야생 흰제비꽃의 엽병 유래 callus를 장기 계대배양하는 과정 중에 발생하는 순화된 friable callus와 분화능이 높은 compact callus를 비교 관찰한 바, friable callus는 연초록색으로 부서지기 쉬운 부드러운 callus이고, compact callus는 진녹색으로 단단한 callus였다. 동결처리 한 시료를 주사전자 현미경에서 동일하게 200배로 관찰하여 보면, friable callus 는 작은 세포집단으로 이루어진 세포군의 주변부에 고도로 액포화된 세포가 광범위하게 분포되어 있는 반면, compact callus는 거의 균일한 세포들로 구성되어 세포구성이 치밀한 것으로 관찰되었다. 또한 friable callus와 compact callus로 부터의 체세포배형성은 배양세포에서 배가 발생하여 배양기간이 지남에 따라 식물체로 분화하였다. 이와 같은 과정은 배양세포의 세포질이 보다 충만한 부위에서 배유사체 (embryo like body)의 발생이 이루어지는 것으로 관찰되었다.
최근 각종 생물공학적 기술이 발전됨에 따라 이들 풍미료나 향료를 식물이나 미생물 세포의 개량과 대량 배양에 의해 생산하려는 시도가 활발하게 이뤄지고 잇는데 식물이나 미생물에 의해 생산된 이들 물질은 "천염물질"로 인정되고 있다. 이들 생물공학적 생산방법 중 식물 세포배양을 이용하는 것은 향료를 위한 것이 많고 미생물을 이용하는 방법은 풍미료를 위한 것이 많은데 이글에서는 미생물에 의한 풍미료및 향료의 생산에 관해 알아보기로 한다. 알아보기로 한다.
본 연구에서는 식물세포배양액에서 회수한 식물세포인 biomass로부터 항암제 paclitaxel을 효율적으로 회수하기 위해, microwave를 이용한 추출 (MAE) 방법을 도입하여 기존의 유기용매 추출 (CSE) 방법과 추출효율을 비교하였다. CSE 방법에서 추출온도 25, $30^{\circ}C$에서는 추출시간 (3, 6, 10 min)에 대해 추출효율이 온도에 영향을 받지 않은 반면, 40, $50^{\circ}C$에서는 추출시간 10 min에서 paclitaxel 수율이 감소하는 경향을 보여 온도에 영향을 받음을 알 수 있었다. CSE 방법의 경우 총 4회의 추출로 식물세포 내 대부분의 paclitaxel을 회수 (>99%) 가능한 반면 MAE 방법의 경우 1회의 추출로 식물세포 내 대부분의 paclitaxel을 회수 (>99%) 가능하였다. MAE 방법이 CSE 방법보다 paclitaxel를 회수하는데 있어서 높은 추출효율, 공정시간 단축, 에너지 절감 효과가 있음을 알 수 있었다. 또한 MAE 공정에서 최적의 biomass/methanol의 비율은 1/1 (w/v)임을 알 수 있었다.
Scutellaria baicalensis. G. 식물 세포의 현탁 배양에서 세포의 성장과 flavonoid glycosides 생산에 관한 구조적 성장 모텔 을 제안하였다 제안된 모델식은 현탁 배양의 형광을 측정함으 써 결정될 수 있는 세포 생존도와 세포 활동도 등플 세포의 생리학적 변수로서 고려하였다. 제안된 모델식에서는 세포의 상태에 따라 세포블 크게 생존 세포와 비생존 세포로 나누고 생존 세포를 분화 가능한 생존 세포와 비분화 생존 세포로 나누어 각 각의 모델을 구성하였다. 이 중 생존 세포 중량은 광섬유 형광 센서로 측정한 상대 형광 세가로부터 결정될 수 있었다. Flavonoid 배당체의 생산 속도는 분화 가능한 생존 세포와 바 분화 생존 세포에 의해 지배되며, 배양액의 삼투압에 의한 서l포 팽창과 세포내 생성불절의 방출은 비생존 세포에 의해 이루어진다고 가정하였다. 종속변수는 가칠농도(포도당), 세포 중량(건조 세포중량과 생체중량), 대사산물농도(flavone glycosides), 활동도와 생존도플 포함한다 Scutellaria baicalensis. G. 식물 세포 의 푹라스크 배양으로부터 모델과 실험결과가 잘 일치함을 알 수 있었다. 제시된 모델은 세포의 성장, flavone glycosides 및 중간매개체 합성을 예측할 수 있다.
세포유전적 유형이 다른 무릇 (Scilla scilloidise Coplex)의 조직배양에서 유도된 캘러스에서 염색체 변이를 조사하였다. AA유형의 캘러스에서 심한 수적, 구조적 변이가 관찰된 반면, BB 유형의 캘러스 세포에서는 상염색체의 변이가 발견되지 않았다. 이질 4배체인 AABB유형에서는 두개의 hypoploid 세포만 관찰되었으나, B게놈의 진정4배체인 BBBB유형에서는 hypoploid 세포와 함께 hyperploid 세포가 관찰되었다. 캘러스 세포에서 상염색체의 안정성은 B염색체를 지닌 식물에서 유도된 캘러스에서 더 높게 나타났다. 이는 배양세포에서 B염색체가 상염색체의 안정성에 선택적으로 기능하기 때문인 것으로 여겨진다.
본 연구에서는 식물 추출물 혼합 분말의 근육세포 분화 및 산화적 스트레스에 대한 세포 보호 효과를 확인하고자 하였다. 추출물을 최대 1,000 ㎍/mL 농도까지 세포에 처리한 결과, 세포 생존율이 감소하지 않음을 확인되었다. 식물 추출물 혼합분말이 근육세포 분화 인자에 미치는 영향을 확인하기 위해 myogenin과 MHC의 발현 여부를 확인한 결과, 무처리군에 비해 발현이 증가함을 확인하였다. H2O2에 의해 유도된 산화적 스트레스에 대한 세포 보호 효과를 확인한 결과, 식물 추출물 혼합 분말 처리에 의해 H2O2 단독 처리군보다 세포 생존율이 증가하였으며, LDH와 creatine kinase의 활성이 감소하였다. 또한, Bax와 Bcl-2의 발현을 조절하여 caspase-9와 -3 활성화를 억제함을 확인하였다. 이를 통해 식물 추출물 혼합 분말의 근육세포 분화 효과 및 H2O2에 의해 유도된 산화적 스트레스에 대한 세포 보호 효과가 있음을 확인하였다. 따라서 식물 추출물 혼합 분말은 근감소증 개선을 위한 기능성 소재로써 활용이 가능할 것으로 판단되며, 향후 근감소증 개선을 위한 기능성 소재로서의 유효성 확보를 위해서 근감소증 세포 및 동물모델을 이용한 효능 및 기전 분석 연구가 더 필요할 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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