된다 [10]. 림프구와 Jy 세포에서 배양시에 ICAM-1이 용해된 형태로 세포외로 유리됨이 관찰되었으 며 [11], enzyme-linked immunosorbert assay (ELISA)를 이용해 염증성 질환과 암환자의 혈청에서 circulating ICAM-1 (cICAM-1)을 정량할 수 있으며 [12,13], 임상적으로 cICAM-1 의 발현도가 악성흑색종 [14]과 간암 [15]에서 암의 진행과 상관관계가 있고 생존율의 감소와 연관되어 예후판정의 표 지자로 사용할 수 있음이 보고되었다. 또한 위암, 췌장암, 대장암, 담낭암 등의 선암에서 cICAM의 발현과 간전이 사이 에 상관관계가 있음도 보고되었다 [16]. Circulating VCAM-1 (cVCAM-1)은 배양 시 사이트카인에 의해 활성화된 혈관내 피세포에서 주로 분비된다. 혈청내의 cVCAM 수치는 난소 암, 대장암, 신장암, 방광암 등에서 정상에 비해 측정치가 증가 하며, 악성 흑생종과 신세포암에서 VLA-4와 혈관내피세포 에서 발현된 VCAM-1과의 상호작용이 혈행성 전이와 관계 있음으로 보고되었다 [17]. 이렇듯 신생혈관을 형성하는 인자 들은 암의 형성과 전이에 깊이 관여하고 있다. 세포간 부착은 내피세포의 생활사에서 중요하며, 세포부착 분자는 암의 형성 에 중요한 역할을 하는 것을 볼 수 있으며, 신생혈관의 생성 에 직접, 간접적으로 관련되는 분자들 임을 알 수 있다. 따라서 세포부착 분자들을 억제함으로써 신생혈관형성을 제어할 수 있을 것으로 판단되고, 신생혈관의 형성을 저해 함으로써 항암제로서의 사용이 가능 하며, 또한 최근에는 신생혈관의 형성이 비만세포의 분화 및 성장에 중요한 역 할을 한다는 보고가 많이 있어 [18-21] 항비만제제로서의 사용가능성을 가지고 있다. 본 연구에서는 지역천연산물인 전호 (Anthrisci radix), 파고 지 (Psoraleae semen), 희첨 (Siegesbeckiae herba) 및 산수유 (Corni fructus) 의 추출물을 이용하여 관련 실험을 진행하 였다. 전호는 우리나라, 일본 및 유럽등지에 분포하며, 여수의 돌산 지역에 많이 분포하며, 열매에 누른 빛이 도는 돌기가 있고, 예부터 뿌리는 약용으로 사용하였으며 [22], 파고지는 콩과에 속하는 한해살이 개암풀로 예부터 중국과 한국에서 요통, 이뇨, 염증 등에 약용으로 널리 이용되어 왔으며, 특 히 골절, 골다공증의 치료제로써 효과적이다고 알려지고 있 다 [23]. 희첨은 지리산 일대에 많이 분포하며, ‘털 진득찰’ 이라 불리는 식물로 산이나 들에 널리 자생하는 일년초로써 풍습 (風濕)을 제거해 관절염, 사지동통마비, 굴신불리, 하지 무력 및 중풍으로 인한 반신불수 등에 쓰고, 종기, 발진, 피부 가려움증 및 습진 등에 쓴다. 고혈압, 두통, 어지럼증, 급성 간염 등에도 사용된다고 알려지고 있으며, 약리작용으로 관절 부종억제 및 혈압강하작용이 보고되었다 [24]. 산수유는 전남 의 산동지방의 특산물로 이른 봄에 노란 꽃이 피어 춘황금 화라고도 하며, 가을에 빨간 열매를 맺기 때문에 가을 산호 라는 이름을 갖는 산수유나무 (Cornus officinalis)로부터 수 확되는 붉은 색의 열매로 씨를 제거한 약용식물 [25]이며, 맛이 시고 성질은 약간 따뜻하며 간경, 신경에 좋고, 이뇨 작용, 혈압강하작용, 단백질의 소화를 돕는 작용, 항암 및 항균작용 등이 있다고 동의학에서는 보고되어 있다 [26]. 따라서 본 연구에서는 이런 다양한 생리적 활성을 가지는 지역 천연산물인 전호,파고지, 희첨 및 산수유의 추출물을 이용한 신생혈관 제어에 바탕을 둔 세포부착 억제효과를 입증함으로써, 세포 간 부착으로 유발되는 질환에 대한 부 작용이 없는 치료제제로 개발하고자 한다.

For investigation of anti-angiogenesis mechanism of Anthrisci radix, Psoraleae semen, Siegesbeckiae herba and Corni fructus, anti-cell adhesion experiment was performed. The adhesion of U937 cells to IL-1β-stimulated HUVECs was completely suppressed by 276% at 0.2 mg/L of Anthrisci radix, 220% at 5 mg/L of Psoraleae semen, 158% at 10 mg/L of Siegesbeckiae herba and 132% at 20 mg/L of Corni fructus, respectively. And the adhesion of PMA-chemical stimulated U937 cells to HUVECs, it was inhibited 139% at 0.2 mg/L of Anthrisci radix, 442% at 5 mg/L of Psoraleae semen, 720% at 10 mg/L of Siegesbeckiae herba and 664% at 20 mg/L of Corni fructus. Also, the adhesion of chemical stimulated U937 cells to IL-1β/chemical stimullated HUVECs, it was inhibited by 286% at 0.2 mg/L of Anthrisci radix, 146% at 5 mg/L of Psoraleae semen, 436% at 10 mg/L of Siegesbeckiae herba and 297% at 20 mg/L of Corni fructus, respectively. It would be a useful substance for anti-cell adhesion based on anti-angiogenesis for anti-obesity and anti-cancer.

신생혈관형성 (Angiogenesis)에 의한 새로운 혈관형성은 기존의 혈관으로부터 내피세포의 전이 및 발아가 외막의 기질의 붕괴와 함께 결합함으로써 새로운 혈관이 생성되는 기작을 의미하며 [1,2], 분열된 내피세포들이 결합조직 내로 이동을 하게 되고, 이때 내피세포 주변의 결합조직 세포 또 는 민무늬근육 세포로부터 분비된 신생혈관 형성인자 또는 세포 외막의 기질이 내피세포의 이동을 유도하게 된다 [3]. 혈관의 성장 메커니즘에는 다양한 분자들이 수반되며, 이러 한 분자들 중에 VEGF 그룹과 Ang (angiopoietin) 그룹은 가장 뛰어난 역할을 가지고 있다. VEGF의 신생혈관 형성력 은 유전자 사용량에 따라 엄격히 조절되며, 많은 신생혈관 저해인자를 포함한 몇몇의 분자들은 주로 암의 신생혈관형 성에 밀접하게 관련되어 있다 [4,5]. 지난 10여 년간의 연구 는 지방조직 및 VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C, Ang-1, Ang-2, PAI-1, TGFβ, leptin 및 maspin 등을 포함한 in vitro에서 배 양된 지방세포 등에 의해서 pro-/antiangiogenic 성장인자들 이 발현됨을 밝혔다. 이런 인자들의 발현 및 활성 능력은 상호관계를 가지고 있 다 [6]. 예를 들면, leptin은 Ang-2의 발현을 유도하고, VEGF 가 신생혈관형성을 유도하는 것을 자극한다. Ang-2는 기존 의 혈관을 불안정하게 하며, VEGF 및 다른 angiogenic 인자 들의 존재 하에 신생혈관형성을 유도한다. 일반적으로 VEGF/ VEGFR은 지방세포에서 대부분의 신생혈관형성 작용을 하 며, 비만을 줄이는 타켓으로 매력적일 수 있다 [7,8]. 대부분 의 지방조직에서 VEGF 발현 및 분비는 rat이나 mouse에서 adipocyte의 발전에 기여하며, insulin을 유도한다. 지방조직 의 leptin과 VEGF 유전자 발현은 HIF-1 (hypoxia-induced factor-1)의 전사적 pathway에 의한 hypoxia에 의해 유도되 며 [9], 몇몇의 다양한 증후는 혈관과 혈관발달이 지방세포 혹은 지방형성에 영향을 미친다는 것을 암시한다. 지방조직 은 예부터 상처를 치유하고 심근과 관련된 허혈조직의 재혈 관화를 촉진한다고 알려져 왔다 [10,11]. Hausman은 지방 형성이 아지방세포에서 지방 세포로 분화하는 과정이라고 언급하였으며, MacDougald와 Mandrup 역시 다양한 성장 인자, 사이토킨 그리고 호르몬 등에 의해서 분화가 조절됨 을 언급하였다 [12,13]. 많은 연구에 의하면 지방조직은 지방 세포 (adipocyte)와 혈관내피세포로 구성되어 있어 조직에 산소와 영양분을 공급하여 성장하게 된다. 지방조직의 맥 관 구조는 신생혈관형성과 관련이 있는 것으로 나타났다. 따라서 암세포의 발달과 마찬가지로 지방세포도 비슷한 기 작을 통해 발달하게 된다. 이러한 발견은 지방조직이 신생 혈관 분자를 생산함을 제안한다. 지방조직의 비대는 심장 혈관질환의 임상치료적 위험성을 동반하며, 다양한 체액성 인자를 생산하는 활동적인 내분비 기관으로, 아지방사이토 킨으로 알려지고 있다 [14,15]. 태아의 발달 동안에 세동맥 분화는 지방세포의 발달을 유도하고, 혈관 외막의 기질 분화는 지방세포의 외막의 분화 를 유도한다. 신생혈관은 효과적인 아지방세포 분화를 위해 필요로 하며, 지방세포 분화 없이는 촉진되지 않는다 [16]. 지방조직에서 신생혈관형성 중에 분비되는 대표적인 성장 인자인 leptin은 음식섭취 및 에너지 항상성을 조절하는 아지방세포 유래 호르몬이다. leptin의 장애는 심각한 당뇨병, 불임 등을 야기하며, 혈관의 천공 및 투과성을 유도할 수 있 다 [17]. 지방형성과 신생혈관형성의 동시 발생은 맥관구조 의 타켓을 통해 비만의 치유가 가능함을 보인다. 신생혈관 억제자로 알려진 TNP-470 [18] 및 내성 단백질 억제인자, angiostatin 및 endostatin 등은 유전적으로 살찌거나 고칼로 리로 식이된 동물에서 테스트되고 있으며 [19], 유전적으로 살찐 쥐나 고칼로리로 식이된 쥐에서 angiostatin, endostatin 및 TNP-470의 관리는 음식 섭취영향 없이 지방 조직이 감소 했을 뿐만 아니라, 농도 의존적 및 가변적으로 무게가 감소 되는 결과를 보였다 [20]. 왜냐하면 angiostatin이나 endostatin 같은 신생혈관 억제인자들은 특이적으로 내피세포를 표적 물로 삼지만, 다른 세포에는 그렇지 않기 때문이다. 따라서, 신생혈관형성억제 방법에 의한 비만의 치료는 아주 잠재성이 높은 방법이며, 영양학적관점에서 볼 때, 신생 혈관형성의 저해는 지방조직과 아주 높은 선택성을 가지고 있으며, 실험동물에 의한 독성과 부작용이 적은 것으로 나타 나 신생혈관형성 저해제제로 부터의 항비만 제제의 개발은 아주 혁명적이고, 매력적이고, 중요한 부분이라 할 수 있을 것이다. 최근에는 다양한 물질을 이용한 신생혈관형성 억제 제들이 연구되고 있으며, 이러한 억제제들은 비만세포 억제 뿐만 아니라, 암관련 세포 역시 억제됨이 밝혀지고 있다. 그 중에 천연자원을 이용한 연구들이 많이 진행되고 있으며, 특히 차의 카테킨은 3T3-L1세포에서 PPARγ와 C/EBPα의 하위신호분자에 의해 지방세포의 분화를 억제하며, 콩의 이소 플라빈인 genistein 역시 지방생성을 억제한다 [21]고 보고 되었다. 이외에도 다양한 천연물질을 이용한 항비만의 기전 이 보고되고 있으며, 치료 제제로써 연구되고 있다. 특히, 지역의 다양한 특산물을 신생혈관형성 억제작용에 이용한다면, 부작용이 적고, 원료구입의 용이함과 1차 산업 생산물을 가공하여 부가 가치를 향상시킴으로써 지역경제의 활성화를 촉진할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 이러한 신생혈관형성 억제작용을 가지는 4가지 천연산물 인 전호 (Anthrisci radix), 파고지 (Psoraleae semen), 희첨 (Siegesbeckiae herba) 및 산수유 (Corni fructus)의 추출물을 이용하여 이 물질들의 작용기전을 규명하여 항비만제제로서 의 가능성을 밝히고자 한다.

4 kinds of Regional Special Natural Products (RSNPs), such as Anthrisci radix, Psoraleae semen, Siegesbeckiae herba and Corni fructus were examined to verify for anti-obesity effect. PPARγ (peroxisome proliferator-activated receptor γ) from 3T3-L1 cell concerning adipocyte differentiation was suppressed by different concentraton of 4 RSNPs with western blot, when treated RSNPs' extract and MDI (IBMX, Dexamethasone, Insulin) at the same time. Also, SREBP-1 (Sterol regulatory element binding protein) controlling lipogenesis and PPARγ expression levels were reduced by these 4 RSNPs' extract, when these chemicals after differentiation of 3T3-L1 cell. And lipid droplets were reduced by 7.5%, 14.4%, 18.3% and 30% at different concentration of Anthrisci radix from Oil Red O staining. Also, it was reduced by 2%, 4.9%, 9.3% and 38% at different concentration of Psoraleae semen. For Siegesbeckiae herba, it was inhibited by 1.4%, 6.4%, 16.4% and 30.1%, respectively. And Corni fructus was also showed by 0.9%, 6.3%, 13.7% and 33% at same concentration of Siegesbeckiae herba. These 4 kinds of RSNPs were expected for a useful material for anti-obesity materials.

TNT (2,4,6-Trinitrotoluene)의 제조 공정 중 발생되는 폐 수인 pink water 또는 red water는 TNT 뿐만 아니라 여러 가지 질소 방향족을 포함하는 산업폐수로서, 미국의 경우 TNT를 생산하는 단일 공장에서 하루에 약 200 kL의 폐수 가 배출되고 있다 [1]. Pink water는 TNT 제조 공정 중 부 분적으로 정제된 TNT를 마지막으로 정제하는 공정에서 발생하는 폐수로서 이름에서 유래하는 것처럼 수용액 상태 로 존재하는 질소방향족 화합물의 광화학적 반응으로 인해 점차 노란색에서 분홍색으로 변하며, pH 3 이하의 강산성 이고, 특유의 향기를 가진다 [1,2]. 또한 TNT 제조 공정 중 발생하는 다른 형태의 폐수인 red water는 TNT의 정제 과정과 TNT를 축ㆍ중합하는 과정에서 발생한다 [1,3]. TNT 제조 공정에서 배출되는 이들 폐수 속에는 TNT 성분 뿐만 아니라, dinitrotoluenes (DNT), nitrobenzenes (NB) 등이 포함되어 있어 이러한 폐수가 환경에 유출되면 심각 한 환경오염문제를 초래한다 [4,5]. 폐수의 주성분인 TNT 에 인체가 장기간 노출될 경우 골수섬유증 (myelofibrosis) 과 체중감소증 및 재생불량성 빈혈 (aplastic anemia) 등의 질병을 유발시킬 수 있다 [6]. 또 다른 성분들인 DNT와 NB 는 생명체에 축적되어 내분비교란물질 (endocrine disrupture) 로서 작용하며 자연생태계에서 배출된 질소방향족 화합물 들은 자연적으로 분해가 어려워 토양에 장기간 지속되어 토 양 및 수계 생태계를 오염시킨다 [7,8]. 특히 하천이나 해양 으로 이들 산업 폐수가 방출될 경우 부영양화의 원인이 될 수 있다는 연구 보고가 있다 [9]. 따라서 이러한 질소방향족 화합물들은 생태계에 대한 독성효과로 인하여 미국환경보 호청에서 우선감시대상 화합물로 분류하고 있다 [10]. 환경오염물질로서 난분해성인 TNT와 DNT의 생물학적 제거방법에 대해 많은 연구가 시도되어왔으며, 세균뿐만 아니 라 진균류에 의한 분해와 분해기작에 관한 연구가 활발히 보 고되었다 [11,12]. TNT를 분해하는 세균들로는 Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas putida, Enterobacter cloacae, Stenotrophomonas maltophilia, Desulfovibrio sp. 등이 보고 된 바 있다 [13-17]. 지금까지 TNT 함유 폐수에 대한 처리 공정으로는 주로 과립활성탄을 이용한 흡착제거 방법과 고 온 소각공정을 이용하여 TNT 함유 폐수를 처리하였으나, 물리ㆍ화학적 폐수 처리 공정은 경제적 비용과 이차 환경 오염물질의 발생 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하고자 습지 식물인 Myriophyllum aquaticum과 백색부후균 (white-rot fungus)인 Phanerochaete chrysosporium 을 이용한 생물학적 처리방법에 관한 연구가 시도된 바 있 다 [18,19]. 사실 최근까지 토양미생물을 이용한 TNT 분 해 연구는 주로 생화학적 혹은 유전학적 측면에서 분해 관련 유전자 및 단백질의 탐색에 중점적으로 연구되고 있으며, TNT 대사과정 중 실시간으로 변화하는 대사 관련 유전자들의 발현량과 TNT의 분해율에 대한 연구는 보고 된 바 없다. 또한 TNT를 생산하는 과정에서 발생되는 막 대한 양의 폐수에 대해 세균을 이용한 생물학적 처리 적용 에 관한 연구는 Kwon 등 [20]이 혐기적조건 하에서 혼합 배양을 통해 TNT 함유 폐수를 처리한 보고가 있을 뿐 거의 미비한 실정이다. 본 연구실에서는 TNT 분해능이 우수한 Stenotrophomonas maltophilia OK-5를 분리하여 다양한 생리화학적 및 분자 유전학적 특성 연구를 통하여 이 균주의 산업적 이용가능 성을 조사하였으며, 특히 게놈 셔플링 및 단백질체학 분석 을 통해 TNT 대사작용에 관여하는 중요 유전자들에 대한 탐색을 실시하였다 [21-25]. 본 연구에서는 이 S. maltophilia OK-5를 이용하여 교반 탱크 반응조 내에서 TNT 제조 공정에서 발생하는 pink water의 생물학적 처리가능성을 조사하였으며, 처리과정 에서 생성되는 TNT 분해대사산물들을 HPLC와 GC-MS 등에 의한 분석을 통하여 확인하였다. 또한 S. maltophilia OK-5가 pink water를 생물학적으로 분해하는 동안 TNT 대사에 관여하는 nitroreductase (pnrB) 유전자의 발현량을 RT-PCR로 측정하였다.

The biological treatment of TNT-containing wastewater, known commonly as pink water, was investigated using a stirred tank reactor with Stenotrophomonas maltophilia OK-5 bacterial culture. S. maltophilia OK-5 exhibited effective degradation of TNT contained in pink water, completely degrading TNT (100 mg/L) within 6 days of incubation. The dark-red brown color derived from Hydride-Meisenheimer complex became more pronounced during the incubation period, which was determined quantitatively. High-pressure liquid chromatography was used to measure residual TNT, which also resolved the metabolic intermediates (i.e., 2,4-dinitrotoluene, 2,6-dinitrotoluene and 2,4-dinitro-6-hydroxytoluene). Gas chromatography-mass spectrometry was used to verify these intermediates. Quantification of the nitroreductase (pnrB) gene isolated from S. maltophilia OK-5 growing in pink water was performed with real-time PCR. The amount of pnrB gene copies increased to 103-fold after 5 days of incubation time.

피브로인은 양잠누에 (Bombyx mori)의 고치에서 생산되 는 섬유의 중심가닥을 구성하는 antiparallel β-sheet의 구조 를 가지는 불용성 단백질이다 [1]. 피브로인은 heavy chain, light chain 및 P25 단백질로 구성되어 있으며, 이중 피브로 인의 대부분을 차지하는 heavy chain은 글리신, 알라닌 및 세린이 반복되는 결정성 영역을 형성하는 11개의 도메인, 중간부분 그리고 C-말단 N-말단의 비결정성 영역으로 구 성되어 있으며 [2] 다른 단백질과 비교하여 비교적 크기가 작은 아미노산인 글리신, 알라닌 및 세린의 조성 비율이 약 86%로 매우 높다 [3]. 또한 구조 단백질인 피브로인은 오랫동안 수술용 봉합사로 사용되어 생체적합성이 확인되 어있다 [4]. 따라서 불용성 피브로인을 가공하여 생체재료로 사용하기 위하여, 고온의 고농도의 염용액을 이용하여 피브로인을 녹이고 이후 투석 탈염하여 수용액 상태인 재생 피브로인을 만든다. 가용화된 재생 피브로인 분자의 -(glycine-alanineglycine- alanine-serine-glycine)n-과 같은 반복되는 아미노산 서열은 nematic 액정배열을 형성하고 있으며 [5], 시간의 경과에 따라 액상상태의 random coil 구조의 비율이 감소 하고 서로 다른 분자쇄 사이에 β-sheet를 형성하여 겔을 형 성한다 [6,7]. 최근에는 β-sheet를 형성하여 겔이 만들어지 는 hydrogelation 속도가 볼텍싱 정도, 온도 및 피브로인의 농도 등으로 조절됨이 보고되었다 [8]. 그러나 피브로인 겔은 약해서 쉽게 부숴지며 유동성이 없다. 2% (w/v) 피브로인 겔의 최대 파괴강도는 22.2 N/m2 으로 보고되어 있다 [9]. 따라서 콜라겐을 첨가하여 가교 시켜 강도를 증가시키거나 [10], polyacrylamide와 semiinterpenetrating network 구조를 형성시켜 강도가 높은 하이 드로 겔을 제조하고 있다 [11]. 혹은 글리세롤을 소량 첨가 하여 식감이 개선된 노인용 경구용 소재로 개발하거나 [12], 물리적인 처리과정을 최적화하여 주사용 제제로 사용할 수 있는 점탄성의 피브로인 젤을 개발하고 있다 [8]. 본 연구에 서는 피브로인 겔을 유동성을 높이기 위하여 첨가물을 사용 하여 반고형의 겔을 제조하고자 하였다. 이를 위하여 유동성 겔을 형성하는 첨가제 및 그 농도를 조사하고 재생 피브로 인의 분자량 분포를 확인하였다. 회전점도계를 사용하여 제 조된 유동성 겔이 유동 특성을 분석하였다

Fibroin is an insoluble structural protein from Bombyx mori. It can be solubilized by dissolving in a hot CaCl2 solution and subsequent dialysis. The aqueous solution is unstable and a transition from aqueous fibroin molecules rich in random coil is undergo to one rich in β-sheet content, resulting in hydrogelation. However, fibroin gel is so fragile and plastic that its mechanical property should be reformed for various applications. In this report, a semi-solid form of fibroin gel was prepared using glycerol and ethanol and was investigated to analyze their flow properties. A fibroin gel with 80% glycerol showed pseudoplastic and thixotropic properties. The square root of its yield stress varied linearly with fibroin concentration and it extrapolated to zero shear stress at 0.2% fibroin. A fibroin gel with 40% ethanol was shown to be highly thixotropic but its shear-thinning behavior was only observed above a certain level of shear rate. Its pseudoplasticity was restored by a high rate of shear stress.

아스타잔틴 (astaxanthin)은 인체내에서 vitamin A의 전 구체 역할을 하며, 다른 카로티노이드보다 최소 10배, 비타 민 E (vitamin E)인 알파-토코페롤 (α-tocopherol)보다 500배 이상의 항산화 활성을 가지고 있는 물질로 알려져 있다 [1-4]. 아스타잔틴의 강력한 항산화활성은 구조의 C-4, C-4'에 위치 한 oxo-group 때문이라고 보고되어 있고 [5], 아스타잔틴의 항산화 기작은 일중항 산소 (singlet oxygen)를 제거하거나 [6] 자유라디컬 소거능 [7,8], 과산화물 연쇄반응 (peroxide chain reaction)을 정지시키는 것으로 알려져 있다 [9,10]. 아스타잔틴의 항산화 작용은 일중항 산소의 제거에 의해 항암에도 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 그 예로 아 스타잔틴의 활성산소 (oxygen radical) 제거에 의한 개시 (cancer initiation)와 진행 (propagation)의 과정을 감소시켜 난소암, 간암에 대한 예방효과 등이 보고된 바 있다 [11-13]. 이 외에도 아스타잔틴의 항암효과에 대한 많은 연구결과가 보고되었다 [14-18]. 또한 아스타잔틴은 면역기능에 활성 이 있는 것으로 알려져 있고 [2,19-23], 심장질환에 대한 치료효과도 보고되었다 [24,25]. 이 외에도 항염증 효과 [26], 자외선 차단 효과 [27], 눈 기능과 관련된 효과 [28-31], 간 기능에 대한 영향 [32]이 보고된 바 있다. 또한, 아스타잔 틴의 미백활성이 미백제로 알려진 kojic acid와 비슷한 활 성을 지니는 것으로 보고된 바 있다 [33]. 그러나 현재 아스타잔틴 (astaxanthin)은 다양한 생리활 성에도 불구하고 산업적으로 응용이 미비한 실정이다. 이러 한 이유는 아스타잔틴의 구조에 기인하는 결과이다. 아스 타잔틴은 구조적으로 이중결합을 가진 불포화화합물로 제조 나 저장시 열과 산화 (빛)에 의해 쉽게 파괴되어 활성이 감소 하며, 또한 지용성 물질로서 단일 또는 단백질과 에스터 (ester) 결합 구조를 가지고 있어 물에서 용해가 잘 되지 않 는다 [34]. 이러한 아스타잔틴의 불안정성과 수불용성이 응용에 제한으로 작용한다. 현재 국내외적으로 아스타잔틴의 안정성과 용해도 개선을 위한 제형화 연구는 미비한 실정이다. 국내에서는 아스타 잔틴을 수용화하기 위한 방법으로 키토산 등 수용성 고분자 를 이용한 연구를 진행하였으나, 현재 실용화되지 않은 상 태이고, 그 안정성이나 효능 또한 입증되지 않았다 [35]. 또한 안정성 향상의 측면에서 아스타잔틴 유액제조에 의 한 안정성 향상이 보고된 바 있고 [36], chitosan matrix를 이용하여 아스타잔틴을 캡슐화하여 온도에 대한 저장성 개선 [37], 키토산을 이용하여 헤마토코커스로부터 추출한 아스타잔틴을 캡슐화하여 산화안정성 개선과 저장에 따른 항산화활성이 보고된 바 있다 [38]. 현재까지 국내외적으로 아스타잔틴 제형화 연구는 초기 상태이고 안정성과 용해도를 동시에 높일 수 있는 기술은 미비한 상태라 할 수 있겠다. 본 연구팀에서는 지용성 물질의 안정화와 용해도 향상 을 위해 널리 사용되는 수종의 싸이클로덱스트린 (β- cyclodextrin, hydroxypropyl-β-cyclodextrin, hydroxypropyl- γ-cyclodextrin)을 이용한 포접화합물을 제조하였고 안정성 과 용해도를 향상시킨 아스타잔틴 제형을 얻을 수 있었다. β-CD를 이용하여 포접시켰을 경우 자외선, 산화, 산성조건 및 열처리에 대한 안정성이 크게 향상되었고, 물에 대한 용해도는 아스타잔틴에 비해 pH 6.5에서 110배, 25℃에서 13배 증가된 것을 확인하였다 [39]. 본 연구에서는 아스타잔틴의 항산화 기작을 확인하고자 다양한 항산화 활성의 측정법을 통해 항산화 활성을 확인 하였다. 또한 유방암, 폐암 및 자궁경부암에 대한 항암효과 를 측정하였고, 미백기능과 함께 숙취해소에 대한 효과를 검토하였다. 특히 cyclodextrin과의 포접화합물을 조제하 였을 경우에도 유리형 아스타잔틴과 비슷한 생리활성을 나 타내는지 확인하였다.

In vitro biological activities such as antioxidant, whitening, anti-hangover and anticancer activities were evaluated. The antioxidant activities of astaxanthin and H. pluvialis extract were significantly higher than that of α-tocopherol when the antioxidant activities were determined as xanthine oxidase inhibition, hydroxyl radical scavenging and DPPH radical scavenging. The whitening effect of H. pluvialis extract was about two times as kojic acid. H. pluvialis extract indicated an anticancer activity on a cervical cancer cell line. Astaxanthin showed anti-hangover effect of 1.5 times as jiguja extract. The anti-hangover effect of the inclusion complex (As-β-CD) was about 1.2 times of jiguja extract. And, the inclusion complex of Haematococcus pluvialis (H.p.-β-CD) showed almost the same whitening effect as kojic acid.

생활수준의 향상과 평균수명의 연장으로 피부 미용에 대 한 관심이 높아지고 있으며, 자외선 노출 증가로 인한 피부 의 광노화 증가는 항산화제 및 피부 미백용 기능성 소재에 대한 관심을 더욱 증가시키고 있다. 피부와 관련된 산화적 스트레스의 주 원인인 태양 자외선 에 의한 피부 손상은 활성산소종 (reactive oxygen species, ROS)에 의해서 매개되며, 항산화제의 고갈, 지질의 과산 화, 단백질의 산화 및 DNA의 산화적 손상 등의 결과를 가 져온다 [1-6]. 대표적인 항산화제에는 vitamin C, tocopherol, flavonoid 등이 있으며, BHT, BHA 등의 합성 항산화제가 있다. 합성 항산화제는 세포대사 및 호흡작용을 방해하며 발암성이 있고 독성이 강하다는 문제점이 보고되고 있어 이를 대체할 만한 천연 항산화제의 개발이 매우 시급하다. 천연 항산화제 중 특히, flavonoid는 지질의 산화, 활성산소 소거 및 산화적 스트레스를 막는 역할을 함으로써 노화방지 및 심장질환 등을 예방하거나 지연하는 효과가 있다 [7]. 멜라닌 (melanin)은 동물, 식물 및 미생물에 널리 존재하는 페놀류의 고분자 물질로 멜라닌 색소의 생합성은 tyrosinase 효소를 비롯하여 여러 효소들에 의하여 조절되고 있으며, 그 중 tyrosinase는 tyrosine을 기질로 하여 L-dopaquinone으 로 전환되는 산화 반응을 촉매한다 [8,13,15]. 현재 tyrosinase 활성 억제제를 찾는 연구가 미백제의 개발에 있어서 중요 한 부분을 차지하고 있으며, 저해제로서 kojic acid, arbutin 등 이 미백제로 사용되고 있으나, 부작용이 보고되면서 안전하 면서도 미백활성이 높은 물질의 개발이 요구되고 있다. 연 (蓮, Nelumbo nucifera Gaertiner)은 수련과의 여러해 살이 수생 식물로서 연잎에서 분리된 생리활성 성분으로는 nelumboside, nuciferine, coclaurine 등의 alkal oid류, gallic acid와 methyl gallate 등의 aromatic acid류 및 quercetin, isoquercitrin, hyperoside, rutin, kaempferol 등의 flavonoid 류가 있다 [9-11]. 현재까지 연잎의 기능성과 관련된 연구 는 연잎 분말 첨가에 따른 두부, 식빵, 어묵 등의 품질특성 에 관련된 연구 [16,19,20]가 있으며, 또한 비만과 고지혈 증에 관한 연구 [21,22]가 보고되고 있으나, 화장품 효능 평가에 대한 연구 [23]는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 연잎을 이용한 항산화 및 미백 기능성을 보유한 향장소재를 개발하기 위한 연구의 일환으로 세포벽 분해효소를 이용하여 연잎을 가수분해함으로써 유효성분의 추출율을 증대시키고자 하였다. 즉 다량의 페놀 화합물이 함유되어 있는 연잎으로부터 항산화물질을 추출하는 일반 적인 열수추출 방법 대신 효소처리 방법을 검토하였다. 또한 효소처리에 의한 연잎 추출물의 항산화 활성 및 tyrosinase 저해활성의 변화를 검토하였다.

The effects of cell lytic enzyme treatment on total phenolic content, antioxidant and antityrosinase activities of lotus leaf were investigated. The dried lotus leaves were hydroyzed by cell lytic enzymes such as Promozyme, Ceremix, Pectinex, Ultraflo, Celluclast, Pentopan, Tunicase, Viscozyme at their optimum pHs (pH 5-8) at 50℃ for 4 hrs. Depending on the enzymes used, total phenolic compounds content was measured as 1,079-1,476 μg/mL, and antioxidant activities and whitening activities were increased by 5～10% and 20%, respectively Among the tested hydrolytic enzymes, Promozyme (pullulanase) was selected as the most suitable enzyme for the extraction of total polyphenol from lotus leaf. The optimal dosage of Promozyme were found to be 1-2% (w/w). By Promozyme treatment, total phenolic compounds content of the lotus extract significantly increased compared to the extraction without enzyme treatment.

담자균류인 버섯은 당질, 단백질, 비타민 및 무기질과 같 은 영양소를 골고루 함유하고 있을 뿐 아니라 그 특유의 맛 과 향 때문에 예로부터 특별한 식품으로서 취급되어 왔다 [1]. 또, 그동안 버섯은 항종양, 항균, 항알러지, 항바이러스, 항혈 소판 응집작용 등을 비롯한 면역증강이나 간보호 작용 등의 각종 생리활성을 갖는 것으로 밝혀졌고, 현재도 이의 응용 연구는 매우 활발히 진행되고 있는 실정이다 [1,2]. 최근에 와서는 버섯의 주 유효성분인 β-D-glucan을 비롯 한 glucurono-xylomannan (GXM), glucomannan 등의 각종 다당체가 강력한 보습작용을 기반으로 세포 활성 및 콜라겐 의 생성을 촉진함으로써 피부의 노화방지 효과를 나타내는 것으로 보고되었다. 또, UV에 의한 피부의 손상을 방지하고 염증이나 자극 등을 완화시켜줄 뿐 아니라 면역 증강 작용 도 갖는 등, 다기능성을 나타내는 것으로 밝혀졌다 [3,4]. 따라서 다당체를 중심으로 한 버섯의 추출물은 기능성 화장품으로의 활발한 응용도 전개되고 있으며, 이의 산업적 생산체제도 점차 확대되고 있는 실정이다. 현재 국내 화장품 시장에서는 상황버섯, 복령, 망태버섯, 눈꽃동충하초, 영지, 노루궁뎅이 버섯, 흰목이 버섯 등, 다양한 버섯 유래의 소재 들이 피부노화, 보습, 미백 등의 신소재로 널리 응용되고 있 다. 특히, 흰목이 버섯 (Tremella fuciformis)의 경우는 중국 고전에 세계 3대 미인으로 알려진 양귀비가 먹었다는 기록 이 있어 미의 상징인 버섯으로 잘 알려져 있다. 수분 흡수능 이 매우 뛰어난 점을 이용하여 고보습 화장품 소재로서는 물론, 항당뇨, 항혈전 효과 등으로 건강식품, 의약품 소재로 도 널리 이용되고 있다 [4]. 한편, 흰목이 버섯과 유사한 흑목이 버섯 (Auricularia auricula 또는 Hirneola auricula)은 이담자균 강, 목이 속의 버섯으로, 사람 귀 모양에 젤리 질감을 지녔다하여 일명 Jelly ear fungus로도 유명하다 [5]. 주로 고온성으로 산야의 활엽 수가 썩은 고목에서 많이 볼 수 있고, 전 세계적으로 널리 분포하고 있으며, 특히, 야생으로는 중국, 한국, 일본 등 아 시아 지역에서 다량으로 발견되고 있다 [6]. 예로부터 중국요리에 없어서는 안 될 재료이며, 한약재 로서 각종 약리작용에 의한 민간요법제로, 그리고 여름철 에 음식이 변패되는 것을 방지하는 소재 등, 다양한 용도로 이용되어 왔다 [7-9]. 흑목이 버섯에 관한 그동안의 연구를 보면 목이버섯의 지방산 및 스테롤 성분 조성에 관한 보고 [10]를 비롯하여 마우스에 sarcoma 180 암세포를 이식한 후 목이버섯 추출 물의 복강투여 시 항암효과가 있었다는 보고 [11], 목이버섯 메탄올 추출물이 지질과산화 및 간 손상을 억제시킨다는 보 고 [12] 및 목이버섯 알코올 추출물이 돌연변이 억제 작용 을 갖는다는 보고 등이 있다 [13]. 최근에는 목이버섯 열수 추출물이 당뇨쥐 (KK-Ay mice)의 혈당을 감소시키는 효과 가 있음도 보고되었다 [14]. 하지만 아직까지 흑목이 버섯의 이러한 생리활성에 대한 유효 성분들에 대하여는 불분명한 점들이 많고, 여러 측면 에서 다른 버섯에 비해 상대적으로 알려진 바가 적어 연구 검토의 필요성이 매우 높다. 본 연구에서는 흑목이 버섯 유래의 기능성 제품화 연구의 일환으로 지금까지 체계적으로 연구된 바 없는 흑목이 버섯 의 다당을 열수추출하여 정제하였고, 흰목이 버섯 다당과 비교하면서 구성당, 분자량 및 구조적 특성을 규명함으로써 기능성 소재화의 기초자료를 마련하고자 하였다

A hot-water extract from fruit body of Auricularia auricula was purified by ethanol precipitation and subsequent dialysis. The polysaccharide showed a typical IR spectrum similar to β-glucan and was composed of glucose and mannose in a molar ratio of 16.8：83.2 indicating that it is a glucomannan. A glucomannan-like polysaccharide was also identified from Tremella fuciformis. Both of the polysaccahrides showed the presence of acetyl groups and presented colorimetric responses for β-1,4-glucomannan indicating the acetylated β-glucomannan similar to the typical polysaccharide found in Aloes.

심장의 심실에서 분비되는 심장혈관 호르몬인 B-type natriuretic peptide (BNP)는 atrial natriuretic peptide (ANP), C-type natriuretic peptide (CNP)와 함께 신경호르몬의 범주에 속하며, 나트륨 조절과 수분 배출의 나트륨뇨배설항진 기능 에 관여하는 중요한 호르몬이다 [1]. pro-BNP의 N-terminal pro-BNP (NT-pro-BNP)와 BNP로의 분절 과정을 거쳐 형성 되는 BNP는 총 32개의 amino acids로 구성되며, cysteine residue에서 disulfide bond로 맞물린 17개의 아미노산 고리 구조에 9개의 amino-terminal tail과 6개의 carboxyl-terminal tail이 각각 연결 되어있는 형태를 띈다 [2]. 혈중 BNP는 심장의 부피팽창과 압력 과부하 등의 심장 이상증상에 반응하여 분비가 촉진 되며, 그 정도가 심할수록 수치가 높게 나타나는 경향을 보인다 [3,4]. 이러한 특성을 이용한 BNP의 혈중 농도 측정은 심장질환의 진단, 예후판정, 그리고 심장병의 치료 경과를 구분 짓는 등 심장기능부전 환자의 진단에 유용하게 이용 되고 있다 [5,6]. 혈청 또는 혈장에서의 BNP 농도 측정은 샌드위치 형태 의 면역학적 검정법을 통해서 효과적으로 측정될 수 있다. 이러한 검정법은 첫 번째 항체를 미립자 위에 고정시켜 항원을 포획하고, 다시 두 번째 항체를 종전의 항원과 반 응 하도록 하는 방법으로, 두 번째 항체에 형광물질 또는 화학발광 표지 그룹을 연결하여 이를 통하여 감지가 가능 하게 된다 [5]. 따라서 BNP 농도 측정에 있어서 BNP를 탐지 할 수 있는 anti-BNP 항체의 이용은 필요 불가결한 요소로 작용한다. 오늘날 항체의 이용에 있어서 크게 각광받고 있는 것으로 대장균과 같은 원핵생물에서 적은 비용으로도 쉽게 발현 및 정제가 손쉬운 single-chain variable fragment (scFv)가 있다. 항체의 heavy chain과 light chain의 variable domain 을 인위적 링커로 연결하여 만드는 scFv는 전체 면역글로 불린 본래의 결합 특이성과 친화성을 유지하면서도 상대적 으로 작은 크기로 인해 보다 선택적이고 강한 상호작용이 가능하며, 균주 기술을 이용한 즉각적인 isolation이 가능 하다는 장점을 가지고 있다 [7]. 또한 그들이 본래 가지고 있던 친화성을 단백질 공학을 통해 한층 증가시킬 수 있는 인위적인 제조도 가능하다는 점 역시 scFv의 큰 특성 중 하나이다 [8]. 이렇게 많은 용이성을 갖춘 scFv는 항체 기술에 있어서 중요한 위치를 차지하게 되었으며 다양한 방법에 걸친 치료 및 진단에의 활용도 또한 높은 실정이 다 [7]. 하지만, 대부분 scFv의 대장균에서의 발현은 불용 성 형태로의 발현율이 높으며, 이러한 형태의 발현은 scFv 의 다양한 이용에 방해 요인으로 작용한다. 따라서 scFv 의 기능적인 가용성 형태로의 발현은 특히 중요한 과제로 남아있다 [9]. 이에 우리는 심장병 진단용 센서의 펩타머로써의 이용을 위한 항 BNP scFv 항체의 대장균 균주 세포질 내에서의 발현을 시도하고자 하였다. 세포질 내의 발현은 periplasmic 발현에서 발생되는 배양액으로의 단백질 손실을 방지하여 높은 농도의 단백질을 회수할 수 있다는 장점이 있다. 본 실 험에서는 대장균에서 재조합 단백질 발현에 가장 널리 쓰이 고 있는 T7 프로모터로 발현시스템을 구축하고 있는 pET 벡터와, 저온 유도성 프로모터인 cspA 프로모터를 발현 시스템으로 구축하고 있는 pCold 벡터를 이용하여 scFv 항체의 세포질 내로의 발현을 시도하였다. 특히 cspA 프 로모터는 낮은 온도에서 전사의 시작과 아미노산 번역이 이루어 지며, 이러한 저온 발현의 특성상 올바른 단백질 접힘이 가능하기 때문에 최근 대장균에서 불용성 단백질 의 가용성 단백질로의 발현에 많이 이용되고 있는 벡터 시스템이다. 본 연구에서는 항 BNP scFv 항체 유전자로 최적 발현 벡터를 탐색하고 단백질 발현에 있어서 온도의 영향, IPTG 투여 농도에 따라 달라지는 발현 양상을 비교하여 최적 발현 조건을 탐색하였으며, 발현된 scFv 항체와 BNP 항원의 친화도를 ANP 항원과의 친화도와 비교하여 항 BNP scFv 항체의 BNP에 대한 특이적 기능성을 확인하였 다. 항 BNP scFv 항체의 대장균 균주에서의 세포질 내 발 현에 관하여 발표 되어진 연구사례가 아직 없으므로, 이번 연구는 최초의 항 BNP scFv 항체 발현 연구가 될 것이라 기대한다. 또한 심장질환의 계속적인 증가 추세로 인하 여 최근, BNP와 같은 심장혈관호르몬 수치를 이용하는 방법에 큰 관심이 집중되고 있는 점을 고려해 볼 때, 항 BNP scFv 항체의 발현은 그 활용에 있어서도 큰 의미가 있다고 하겠다.

B-type natriuretic peptide is a neurohormone secreted in the cardiac ventricles. BNP levels are elevated in patients with ventricular dysfunction. Therefore, the concentration of BNP is important factor to reflect diagnosis and prognosis for cardiovascular disease. In this respect, anti-BNP scFv is an urgent requirement for early diagnosis in the field of biosensor. Herein, the genetic codes of anti-BNP scFv were chemically synthesized and cloned into both pET22b (+) and pColdⅣ vector, respectively. The recombinant scFv was successfully expressed as a functional form in cytoplasm of E. coli and detected through Western blot and ELISA. The highest level of functional expression of anti-BNP scFv was achieved using pET22b (+) vector at 15℃ by addition of 0.1 mM IPTG. Additionally, being exposed to both BNP and ANP, anti-BNP scFv specifically captured only BNP. Therefore, anti-BNP scFv expressed in this study will be applied to measure the concentration of BNP as a diagnostic recognition molecule.

일년생 작물인 들깨 (Perilla frutescens L. Britt)는 잎과 종실유를 목적으로 널리 재배되고 있는데 식용의 잎은 독특 한 향으로 특히 각광받고 있다. 한편, 들깨의 어린 싹의 경우 건강 새싹채소로도 각광받고 있는데 간단한 실내 또는 온실 조건에서 10일 이내의 생육기간을 거쳐 그 이용이 가능하다. 이미 보고된 바 있는 들깨 관련형질전환 기술 [1-3], 담배나 상추 잎을 이용한 일시유전자발현 및 재조합단백질의 신속 한 생산 연구 [4,5] 들을 감안해 볼 때 들깨 새싹을 이용한 간편하고 신속한 일시발현용 biofactory의 개발도 충분히 제시할 수 있는 시점에 있다 [6]. 다만 형질전환 및 발현 효율 성이 전제되어야 할 것이다. 식물 형질전환은 Agrobacterium 이용법이 선호되고 있으며 그 편이성과 효율성이 우수하기 때문인데 식물의 종류에 따라 그 효율성면에서 많은 차이 를 보이고 있다. Agrobacterium 감염 및 T-DNA 전이관련 효율을 충분히 개선시키기 위한 초음파, 미세 견고입자, 효소, 산화제 등의 다양한 물리적, 효소적, 화학적 상해방 법이 적용되고 있으며 이들은 세포벽의 구조적 변화를 초래 하여 Agrobacterium의 감염을 좀 더 용이하게 하는 것으로 판단되고 있다 [7]. 이들의 처리에 의하여 식물체로부터의 phenolic compound 분비를 기대할 수 있는데 이러한 화학 적 신호에 의하여 Agrobacterium vir genes의 효과적 발현 및 T-DNA 이동과 식물유전체로의 T-DNA 삽입이 보다 용이 해 질 수 있다 [8,9]. 현재까지 vir genes 유도를 위한 다양 한 phenolic compound가 알려져 있으며 acetosyringone 이 대표적이다. 이 외에도 syringealdehyde, syringic acid, acetovanillone, vanillin 등 매우 다양한데 이들에 의한 vir genes 유도발현 수준은 Agrobacterium strain에 따라서 차이가 나는 것으로 알려져 있다 [10]. 본 연구에서는 i) chemotactic signal인 phenolic compound의 Agrobacterium 세포에 대한 처리에 따른 T-DNA 전이 및 들깨 새싹에서의 GUS reporter gene의 발현 변화의 분석을 실시하였으며 ii) 세포벽 용해 가 가능한 NaOH/SDS 용액을 들깨 새싹에 처리함으로써 Agrobacterium 감염 및 GUS reporter gene의 발현 변화를 분석하였다. 또한 i)과 ii)의 복합 적용을 통한 발현율 변화 를 분석하였다. 이러한 실험 결과는 식용 또는 주사용 간염 백신 연구의 주요 연구 대상인 hepatitis B virus antigen (HBsAg) 단백질 발현에 적용시켜봄으로써 일시적 biofactory 로서의 들깨 새싹의 가능성을 시험하였다.

Perilla [Perilla frutescens (L.) Britt] seedlings are easy to grow and eaten as the health vegetable sprout. Two day old perilla seedlings since germination were given a mild wounding using cell wall lytic NaOH/SDS solution for infiltration with recombinant Agrobacterium cells treated with phenolic compounds. In the analysis of fluorometric GUS gene expression for the transformed perilla seedlings, GUS enzyme activity was the highest by the combined treatments of 50 mM acetosyringone and 0.5% NaOH solution containing 0.01% SDS implying a synergic effect. This result could be successfully applied for demonstrating hepatitis B virus antigen (HBsAg) protein expression.