Earticle

다양한 발효대사물질 (metabolite)의 혼합물 혹은 화학 합성물질의 라이브러리로부터 인체에 유용하고 상업적으로 부가가치가 높은 생리활성물질을 분리, 정제하여 산업적으로 이용하기 위해서는 효율적이고 경제적인 분리정제공정이 필수적이다. 특히 고부가가치 물질의 경우에는 순수한 형태 로 빠른 시간에 분리 정제할 수 있는 기술이 반드시 요구된 다고 할 수 있다. 지금까지 이러한 목적으로 많이 사용되어 온 것이 분취용 고속액체크로마토그래프 (preparative high- performance liquid chromatograph, Prep HPLC)인데, 최근 이러한 Prep HPLC를 대체할 수 있는 신기술로서 고 속역류크로마토그래피 (high-performance counter-current chromatography, HPCCC)가 각광을 받고 있다 [1,2]. 이 총설 에서는 CCC의 일반적인 이론을 간략히 정리하고 최신 HPCCC 장비의 적용 예를 살펴보고 그 응용분야로서 생리활성물질의 분리 및 정제와 관련된 연구동향을 정리하고자 한다.

Many successive liquid-liquid extractions occur enabling purification of the crude material to occur. In high performance counter-current chromatography (HPCCC), crude material is partitioned between two immiscible layers of solvent phases. The stationary phase (SP) is retained by hydrodynamic force field effect and the mobile phase (MP) is pumped through the column. Purification occurs because of the different solubility of the components in the liquid mobile and stationary phases. There are many key benefits of liquid stationary phases such as high mass and volume injection loadings, total sample recovery, and easy scale-up. Many researchers showed that predictable scale-up from simple test is feasible with knowledge of the stationary phase retention for the planned process scale run. In this review we review the recent advances in HPCCC research and also describe the key applications such as natural products and synthetics (small or large molecules).

유전자의 돌연변이에 의해 발생하는 여러 가지 질병 중, 하나의 유전자 변형으로 나타나는 질환을 monogenic disease 라 한다. Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM) database (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/omim)에 2010년 1월 까지 축적된 자료에 의하면, 특정 유전자와 연결된 질병이 2500개 이상이 존재하며, cystic fibrosis, cuchenne muscular dystrophy, fabry disease, huntington’s disease 및 X-linked serve combined immunodeficiency (X-SCID)등과 같은 질병 이 이에 속한다 [1]. 실제로는 하나의 변형된 유전자와 관련 된 질환의 종류가 10,000종이 넘는다고 알려져 있다. 이러한 질병 중, 관련된 유전자가 특정 효소를 암호화하고 있는 경 우, 효소치환 치료 (enzyme replacement therapy)의 적용이 일반적이나 대부분이 한시적인 치료법으로 일생 동안 반복 적인 투여를 해야 하는 경우가 많다. 지난 20년 동안 이러한 monogenic disease의 치료 방법으로, 특정한 세포 및 조직에 치료 효과를 지닌 유전인자의 삽입을 위한 gene therapy [2], 변이가 유발된 유전자의 정상 유전자로의 영구적 치환을 위한 homologous recombination (HR) 기반의 gene targeting [3], 그리고 최근 이슈가 되는 iPSC (induced pluripotent stem cell) 기술에 많은 연구가 진행되고 있다. 앞서 언급한 여러 monogenic disease들 중 SCID의 경우, B 또는 T 림프구의 결함에 의해 발생한다. 특히 X-SCID (인터루킨 수용체의 subunit을 암호화 하는 ILR2G의 돌연 변이)와 ADA-SCID (adenosine deaminase gene의 돌연변이) 경우, gene therapy 기법 적용을 위한 이상적인 monogenic disease model로서 retroviral vector를 이용한 성공적인 치료 사례가 존재한다 [4,5]. 그러나, retroviral vector의 random 또는 semi-random integration에 의해 target 유전자 주변 염기서열의 변화가 유발되면 gene silencing, endogenous gene의 파괴 및 up-/downstream 영역의 변화로 유전자의 transcriptional activation 등을 유도해 세포 독성을 유발할 수 있다. 실제로 불명확한 원인으로 인하여 유전자 치료를 받 던 환자가 사망한 사례 또한 존재한다 [6]. 이러한 문제점 들을 해결하기 위하여 non-viral vector나 non-integrative vector의 개발이 시도되고 있다. Monogenic disease 치료를 위한 다른 대안으로, 최근에 는 gene targeting을 활용하기 위한 시도가 진행되고 있다. Gene targeting 기술은1990년대에 소개된 이후로, mouse 등 의 여러 model animal의 제작에 활용되어 Mario Capecchi와 Oliver Smithies가 physiology and medicine 분야의 Novel상을 수상 (2007년)해 그 가치를 인정받았다 [7,8]. Gene targeting 기술은 retroviral 또는 lentiviral vector 를 활용하는 gene therapy와 달리, 유전자 copy number의 변화 없이 고유의 promoter에 의해 발현이 조절될 뿐 아니라 viral vector의 random integration에 의한 잠재적 위험을 피할 수 있는 장점을 지닌다. 그러나 본질적으로 자연적인 homologous recombination (HR)에 의한 재조합 비율이 매우 낮은 단점 이 존재한다 [9]. 최근 표적 유전자 또는 염기서열의 double strand break (DSB)에 의해 유도되는 HR을 이용하는 gene targeting 효 율 증대를 위한 tailored 또는 artificial nucleases의 개발과 활용이 보고되고 있다. 이러한 효소의 backbone으로homing endonucleases와 zinc finger nuclease가 활용되고 있으며, 근 본적으로는 자연적인 제한효소와 같이 인식영역 (recognition domain)과 절단영역 (cleavage domain)을 지닌 효소들로 개발된다. 본 글에서는 monogenic disease 치료를 위한 gene targeting 기술에 적용하기 위해, 현재 연구되고 있는 artificial endonucleases에 대해 간략히 소개하고자 한다.

Monogenic diseases are resulted from modifications in a single gene of human cells. Because their treatment with pharmacological medicine have a temporary effect, continuous nursing care and retreatment are required. Gene therapy, gene targeting and induced pluripotent stem cell (iPSC) are considered permanent treatment methods of them. In gene therapy, however, retroviral vectors that have potential toxicity caused by random insertion of harmful virus are used as vehicles for transferring genetic materials. On the other hand, gene targeting could replace and remove the modified gene though homologous recombination (HR) induced by site-specific endonucleases. This short reviewprovides a brief overview on the recently tailored endonucleses with high selectivity for HR.

근래에 들어 건강과 웰빙에 대한 관심이 깊어지면서 해조 류 유래 기능성 소재에 대한 많은 관심이 기울여지고 있다. 해조류의 특이성에 착안하여 새로운 생리활성 물질들이 탐색 되고 있으며 해조류 유래 기능성소재는 항종양성 [1-2], 항바 이러스성 [3], 항혈액응고 [4] 및 면역력 증강 등의 생리기능 을 갖는 것으로 알려져 있다. 최근에 다시마의 항종양성, 항 바이러스, 항돌연변이 및 면역력 증강 등의 생리적 효과가 구체적으로 확인됨으로써 [4-5] 다시마의 수요는 점차 증가 되고 있다. 이와 관련하여 한국과 일본 및 중국의 동아시아 에서 오랜 기간 섭취하여 온 미역과 다시마 등의 갈조류에 함유된 고분자 다당체인 후코이단 (fucoidan)의 여러가지 기능성에 대한 관심이 집중되고 있다 [6]. 후코이단은 특이적 으로 갈조류 (미역, 다시마, 톳, 대황, 곰피, 감태 등)의 세포 벽 성분인 점질 다당에 함유되어 있는 다당류로서 다시마와 미역포자엽의 건조중량 대비 3～4%의 소량이 함유되어 있 다 [7]. 후코이단은 갈조류의 채취시기 및 종에 따라 후코이 단의 평균 분자량이 100,000-2,000,000 Da으로 다양하며, 후코이단의 생리활성에 중요한 영향을 미치는 fucose 함량 및 황산기 함량도 차이가 난다 [8]. 후코이단은 헤파린 (heparin)과 유사한 구조를 가지고 있어서 헤파린을 대체할 수 있는 물질로 알려지면서 많은 연구들이 진행되고 있다 [9-10]. 후코이단의 기능성에 대한 연구는 혈행개선 [11] 외에도 항암 [12-14], 면역조절작 용 [13], 항바이러스 [15-18], 신장질환 개선 [19] 등이 있 으며 그 외에 여러 질환과 관련하여 많은 연구 결과들이 발표되고 있다. 전 세계에서 후코이단이 갖고 있는 의학적인 효과에 대한 다양한 연구가 이루어지면서, 우리나라에서도 후코이단의 구조 및 기능성에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 논문 에서는 후코이단의 구조 및 기능성에 대해서 소개하고, 국내 외 연구현황, 후코이단과 관련된 연구의 필요성과 활용방안 을 소개하고자 한다.

Fucoidans, polysaccharides that are composed of fucose, uronic acids, galactose and xylose, are one of the main constituents of brown seaweeds. For the past decade algal fucoidans have been extensively studied due to their biological activities including anticoagulant, antiinflammatory, antitumor, contraceptive and antiviral activities. Even though fucoidan is known as a highly functionality derivative, its industrial applications have been limited because of low inclusion efficiency and high cost of manufacturing. Furthermore the sea-weed smell of fucoidan has been a limiting factor for the application especially in food and cosmetic area. The potential application of various extraction technology and deodorization of sea-weed smell is highly required for a wider application of fucoidan. As an alternative extraction process, enzymatic hydrolysis process or ultra-high pressure treatment has been investigated for the improvement of production yield and bioefficacy of fucoidan. More intensive research on the fucoidan production technology and its application in nutraceutical and cosmoceutical area is needed.

Keratin은 불용성의 단백질로 사람의 머리카락과 손톱 및 조류의 feather를 구성하는 대표적인 물질이다. 이러한 keratin은 물리적, 화학적으로 강하여 보통의 단백질과는 달리 부패되지 않고 여러 가지 화학약품에 대하여 저항력 이 있으며 물리적 강도 또한 높다. Keratin의 물리 화학적 안정성은 keratin의 구조적인 특이성에서 기인한다. Keratin 은 cysteine 함량에 따라서 soft keratin과 hard keratin으로 구분되며, soft keratin은 cysteine 함량이 약 10%이하이며 피부 등의 keratin이 여기에 포함되며, hard keratin은 cysteine 이 약 10∼14%로 disulfide 결합이 많은 머리카락, 손발톱, 뿔, 발굽, 양털, 깃털 등이 이에 속한다 [1]. Keratin은 구조적 으로 polypeptide chain이 supercoiled된 상태에서 α-helix (α-keratin)나 β-sheet (β-keratin)의 구조로 단백질 사슬이 매우 단단하게 쌓여있으며, polypeptide chain사이에 수많 은 disulfide 결합과 수소결합 및 소수성결합 등이 존재하 기 때문에 매우 안정하며 [2], 단백질 분해 효소에 대한 저 항성이 매우 크다 [3]. Chicken feather를 분해하는 미생물이 생산하는 특이적인 protease를 keratinase 또는 keratinolytic protease라고 하는데, 이 효소들은 매우 compact한 기질을 분해한다는 측면에서 다른 protease 또는 peptidase와 구별 되어 진다 [4]. 그리고 유도효소인 keratinases를 생산 시 대부분 탄소원으로 chicken feather를 사용한다 [5]. 가금류의 feather는 생물학적으로 난 분해성 단백질인 keratin으로 구성되어 있다 [6]. 가금류 도축과정의 부산물 로 발생되는 가금류 폐기물은 국내의 고압, 가열처리하여 건조, 분쇄한 후 우모분 사료로 사용되고 있다. 그러나 공정 상 에너지의 소모가 많고 처리 과정에서 필수 아미노산의 손실을 야기하며 사료로 사용 시 동물의 소화관 내에서 낮은 소화율을 나타내는 단점이 있다 [7,8]. 이러한 단점을 극복 하기 위하여 미생물이 생산하는 keratinase를 산업적으로 이 용하고자 하는 많은 노력들이 시도되고 있다 [9,10]. 모발은 모표피, 모피질, 모수질의 3층으로 구성되어 있고 대부분 (80∼90%)이 keratin으로 되어 있으며 나머지는 지 질, 수분, melanin색소, 미량원소 (trace elements)로 이루어 져 있고 [9,4,10], 14∼18%의 cystine 아미노산을 함유하 고 있는데 cystine의 이황화 결합은 모발에 유연성을 부여 한다. 모표피는 약 5∼10개의 cuticle cell로 구성되어 있으 며 모발의 장축에 따라 납작하게 뻗어 있다. cuticle cell은 외측으로부터 epicuticle, exocuticle, endocuticle으로 되어 있고, 큐티클 층의 기능은 피질을 둘러싸서 물리적 자극으 로부터 모피질의 손상을 방지하는 역할을 하고, 손상되지 않은 큐티클 표면은 빛을 굴절시키고 모발의 마찰력을 줄여 준다 [11]. Epicuticle는 큐티클세포의 세포막으로서 모발 에 윤기를 갖게 해준다. Epicuticle와 exocuticle은 cysteine 성분이 많이 존재하고 있고 높은 교차결합으로 물리적으로 강한 부위이다 [12]. Endocuticle은 모표피의 가장 안쪽에 위치하고 있는 부분으로 양면 접착테이프와 같은 세포막 복합체 (cell memberance complex, CMC)로 한쪽은 인접한 모피질을 밀착시키고 다른 한쪽은 외표피의 틈과 중첩되어 있다 [13]. 모피질 (cortex)은 모발에서 가장 중요한 부분으 로 모발의 약 85∼90%를 차지하고 있으며 모발섬유 방향과 평행한 원통형의 macrofibril이 다수 모여 모피질 세포를 이룬 결정영역과 세포 간 결합물질인 비 결정영역으로 구성 되어 있다 [14]. 모발 시술 시 환원제와 염모제와 같은 화학 약품은 세포막복합체 (cell membrane complex, CMC)의 틈 으로 침투하게 되어 모발의 단백질 구조를 변화시키는데 이 로 인해 모발은 윤기가 없고, 내부의 수분과 간충 물질의 유 출로 인해 건조하고 푸석푸석하며, 탄력성이 떨어진다 [15]. 그런 상태에서 반복 화학적 시술을 할 경우 손상은 더욱 가속화되어 퍼머넌트 시술 시 컬의 탄력성이 떨어지고 염색 시 색상의 유지력이 짧으며 염착력이 저하된다. 또한 환경 오염에서 오는 공해와 스타일링 제품 속 화학약품의 잔류 는 모발을 오염시켜 큐티클을 들뜨게 하고 윤기를 상실시 키며 질감을 거칠게 하는 문제를 발생시킨다 [16]. 또한 정 상모발이라 할지라도 오구가 붙어있으면 매끄럽지 못하다. 이러한 모발의 문제점을 해결하기 위하여 keratinase를 모발 에 처리하면 오구가 제거되며, 이때 모피질까지는 손상시 키지 않으면서 모발 표피부분을 부분 분해함으로 퍼머넌트 시술의 효율을 높이는 것을 예비실험에서 확인하였다. 따라 서 모발을 매끄럽게 하거나 퍼머넌트와 같은 모발 시술 전 처리제로 keratinase를 사용하여 모표피를 부분 분해할 경우 모발의 손상을 줄이면서 원하는 퍼머넌트 시술을 효과적으 로 수행할 수 있겠다. 본 연구에서는 whole chicken feather를 분해할 수 있는 높은 keratinolytic protease를 생산하는 균주를 screening 하고 keratinase의 생산을 최적화하고 모발의 개선효과 및 모발 화장품으로 응용 가능성을 보고자 모발과 배양 시 모발 이 분해되는 것을 확인하였다.

A microbial strain having high keratinase activity was isolated from the soil of poultry factories of Gyeonggi or Chungcheong-do. The isolated strain was identified as Bacillus sp. based on its morphological and biochemical characteristics. In this study, the optimal conditions for the production of keratinase by this strain were investigated. The optimal medium composition for the keratinase production was determined to be 3.5% chicken feather as carbon source, 1.0% tryptone as organic nitrogen source, 1.0% KNO3 as inorganic nitrogen source and 0.05% KCl, 0.05% KH2PO4, 0.03% K2HPO4 as mineral source and 0.01% yeast extract as growth factor. The optimal temperature and pH was 40℃ and 8.5 with shaking culture (200 rpm), respectively. The maximum keratinase production reached to 123 units/ml after 42 hr of cultivation under the optimal condition. When the hair was used as the sole carbon source, the maximum enzyme activity was 88 units/ml after 120 hr and in this case, the hair added in the medium was not degraded completely but got thinner than the control by 20%.

Polyhydroxyalkanoates (PHA)는 N, P, S, Mg, O2 등의 영양소가 제한된 성장 조건 하에서 여러 종류의 미생물들에 의해 세포 내 탄소와 에너지 저장 물질의 형태로 축적되는 생분해성 고분자이다. PHA는 가수분해나 효소에 의해 분해 되기 때문에 농업, 해양, 의약 등 다양한 분야의 적용에 있어 서 환경적으로 분해 가능한 열가소성 물질로써 많은 관심을 불러 일으키고 있으며 상업적 관심의 초점이 되고 있다 [1]. PHA 중 가장 단순한 형태인 poly(3-hydroxybutyrate) homopolymer는 부서지기 쉽고 가공성이 용이하지 않아 이를 보다 유연하게 만든 poly(3-hydroxybutyrate-co-3- hydroxyvalerate) [P(3HB-co-3HV)] 및 poly(3-hydroxybutyrateco- 4-hydroxybutyrate) [P(3HB-co-4HB)] copolymer가 propionic acid, pentanoic acid, γ-butyrolactone 등의 기질을 함께 공급하여 합성되었다. 특히 P(3HB-co-4HB)는 4HB의 함량에 따라 딱딱한 결정성 플라스틱에서 탄성이 큰 고무에 이르기까지 다양한 물성을 나타내며 [2], 다른 PHA에 비해 생체 내 가수분해 속도도 크고 4HB 함량에 따라 조절 가능 하여 의약분야 소재로서의 활용이 기대되고 있다 [3]. 식물성 오일은 값싸고 풍부하며 대량생산 가능한 대표적 인 천연자원으로 이를 어떻게 유용한 고부가가치 제품으로 만드는지에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한 미생물 배양시 탄소원으로 식물성 오일을 사용할 경우 식물성 오일 내의 높은 탄소 함량 때문에 높은 수율을 얻을 수 있음이 보고되고 있다 [4]. 식물성 오일은 다른 원료물질들에 비해 비교적 저가의 물질로 미생물 산업분야에서 매력적인 원 료로 부각되고 있다. 식물성 오일의 주성분인 oleic acid와 linoleic acid와 같은 불포화 지방산의 함량은 soybean oil의 경우 각각 22%와 55%, olive oil의 경우 78%와 7%에 달 한다 [5,6]. 또한 이론적으로 식물성 오일을 사용하였을 경우 약 1.0 g-PHA per g-vegetable oil의 수율 [4]을 얻을 수 있다고 보고되어 있으며, 이는 glucose를 사용하였을 경우 0.48 g-PHA per g-glucose [7]와 비교하였을 때 두 배 이 상에 달한다. Ralstonia eutropha (Cupriavidus necato)는 성장이 용이하 고 균체내 PHA 축적율이 높아 PHA 합성에 관해 가장 많이 연구되어 온 균주로서 본 연구진은 glucose 또는 fructose 를 주요 기질로 R. eutropha의 고농도 유가식 배양을 통해 최대 약 200 g/L의 균체농도 및 80 wt%의 PHA 함량 을 얻은 바 있다 [8-12]. 본 연구에서는 비교적 저가이고 높 은 수율을 얻을 수 있는 식물성 오일 또는 바이오디젤 제조 공정의 부산물인 glycerol을 탄소원으로 이용하여 R. eutropha 여섯 균주를 배양하여 최종 균체농도 및 PHA 함량 면에서 최적 균주를 결정하였다. 또한 식물성 오일에 γ-butyrolactone 또는 pentanoic acid를 첨가하여 이용하여 P(3HB) homopolymer 외에 P(3HB-co-4HB) 및 P(3HB-co- 3HV) copolymer의 합성 특성을 조사하였다.

Six strains of Ralstonia eutropha were grown to investigate characteristics of polyhydroxyalkanoates (PHA) synthesis from vegetable oils or glycerol. Poly(3-hydroxybutyrate) homopolymer was formed using soybean oil, olive oil, or glycerol as carbon source, while poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) or poly(3-hydroxybutyrateco- 3-hydroxyvalerate) copolymers were synthesized by co-feeding γ-butyrolactone or pentanoic acid, respectively. Optimum strain was determined as R. eutropha KCTC 2662 in terms of final cell concentration and PHA content. From 20 g/L of soybean oil (optimum substrate), cell concentration and PHA content at 72 h ranged 1.7~9.2 g/L and 70~92 wt%, respectively.

천연 기능성물질의 생산 산업 (Natural products Industry) 은 고도의 기술력을 바탕으로 고부가가치의 소량 다품목의 제품 개발이 가능할 뿐만 아니라, 신 물질과 신용도에 대한 산업 재산권을 획득하여 높은 가치를 지속적으로 창출할 수 있어, 이미 선진 각국에서는 이 분야의 연구개발에 역점 을 두고 있고, 각종 천연물의 제품화와 산업화에 역량을 집 중하고 있는 추세이다. 최근 한약재에 함유되어 있는 다양 한 페놀성 화합물인 생리활성물질로부터 천연물신약개발 을 위한 연구가 급속히 진행됨에 따라 천연식물 소재들을 천연항산화제와 항균, 항암, 항알레르기, 당뇨예방, 심장질환 예방, 충치예방 등의 약제로 개발하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다 [1-5]. 본 연구의 소재인 도꼬마리 (Xanthium strumarium L.) 는 국화과 (Compositae)에 속하며 전체에 거센 털이 나 있으 며 줄기는 곧게 서고, 키는 1.5 m 정도이다. 꽃은 8～9월 경에 황갈색을 띈 꽃이 줄기 끝에서 핀다. 열매는 대추씨와 비슷하고 과피 부분에 갈고리 모양의 억센 털이 나 있으며 들이나 길가에서 주로 자라는 한해살이풀로 한국을 포함한 동북아시아 및 유럽 등지에 폭넓게 분포․자생하는 것으로 알려져 있다. 그 외 귀화식물인 큰 도꼬마리 (Xanthium canadense Mill.)도 많이 확산되어 분포하고 있으며, 도꼬 마리에 관한 연구는 중국산 도꼬마리 (Xanthium sibiricum Patr. ex Widd)가 시초로서 열매의 씨 (창이자)가 해열, 발한, 진통, 산풍, 거습, 궤양성 피부병, 신경통 및 악성 종양 등에 탁월한 효과가 있으며, 항균효과로서는 티푸스균, 이질균과 더불어 황색포도상구균에 상당한 저해효과가 있는 것으로 알려져 있다. 창이엽에는 거풍습, 진통, 해열, 살충 등 다양 한 효능이 있으며, 창이자에 함유된 성분으로는 γ-lactone 구조를 가진 xanthinin과 carotenoid, alkaloid, saponine, xanthostrumarin, xanthostrunarin 및 oleic acid 등이 알려져 있다. 이러한 성분을 지닌 도꼬마리가 전통적 민간요법으로 정착되어 습진 등의 피부병 치료에 널리 이용되었을 뿐만 아니라, 다양한 약리 작용을 하는 것으로 보아 이와 같은 관점에서 본 연구자는 한국산 도꼬마리로부터 새로운 항균 및 항암효과 등 다양한 생리활성기능이 있는 신규물질의 탐색과 응용을 위한 일환으로서 도꼬마리의 각 부위로부터 추출한 성분이 세균 및 진균류 등에 대한 광범위한 항균효 과를 가진다 [6,7]는 사실과 더불어 분자량 386 및 230인 2종류의 항균성 물질을 분리 ․ 정제한 결과 [8]와 다양한 암 세포 주에 대한 항암효과를 비롯하여 항변이원성효과 등을 보고하였다 [1]. 본 연구의 대상균인 Helicobactor pylori는 위암 뿐 아니 라 위염, 위 십이지장 및 소화성 궤양의 원인균으로도 알려 져 있으며 [9,10], 생육저해를 위해 많은 연구가 수행되고 있다. 특히 정장작용, 항암효과, 혈청콜레스테롤 저하 등 다 양한 효과 [11-13]가 알려진 유산균을 이용한 발효를 통해 H. pylori로부터 위를 보호한다는 제품을 비롯하여 자연으 로 부터의 식물추출물을 통하여 H. pylori 생육 저해를 위한 연구가 많이 이루어지고 있다 [14-16]. 본 연구에서는 한약재로 쓰이고 있는 도꼬마리의 항균, 항암효과를 가진 선행연구 결과를 기반으로 도꼬마리추출 물을 특정 유산균으로 발효시킨 후 특성으로 항산화효과와 H. pylori의 생육저해능을 검토하였으며, 특히 다양한 유산 균을 이용한 복합배양에 의한 특성을 검토한 결과를 보 고하고자 한다.

This study characterized the anti-Helicobactor pylori activity of Xanthium strumarium L. extract obtained by lactic acid fermentation. The growth of the Lactobacillus strains was typically robust upon lactic acid production in monocultures containing Xanthium strumarium L. extract. Lactic acid fermentation in mixed cultures of Lactobacillus brevis KCTC 3498 and Lactobacillus casei KCTC 3109 produced higher of anti- H. pylori activity than monocultures. Concerning antioxidant activity of fermented extracts, total polyphenol contents were the highest in co-cultures of Lactobacillus brevis KCTC 3498 and Lactobacillus helveticus KCTC 3545. Electron donating ability using diphenyl picryl hydrazyl (DPPH) showed 70% scavenging in Lactobacillus casei KCTC 3109.

최근 석유와 같은 화석연료의 과잉 사용으로 가격이 상승 하고 이산화탄소의 발생량이 급격히 증가하고 있다. 그래서 석유대신 재생 가능한 바이오매스 자원에서 연료와 유용한 화학물질을 생산하는 연구에 관심이 높아지고 있다. 사용 가능한 자원으로는 전분질 뿐 만 아니라 지구상에 풍부하게 존재하는 임산 및 농산 폐기물 그리고 폐지 등과 같은 리그 닌이 포함된 섬유질 기질이 있다. 에너지원으로서 바이오 매스 자원은 전처리, 효소당화 그리고 발효공정을 거쳐 에탄 올을 생산하는 공정에 이용되고, 화학물질의 원료로서 바이 오매스 자원은 정제공정을 통해 여러 화학물질의 생산에 이 용될 수 있다. 전분질 기질을 사용하면 대체로 당화공정이 간단하여 상업적인 공정개발이 가능하나 섬유질 기질의 경 우 품질이 일정하지 않고 전처리공정이 복잡하여 상업화할 수 있는 공정 개발이 쉽지 않다 [1]. 우리나라는 바이오매 스 자원이 풍부하지 못한 나라이기 때문에 이와 같은 물질 을 생산하는 원료로 폐지와 같은 폐기물을 이용하는 방법 이 현실적인 대안이 될 수 있다. 섬유질 기질의 주요 3대 성분은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오 스, 그리고 리그닌이다. 이 기질이 산을 포함된 수용액과 반 응하면 가수분해 반응이 일어나고, 산 촉매 하에서 ethylene glycol (EG), polyethylene glycol, glycerol 등과 반응하면, 즉 물이 포함되지 않는 비수용액상에서는 액화반응이 일어 난다 [2-5]. 액화에 사용된 이들 용매의 비점이 높기 때문에 고압장치 없이 상압에서 산 촉매를 사용하여 섬유질 기질을 액화할 수 있다. 이 액화속도를 증가시키기 위해 ethylene carbonate 또는 propylene carbonate를 첨가시키는 방법도 있다 [5-7]. EG를 사용한 폐지의 액화연구에서 셀룰로오 스, 헤미셀룰로오스, 리그닌의 각 성분이 시간에 따라 어떻 게 액화되는지 조사한 적이 있다 [5]. 리그닌과 헤미셀룰로오 스의 액화속도가 셀룰로오스의 액화속도보다 13과 7배 정도 빠르고 고체에 남아있는 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스는 시간에 따라 감소하였지만 리그닌의 경우 20분이 지나면 감소하지 않고 조금 증가하는 경향을 보였다. 이런 액화물은 polymeric methylene diphenylene diisocyanate 와 반응하여 polyurethane [8-10], diglycidyl ether of bisphenol 과 반응하여 epoxy resin [11], 여러 기능을 가진 carboxylic acid와 반응하여 polyester [12]를 제조할 수 있다. 액화공정 은 고압장치가 필요없고 짧은 시간이 필요한 장점이 있지만 여러 성분으로 이루어져 조성이 균일하지 못하기 때문에 균일한 고분자물질을 제조하기 어렵다. 그러나 제조된 물질 은 석유에서 유래된 물질보다 생분해도가 매우 높은 장점 이 있어 환경 친화적인 물질이라 할 수 있다 [10,12]. 신문지와 같은 폐지는 해마다 많은 양이 발생되고 있고 비교적 잘 회수되는 것으로 알려져 있다. 그리고 액화물로 부터 균일한 고분자물질을 제조하기 어렵기 때문에 비교적 조성이 균일하고 전처리하기 쉬운 농산부산물을 사용하는 것보다 폐지와 같은 폐기물을 액화공정의 원료로 사용하는 것이 더 바람직하다고 생각한다. 본 연구의 목적은 EG를 사용하여 폐지의 액화에 영향을 미치는 인자와 액화수율을 조사하고 액화물을 carboxylic acid와 반응시켜 polyester를 제조하고자 한다.

A novel method to prepare polyester from wastepaper through liquefaction and crosslinking stages was studied. At the first stage, the liquefaction of wastepaper was carried out in the presence of ethylene glycol under acidic conditions. The factors that affect on liquefaction yield were found to be reaction time, temperature, and acid concentration, and their ranges were 60~120 minutes, 150~170℃, and 2~4%, respectively. The optimum condition was found to be 100 minutes, 160℃, and 3% sulfuric acid concentration, and the liquefaction yield at this condition was 67%. At the second stage, polyester was prepared from the liquefied wastepaper obtained at the optimum liquefaction condition by crosslinking with succinic anhydride. The effect of reaction time and carboxylic group/hydroxyl group ratio on crosslinkage were investigated at conditions covering 30~50 minutes of reaction time and 1.5~2.5 of carboxylic group/hydroxyl group ratio. The crosslinkages of polyester prepared were 80~90%, which were almost same regardless of reaction conditions.

골 형태 형성 단백질 (bone morphogenetic protein, BMPs) 은 β형 전환 성장인자 (transforming growth factor β, TGF-β) 슈퍼패밀리 (superfamily)에 속하는 펩타이드 성장 인자이 다. BMPs는 포유동물에서 조직 줄기세포 (stem cell)에 작 용하여 골 세포 및 연골 세포로 분화를 촉진시키는 역할을 하는 것으로 알려져 있다 [1]. 그리고 BMPs가 속해있는 β형 전환 성장인자 슈퍼패밀리의 특징은 성숙한 부분 (mature region)에 7개의 시스테인이 매듭을 형성하여 이중합체를 이루는 것이 특징이다 [2]. 1965년 Urist가 여러 종류의 산성 용액으로 탈회한 골 기질을 근육과 피하에 이식하였을 때 이소성 연골이나 골의 분화가 일어난다는 사실을 처음 밝혔 으며 [3], 태생기 또는 그 이후에 미분화 골 형성 전구세포 를 분화시키는 물질을 발견하여 BMP라 명명하였다 [4]. 이후 기능적 생물 검정을 통하여 BMP를 정제하였으며, 분자 클로닝과 재조합된 인간 BMP (rhBMP)의 발현으로 각종 BMP를 발견하여 분류하였다 [5-7]. 지금까지 15종류 의 BMP가 밝혀져 있으며 이 중에서 골 형성을 유도하는 것으로 확인된 것은 5종으로 BMP-2 (BMP-2a), BMP-3 (Osteogenin), BMP-4 (BMP-2b), BMP-6 (human homologue of the murine, Vgr-1), BMP-7 (Osteogenic protein-1)이 Fig. 1. Construction of an expression vector for rhBMP-7 gene. 다 [8-10]. 이들 중 재조합 DNA 기술에 의해 포유류 세포 (CHO cell)로부터 얻어지는 rhBMP-2와 rhBMP-7의 골 유 도능이 가장 우수하다고 보고되어 이를 이용한 연구가 많이 이루어졌으며, 현재까지도 주로 생산되어 연구재료로 사용 되고 있다. 즉, 유전자 재조합에 의해 생산된 rhBMP-2와 rhBMP-7 단백질을 근 골격계 재생에 이용한 임상 연구들 이 보고되었다 [11,12]. BMPs의 재조합 생산은 원핵세포 와 진핵세포의 배양 시스템에서 모두 가능하다. 원핵세포 배양 시스템에서는 포유류 발현 벡터를 통해 완전구조 유전 자 (full-length cDNA)를 중국 햄스터 난소 세포 (Chinese hamster ovary cell, CHO cell)에 감염시켜 최초로 rhBMPs 를 생산했다 [13]. 그러나, 포유류 세포로부터 생산되어지 는 rhBMPs는 생산 수율이 낮으며, 중국 햄스터 난소 세포와 아프리카 푸른 원숭이 신장 세포 (COS cell) 시스템을 사용 하여 높은 수준의 BMPs 발현이 어렵다고 보고하였다 [1,14]. 한편, 진핵세포를 이용한 경우 배양 시스템의 구조가 단순 할 뿐만 아니라 배양이 용이하며 다수의 개체를 취급하기 쉬 운 대장균 (E. coli)을 단백질 발현에 많이 사용하였다 [17]. 그러나 대장균을 이용하여 BMPs를 생산하는 경우 봉입체 (inclusion body)의 형성으로 생체 밖 (in vitro)에서 재접힘 (refolding)을 통해 활성형 BMPs로 만들어야하는데, 재접힘 과정이 복잡하고 재접힘 완충용액이 비싼 시약을 포함할 뿐만 아니라 총 수율이 낮은 단점을 가지고 있다 [15-17]. 최근, 외래 단백질의 대량생산을 위한 숙주세포로써 그람 양성균인 고초균 (B. subtilis)이 사용되고 있는데, 고초균은 미국 식품 의약국 (FDA)으로부터 안정성과 내독성이 없는 균 주로 승인 (generally recongnized as safe, GRAS)되었다. 또 한, 고초균은 발현된 단백질을 배양액으로 직접적으로 방출 하기 때문에 세포 파쇄의 과정이 생략되어 단백질 정제가 간 소화되고 세포질에서 봉입체의 형성이 감소됨에 따라 활성형 단백질의 생산이 용이하다 [18]. 이러한 다양한 장점으로 고 초균은 산업규모의 발효에서 유용균주로 사용되고 있다 [19]. 본 연구에서는 고초균을 rhBMP-7 유전자의 발현 시스템 으로 사용하여 rhBMP-7의 발현과 생산에 대한 연구를 하 고자 한다. 그리고, 생산된 rhBMP-7을 정제하고 MC3T3-E1 세포에서 알칼라인 포스파타제 활성도 (alkaline phophatase activity, ALP activity)를 측정함으로써 rhBMP-7의 생물학 적 활성을 조사하고자 한다.

Bone morphogenetic protein-7 (BMP-7) is one of important growth factors for skeletal development and bone growth. In this work, BMP-7 was efficiently expressed in recombinant Bacillus subtilis. The mature BMP-7 protein indicated molecular weight of 15.4 kDa by Western blot assay and was secreted into culture medium with 0.35 ng/mL. The extracellular and intracellular rhBMP-7 proteins were purified by using a FPLC system with an ion exchange column and a gel filtration column. The extracellular and intracellular rhBMP-7 proteins had finally a 57.1% purity and a 36.2% purity, respectively. The purified rhBMP-7 proteins showed an intact biological activity which stimulated alkaline phophatase (ALP) activity in MC3T3-E1 cells.

Simvastatin은 HMG-CoA reductase의 억제제로서 혈액내 의 콜레스테롤과 기타 지방물질을 감소시키기 위해 사용되고 있다 [1]. HMG-CoA reductase는 HMG-CoA를 mevalonate로 전환한 다음 콜레스테롤 전구체인 farnesyl pyrophosphate (FPP)로 전환 시킨다 [2]. Simvastatin은 HMG-CoA reductase 의 억제를 통해 mevalonate 경로를 봉쇄하여 FPP와 콜레스 테롤의 합성을 감소시킨다. 이러한 과정을 통해 simvastatin 은 암의 성장과 전이 및 심혈관계 질환의 위험성을 감소시킨 다고 알려져 있다 [3,4]. 혈관신생이란 기존에 존재하는 혈관으로부터 새로운 혈관 이 생성되는 과정으로 대부분의 종양에서 성장과 악성 전이 를 동반한다. 혈관신생의 초기단계는 세포외기질을 분해하여 세포가 이동할 통로를 형성하는 복잡한 과정이다 [5]. 혈관신 생이 일어나기 위해서는 혈관내피세포들의 이동이 요구되는 데 이때 단백질분해효소가 필요하다 [6]. 대표적인 단백질 분해효소로는 MMPs와 플라스민이 있다. MMPs는 아연 의존성 endopeptidase로서 세포외기질을 분해한다고 알려 져 있다 [7]. 이 중 MMP-2는 젤라틴과 피브로넥틴 등의 세포외기질을 분해하며 주로 종양이나 종양 주위의 간질조 직에서 높게 나타난다 [8]. MMP-9 (gelatinase B)은 호중구, 대식세포와 결합조직세포 등을 포함하는 염증세포에 의해 불활성형으로 생성되었다가 92 kDa의 활성형으로 전환되어 Type IV, V 콜라겐과 엘라스틴을 분해한다 [9]. 세린계 단 백질분해효소 중에서 urokinase-type plasminogen activator (uPA)는 플라스미노겐을 플라스민으로 전환시키는데, 활성 화된 플라스민은 세포의 이동 시 세포외기질에 존재하는 피 브린을 분해한다 [10]. Simvastatin은 콜레스테롤-감소작용 외에 혈관신생 에도 관여한다고 알려져 있다. Simvastatin은 RhoA의 geranylgeranylation과 membrane localization의 억제를 통해 혈관신생을 억제한다 [11]. Rho는 vascular endothelial growth factor receptor 2 (VEGFR2)의 tyrosine 인산화를 촉진한다 [12]. Simvastatin은 또한 항-염증효과를 갖고 있 다. Simvastatin 처리에 의해 전립선암의 전이 위험이 감소 되는 것으로 보아 종양 내에서 염증 억제가 simvastatin의 항-전립선암의 작용기작일 것으로 알려졌다 [13,14]. 그간의 연구 결과 simvastatin이 낮은 농도에서는 혈관 신생을 유도하고 높은 농도에서는 혈관신생 억제효과를 갖 는다고 알려져 있으나, 그 작용기작은 명확하지 않다. 따라 서, 본 연구에서는 인간의 악성신경교종 세포주로서 강력 한 이동 및 침윤 특성을 갖고 있는 U-373-MG 세포를 사 용하여 simvastatin이 세포의 이동 및 침윤에 미치는 효과 와 단백질분해효소의 분비에 미치는 효과를 조사하였다. 본 연구 결과, 낮은 농도의 simvastatin은 U-373-MG 세포 의 이동 및 침윤을 유도하고 높은 농도의 simvastatin은 U- 373-MG 세포의 이동 및 침윤을 억제하였으며, simvastatin 에 의한 세포의 이동 및 침윤 조절은 부분적으로 MMP-2, MMP-9 및 플라스민의 분비 조절에 의한 것이라 사료된다.

Simvastatins are widely used to reduce endogenous cholesterol synthesis and improve hypercholesterolemia. Also, simvastatin have been shown to induce both angiogenic and angiostatic responses. In this study, I attempted to resolve this controversy by studying the effects of simvastatin on the cell migration and invasion with the proteinases secretion and expression pattern. U-373-MG cells treated with low dose of simvastatin (0.001~0.5 μM) showed the induction of migration and invasion compared with the addition of a control buffer. On the contrary, high dose of simvastatin (1~20 μM) showed the reduction of migration and invasion compared with the addition of a control buffer. I also showed that simvastatin-regulated migrative and invasive phenotypes were consistent with the secretion and expression pattern of matrix metalloproteinase-2 (MMP-2), MMP-9 and plasmin.

황기 (Astragali Radix; Astragalus membranaceus Bunge) 는 콩과 (Legumiosae)에 속하는 다년생 초본식물인 단너 삼의 뿌리로 한국, 중국, 몽고 등의 아시아 지역과 유럽 및 아프리카의 일부지역에 널리 분포하며, 우리나라에서는 주로 강원도 정선과 태백, 경상북도 영주, 충청북도 제천 등에서 재배되고 있다 [1-3]. 한방에서는 이뇨, 강장, 혈압강하 등의 목적으로 사용되며 약리실험에서도 세포성 및 체액성 면역 증강효과, 항산화효과, 항노화효과, 항염작용, 강장작용, 이 뇨작용, 항종양작용, 항바이러스작용 등이 있는 것으로 밝혀 졌다 [4-10]. 황기는 오래전부터 인체를 보하는 약재로서 한방에서는 황기건중탕 (黃沂建中湯), 십전대보탕 (十全大補湯), 황기계지오물탕 (黃耆桂枝五物湯), 방기황기탕 (防己黃耆湯) 등의 많은 한방 처방에서 황기를 인삼 다음의 보기약 으로서 사용해오던 재료로 인체에 대한 안전성이 이미 확 인된 바 있다 [11]. 이러한 황기의 주요성분으로는 triterpenoids, isoflavonoids, polysaccharides 등이 알려져 있으며 그밖에 다양한 성분 들이 포함되어 있는 것으로 보고된 바 있다 [12]. 황기에 포 함된 triterpenoids 성분은 astragalosides와 같은 saponin류 의 배당체가 주로 포함되어 있는 것으로 알려져 있다 [13]. 또한, isoflavonoids 성분은 formononetin과 calycosin이 대표 적이며 두 성분의 배당체, 그리고 (6 R, 11 R) 3-hydroxy-9, 10-dimethoxypterocarpan-3-O-D-glucoside와 7’,2’-dihydroxy-3’, 4’-dimethoxyiso flavan-7-O-D-glucoside의 6가지 성분이 주요성분으로 보고된 바 있다 [14-19]. Isoflavonoids 성분은 식물성유사호르몬 (phytoestrogen)의 일종으로 에스트로겐 과 구조적 유사성을 가지며, 작용도 유사하여 여성호르몬의 천연 대체물질로서 알려져 있고, 특히 이들은 항산화효과, 미백 및 주름개선 등의 노화방지 효과를 가지고 있으며, 천연 물에서 추출되어 화장품 원료로서 응용되어지고 있다 [20-24]. 본 연구소의 선행연구에서는 황기의 대표적인 isoflavonoids 성분인 formononetin과 calycosin을 추출 정제한 후 항노화 효과 및 보습효과를 측정하여 기능성화장품의 천연소재로 서의 이용 가능성을 확인한 바 있다. 일반적으로 황기는 재배 연수에 따라 유통되고 있으며, 황기의 연근별 활성에 대한 연구가 많이 이루어진 반면, 국내에서 재배하는 황기의 산지별 및 연근별 성분의 변화에 대한 자세한 연구가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 황기를 산지별 및 연근별로 나누어 지표성분의 함량변화에 대해서 조사하였다. 황기의 지표성분으로는 주요 활성성분이면서 함량이 비 교적 높은 isoflavonoid인 calycosin과 formononetin으 로 선정하였다.

This study was carried out to obtain the basic information for isoflavonoid contents that can be used to index Astragalus membranaceus B. cultivated in the Republic of Korea and China. Isoflavonoid contents in Astragalus membranaceus B. which were cultivated in various areas (Jecheon, Jeongseon, Yeongju, and Taebaek in Korea, and China) and ages(1-year-old, 3-years-old) were determined. Calycosin and formononetin as major constituents were determinated by HPLC method in Astragalus membranaceus B. The results show that there were no statistically significant differences for the average contents of isoflavonoids among 1-year-old and 3-years-old. However, isoflavonoid contents were significant differences according to the cultivation areas. HPLC analysis showed that the calycosin content of 1-year-old at Jeongseon was the highest level of 0.090 ± 0.002% and that of 1-year-old at Yeongju was the lowest level of 0.010 ± 0.001%. The highest level of formononetin content was 0.050 ± 0.001% of 1-year-old at China, while the lowest level was 0.020 ± 0.001% of 1-year-old at Yeongju. These results strongly suggest that contents of isoflavonoid in Astragalus membranaceus B. might be quite different with respect to the cultivation areas.

최근 의학 기술의 발전과 경제 여건의 개선에 힘입어 생활 에 여유가 생기면서 수명 증가에 따른 노인 인구의 비율이 증가하고 각종 만성 성인병들이 늘어나고 있다. 오늘날 이런 질병들의 예방 또는 치료를 위해 일상생활에서부터 건강 유 지에 보다 많은 관심을 쏟고 있으며, 따라서 요즘 사람들은 일상생활에서 섭취하는 식품까지도 단지 맛이 아닌 건강을 지키기 위한 것으로 생각하고 있다. 즉 인체 건강 유지에 좋은 ‘기능성 식품’들이 각광을 받고 있는 추세이다. 개념적으로 ‘기능성 식품’이란 인간의 질병을 예방하거나 진행을 더디게 함으로써 몸의 건강을 증진시키는 기능을 하는 식품 성분 또는 그 성분을 포함하는 식품이다 [1,2]. 현재 우리나라에서도 기능성 식품에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며 식품의약품 안전청에 따르면 건강기능식 품의 생산량 및 매출액이 꾸준한 증가세를 나타내고 있다. 국내에서 판매되고 있는 건강기능식품에는 여러 가지 많은 품목이 있지만 버섯에 관련된 기능성 제품의 생산량과 매출 액은 매우 저조한 편으로 이에 대한 연구가 미미한 수준이다. 버섯은 분류학상 진균류에 속하며 대부분이 담자균류에 속하고 일부는 자낭균류에 포함된다. 현재 지구상에 존재하 는 버섯의 종류는 14만종으로 추정되며 단지 10% 만이 알려 져 있다 [3]. 버섯은 또한 독특한 향과 맛을 갖고 있어 옛날 부터 전통 음식으로 널리 사용되어져 왔으며 질병의 치료 및 예방에 효과가 있기 때문에 약용 등의 목적으로 사용되어 져 왔다 [4]. 예를 들어 혈중 콜레스테롤 저하효과와 혈압 강화작용에는 영지버섯 (Ganoderma lucidum) [5]과 표고 버섯 (Lentinus edodes) [6] 등이 있으며, 항암 작용에는 왕송 이버섯 (Tricholoma giganteum), 갓버섯 (Lepiota procera), 잎새버섯 (Grifola frondosa)등의 추출물인 단백다당체가 효과 가 있다고 보고되고 있다 [7]. 그리고 버섯은 영양학적으로는 섬유질과 단백질이 많고 지방이 적어 성인들의 다이어트를 위한 저칼로리 식품, 무공해 식품으로 각광 받고 있다. 새송이버섯 (Pleurotus eryngii), 일명 큰느타리버섯은 분류 학적으로 담자균문, 진정담자균강, 주름버섯목, 느타리버섯 과, 느타리버섯속에 속하며 식용 버섯의 한 종류로 버섯 자루 가 다른 느타리버섯보다 굵고 길며 느타리버섯류 중 가장 맛있는 버섯으로 알려져 있다. 주로 유럽에서 프랑스와 독일, 중앙아시아, 지중해 연안, 아프리카북부 등지에서 자생하는 버섯이고 [8], 우리나라에는 1997년에 경남농업기술원에 의 해 ‘새송이버섯 (Pleurotus eryngii)’이라고 명명되었으며, 농촌진흥청과 협동 연구에 의해 재배 보급되었다. 평균적으 로 갓의 크기는 약 4∼5 cm이고, 대는 약 3∼10 cm, 담자포자 는 약 8∼11 × 4∼5 μm정도로 알려져 있다 [9]. 새송이버섯 은 소비성장이 가장 높아지길 기대하는 버섯이나 저장성이 낮고 수요와 공급이 잘 맞지 않아 가격이 낮아져 경쟁력이 저하되었으며 그로 인한 농가의 피해도 많이 발생하고 있는 실정이다. 따라서 새송이버섯의 약리학적 생리활성을 잘 이용 한 부가가치가 높은 기능성식품으로의 개발이 필요하다. 아미노산은 단백질의 기본 구성단위로 생명현상에 필수적 이며 단백질의 가수분해에 의해 생성되어져 나온다. 맛을 지닌 아미노산들의 인체 효능에 대해서 보면 대표적인 예로 감칠맛과 짠맛을 지닌 alanine은 근육에 있는 독성물질의 배출을 돕고 저혈당증을 막아주며, glycine은 근육의 퇴화를 지연시키며 피부 조직의 재생과 복구 및 중추신경계와 전립 선의 기능 유지에 필수적이고, 쓴맛을 지닌 arginine는 면역 계를 강화하고, 종양과 암세포의 성장과 전이 등을 지연시키 는 등 이외에도 다른 유리 아미노산등이 인체에 많은 효능 을 준다고 알려져 있다. 그중에서 가장 대표적인 조미 맛을 가진 glutamic acid의 수용성을 향상시키기 위해 제조된 MSG (Monosodium Glutamate)는 식품첨가물의 대표적인 화학조미료 성분으로서 1908년 일본의 ‘이케다 박사’에 의 해 다시마 추출물에서 발견된 물질로서, 가공식품업체, 외식 업체, 일반 음식점 및 가정에 이르기까지 맛을 내기 위한 조미료로 많이 사용되어 지고 있다. 현재 버섯 소비량은 점점 증가되고 있긴 하지만 그에 비해 기능성식품 원료로써 사용되어지는 비율이 높지가 않으며 연구 실적 또한 부진한 편이다. 따라서 본 연구에서는 ‘화학 조미료’라고 불리어지는 저가의 MSG (~US $1/kg)를 새송 이버섯 (Pleurotus eryngii) 배지에 첨가하여 재배가 완료되 었을 때 자실체 내 아미노산 성분들이 어떻게 변화되며 그 에 따른 특성 및 생리활성 변화들이 어떻게 개선되는지 연구 함으로서 궁극적으로 부가가치가 높은 기능성버섯을 개발 하여 버섯을 재배하는 농가들의 소득 향상과 국내 생물 산업 발전에 기여 하고자 한다.

This study was performed to investigate the composition of amino acids and biological properties with the ethanol extract of fruiting bodies of Pleurotus eryngii grown on the sawdust compost mix (400 g sawdust plus 200 g rice bran) supplemented with various dosages of monosodium glutamate (MSG). Amino acid composition analyses showed that arginine, glutamic acid, alanine and glycine increased as the dosage of MSG was increased, whereas histidine, serine, methionine, isoleucine, leucine and phenylalanine did not increase. γ-Aminobutyric acid (GABA) content increased significantly up to 1.18 mg/g extract when 6 g MSG was supplemented to the sawdust mix. Antioxidant activity of the extract was estimated and compared to the standard antioxidant (ascorbic acid). The antioxidant property such as 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical scavenging activity increased with the extract samples of increasing dosage of MSG. Although the extract showed low levels of nitrite scavenging activity, this activity increased up to 1.5-2.0 fold when MSG was supplemented to the sawdust mix above a dosage of 0.5 g. The results obtained from the present investigation would appear that Pleurotus eryngii grown on the MSG-enriched sawdust mix can be used more effectively as one of potential sources of functional foods.

모자반 (Sargassum sagamianum)은 우리나라의 동남해 안과 일본 해안에 분포하는 갈조류 (brown seaweed)의 한 종류로서 우리나라에서는 모자반속의 많은 종류가 식용으 로 이용되기도 하며 alginate의 원료와 비료로 사용되어져 왔다. 또한 연안 어류가 먹이를 얻거나 산란하기 적합한 환경을 제공하여 어족자원 확보에 매우 중요한 구실을 하 기도 한다 [1]. Brown seaweed의 추출물 중의 주된 carbohydrate 성분으 로 alginate가 알려져 왔으며 [2,3], 이것을 이용한 bioethanol 생산이 renewable energy 생산의 한 방편으로 관심을 끌고 있다 [4]. Brown seaweed에서의 alginate 함량은 30~50% [2] 혹은 19.2% [3]로 보고되고 있으며, Sargassum sp.의 또 다른 carbohydrate 성분으로 sulfated heteropolysaccharide 도 알려져 있다 [5-11]. 이 sulfated heteropolysaccharide의 구성성분으로 fucose, xylose, galactose, glucose, uronate, glucuronic acid, arabinose, mannose, rhamnose 등의 단당 류가 보고되고 있다. 이때 fucose는 약 20% 정도의 함량을 보이며 나머지 단당류들은 brown seaweed의 종류에 따라 많은 조성의 편차를 보이고 있다. Seaweed를 이용한 bioethanol 생산에 관한 연구는 국내 외적으로 아직까지 활발한 연구가 이루어지지 못하고 있으 며 몇 편의 제한된 연구 결과만이 보고되고 있다 [12-14]. 이러한 연구 결과에서도 seaweed의 가수분해물로부터 bioethanol이 생산되는지에 대한 검증과 적절한 균주를 screening하는데 그치고 있고, 효모가 bioethanol 생산에 사 용하는 다양하고 복합적인 단당류의 구성성분이 어떠한 경로 로 bioethanol로 전환되는지에 대한 구체적인 연구결과는 없다. 본 연구에서는 특징적으로 모자반의 전처리 가수분해물 을 고압액화 추출기를 이용하여 만든 후, 이 가수분해물을 이용하여 bioethanol을 생산하는 연구를 수행하였다. 이에 앞서서 6탄당과 5탄당을 이용하는 효모 중에서 가장 적절 한 효모를 선별하는 연구를 bottle culture를 통하여 수행하 였고, 5탄당의 bioethanol로의 전환 수율을 증가시키기 위 하여 발효조에서 bioethanol을 생산하는 실험을 실시 할 경우에는 surface aeration을 통하여 미량의 공기를 주입하 였다. 본 연구는 모자반의 가수분해물로부터 bioethanol을 생산하는 기반연구 결과를 얻는데 목적이 있다고 할 수 있 으며, 그 결과를 이미 보고된 연구결과와 비교 분석하였다.

We investigated the feasibility of bioethanol production from hydrolysate of brown seaweed Sargassum sagamianum. Prior to bioethanol production using yeasts, six yeast strains were compared and the best ones in terms of the ethanol production levels were selected. Pichia stipitis ATCC 7126, Pichia stipitis ATCC 58784, and Pichia stipitis ATCC 58376 were superior to others in terms of ethanol production. These yeast strains were used for producing bioethanol by the shaking bottle culture and the fermentor culture. Out of approximately 30 g/L reducing sugar, about 3~6 g/L and 4~7 g/L bioethanol were produced in the bottle culture and the fermentor one, respectively. Furthermore, it was observed that around 12~28 g-bioethanol was produced from 1 kilogram of Sargassum sagamianum. Compared with those previously published, these data were almost three to eight times higher in value.

방울토마토는 가지 과의 일년생 초본식물로, 이의 열매 는 채소로서 기호식품과 건강식품으로 각광 받고 있다. 이 열매에는 비타민 A와 C 뿐만 아니라 카로틴, 아데닌, 토마 틴, 코린 등이 많이 함유되어 있어 콜레스테롤 수치와 혈압 을 낮추며, 소염 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 자연계에 널리 존재하는 lectin은 당과 결합하는 단백질 로 세포막 표면에 있는 특이한 당수용체와 높은 친화력을 가지고 결합하는 물질로서, 사람의 혈액에 대한 특이성, 휴 지기 림프구 자극 분열효과, 종양세포를 선택적으로 응집 하는 능력 등을 갖고 있다. Lectin의 특이한 성질은 T세포나 B세포를 자극하여 면 역력을 상승시키며, 암세포 표면의 당에 특이적으로 결합 하여 암세포를 파괴시킨다. 또한 분열촉진인자로서 임파구 를 자극하여 생체 내로 이물질인 항원이 들어오게 되면 임파 구의 면역반응을 도와주는 대식세포가 이를 임파구에 전해줌 으로서 그 면역반응이 시작되게 된다. 이와 같이 lectin은 동물의 항체와 비슷한 생체 방어물질로 추측되어 왔다 [1]. 동물이나 곤충 protease에 대한 저항성도 가지고 있으 며 [2], 항 바이러스성 [3], 항균성 [4], 항진성 [5], 항충성 [6] 및 고등동물에 대한 독성 [7] 등에 대한 방어단백질로서 식물 성 lectin의 기능이 많이 보고되고 있다. 맥아, 감자 괴경, 땅 콩, 흰독말풀 및 osage orange 종자에서 분리한 lectin [2]과 벼, 쐐기풀에서 분리한 chitin 결합 lectin [6]은 동부콩 바 구미 유충의 발육과 생장을 억제하는 효과가 있다. 작물에 피해를 주는 각종 병원균의 퇴치를 위해 화학적으 로 합성된 유기농약들이 주로 많이 사용되어 왔으나 이들은 식물체나 토양에 잔류되기 때문에 친환경적이지 못하다. 이를 대신하여 식물의 이차대사 산물을 이용하거나 항생물 질을 이용하는 미생물성 농약 등의 친환경적인 대체 농약이 많이 개발되어 사용되고 있는 실정이다. 방울토마토 locular fluid lectin은 chintin 결합 단백질로 서 [8], 곰팡이로부터 식물을 보호하는 기능을 하고 있다 [9]. 이에 본 연구에서는 방울토마토 locular fluid lectin을 항균 성 물질로서 개발하기 위한 목적의 일환으로, 방울토마토의 locular fluid 부분에서 lectin을 분리한 다음, 식물에 질병 을 유발하는 Cladosporium cucumerinum, Monosporascus cannonballus, Fusarium oxysporum 및 Rhizoctonia solani에 대한 방울토마토 locular fluid lectin의 항균성을 조사하였 으며, 이 lectin의 생화학적 특성을 밝히기 위해 분자량, 적혈 구 응집력, 혈액특이성, 최적 온도, 열안정성 및 최적 pH를 연구하였다.

Lectins are carbohydrate-binding and a cell-agglutinating proteins, and are concerted with a plants defence mechanism. In particular, chitin-binding lectins in locular fluid of cherry tomato fruit seemed to have a role in defending plants against fungi. The antifungal activity using lectin isolated from locular fluid of cherry tomato fruit was measured in the plant pathogen Cladosporium cucumerinum, Monosporascus cannonballus, Fusarium oxysporum, and Rhizoctonia solani. Amoung the four strains, a potent antifungal activity was detected in Cladosporium cucumerinum and Monosporascus cannonballus, not in Fusarium oxysporum, and Rhizoctonia solani. The molecular weight of this lectin isolated as double protein bands by SDS-PAGE was calculated to be 87 kDa and 47 kDa from the relative mobilities compared with those of reference molecular weight markers. The isolated lectin agglutinated human red blood cells (A, B, AB, O) treated with trypsin, and the most activity was found at B. The optimal temperature of isolated lectin was at 30℃. For the thermal stability, lectin was stable at 20-80℃. The optimal pH of this lectin was at 7.2, and showed complete loss below pH 9.0.

케토프로펜 (이하 KP로 약함)의 화학명은 2-(3- benzoylphenyl) -propionic acid로서 약산성 비스테로이드계 항염증제이며 진통, 해열작용도 갖고 있다 [1,2]. KP는 물에는 난용성이 나 알코올, 클로로포름 및 에테르에는 쉽게 녹고, 경구 투 여한 후 소화관에서 신속하게 흡수되어 1~2시간 이내에 최고 혈중 농도에 도달하며, 음식물은 흡수속도를 감소시 키지만 흡수정도를 감소시키지는 않는 것으로 알려져 있다. 혈장 중에서는 99%가 혈장 단백질에 결합되며 약 2시간의 짧은 생물학적 반감기를 가지고 있고, 간에는 glucuronic acid 와 콘쥬게이션을 하여 그 포합체는 뇨로 배설된다 [3,4]. KP의 경구투여는 바람직하지 못한 전신성 부작용과 궤양 을 수반할 수 있는 위장관 자극을 나타내므로 [5], 이를 개 선하기 위해 Saita 등 [6]은 겔 제제를 약물학적으로 시험 하였고, Kyuki 등 [7]은 KP의 크림제의 소염작용을 시험 하였으며, Fujimura 등 [8]은 KP 연고제에 대한 약물학적 실험을 실시하였다. KP는 혈중반감기가 짧아 경피흡수형 제제로의 개발에 적합한 소염, 진통제이며 [9,10], KP의 피부를 통한 국소 투여의 시도는 겔 타입이 최초로 개발되었으나 연속 사용 시 조직 내 유효한 혈중농도를 유지하기가 어려운 결점이 지적되었다. 그 이후 적절한 흡수촉진제를 첨가한 액상의 reservoir 형태의 제제와 matrix type의 첩포제가 국내에서 개발되어 시판되고 있다. 따라서 본 연구에서는 KP의 피부수송을 증가시키기 위 해 피부 유사구조인 키토산과 poly-ε-caprolactone을 고분 자로 한 마이크로스피어에 약물을 봉입시켜 이를 바탕으로 polyvinylpyrrolidone (PVP) K-25와 polyethylene glycol (PEG) 4000을 이용한 점착성 하이드로겔 제제를 제조하 여 투과촉진제의 종류에 따른 피부투과 효과를 측정함으로 써 피부 외용제로서의 제제개발 가능성을 알아보았다.

Ketoprofen is one of the propionic acid class of nonsteroidal anti-inflammatory drug with analgesic and antipyretic effects. The most common side effects from ketoprofen after oral administration are gastrointestinal irritation, diarrhea, abdominal pain and retention of fluid. Ketoprofen was formulated as water-soluble gels to reduce these side effects. To increase the skin permeability of ketoprofen, microsphere containing ketoprofen was prepared with chitosan and ploy-ε-caprolactone. And then prepared microsphere was manufactured as an adhesive hydrogel with polyvinylpyrrolidone K-25, polyethylene glycol 4000, and various permeation enhancers. The flux and permeability of ketoprofen were evaluated. As the concentration of tween 80 and enhancers increased, the flux of ketroprofen was accelerated. Also the permeation rate was facilitated by enhancers, but did not affect the lag time. From these results, the adhesive hydrogel using microsphere could be a good delivery system for ketoprofen to improve the skin permeation.