수세미오이(Luffa cynlindrica)는 박과 채소작물로 우리나라에서는 주로 관상용으로 재배되어 왔다. 그러나 최근에는 미용소재, 한방약재, 건강보조용 등으로 수요가 증가하면서 재배면적이 증가하고 있다. 따라서 본 실험은 수세미오이의 기능성을 구명하기 위하여 재래종 수세미오이를 사용하여 수액의 무기성분을 분석하고 수액과 식물체 부위별 항산화 효소 활성과 항균활성을 측정하였다. 수세미오이 수액은 K, Ca, P, Mg이 주요 성분이었으며, K의 함량이 $470mg{\cdot}L^{-1}$으로 가장 높았다. Ca과 Mg의 함량은 오이의 약 2배와 1.7배로 높게 나타났다. 수세미오이의 조직별 항산화효소 활성을 분석한 결과 전체적으로 APX 활성이 CAT와 SOD 활성보다 높았다. 식물체 부위별로 비교해 볼 때 항산화효소 활성은 잎, 뿌리, 꽃, 과실, 종자, 수액보다 줄기에서 가장 낮게 나타났다. 수세미오이 수액의 식품유해균 10종에 대한 항균 활성은 Vibrio parahaemdyticus와 Propionibacterium acne에 대하여 미미한 활성을 보였을 뿐 그 외 8종의 균에 대해서는 효과가 없었다. 피부염 등 인체 감염을 일으키는 Candida albicans와 Malassezia furfur에 대한 수세미오이의 부위별 항균활성 분석 결과, 수액의 항균활성이 식물체의 다른 부위보다 높게 나타났다. 전체적으로 Malassezia furfur에 대한 항균활성이 Candida albicans에 대한 항균활성보다 높은 것으로 나타났다.
청국장으로부터 Bacillus cereus에 대한 항균활성이 가장 높은 균주를 분리하여 형태학적, 생화학적 특성과 16S rDNA 염기서열 결정을 통해 Bacillus subtilis HH28으로 동정 및 명명하였다. B. subilis HH28의 생육시기에 따른 항균활성을 측정해 본 결과, 생육이 대수증식기인 9시간부터 생성되어 사멸기인 60시간에 가장 높은 활성(80 AU/ml)을 나타내었고 144시간(6일)까지 항균활성을 유지하였다. 항균물질의 정제는 황산암모늄 침전과 DEAE-sepharose fast flow, sephacryl S-200HR를 이용하였고, 19.7배의 정제도와 38.4%의 수율로 정제되었다. Tricine SDS-PAGE와 directed detection을 통해 항균물질의 분자량이 약 3,500 Da임을 알 수 있었다. 또한 본 연구의 항균물질을 B. cereus 뿐만 아니라 Listeria monocytogenes, Vibrio parahaemolyticus의 식중독 균에서도 우수한 항균활성을 나타내었고, 항균작용의 기작은 미생물을 사멸시키는 살균작용이였다. 또한 온도 안정성 실험에서 $40-80^{\circ}C$까지 안정했고, pH 안정성 실험에서는 pH 2-9까지 안정하여 비교적 온도와 pH에 안정하였다. 효소에 대한 영향 실험에서는 단백질 분해효소에 의해 항균활성이 실활되어 본 연구의 항균물질은 단백질성임을 알 수 있었다. 위와 같은 특성으로 보아 B. subtilis HH28이 생산하는 항균물질은 천연 식품 보존제 및 사료 보존제, 항생제 대체 의약품으로 사용할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 향후 이 항균물질의 정확한 구조 및 특성 규명 등의 연구가 필요하다.
본 연구는 균핵병의 원인균인 Sclerotinia sclerotiorum에 대해 항균활성을 갖는 친환경 유기농자재를 개발할 목적으로 송라(Usnea longissima)로부터 활성물질을 분리하였다. 송라를 MeOH로 추출하여 용매분획을 하였고, 용매분획 중에서 강한 활성을 나타낸 $CHCl_3$ fraction을 column chromatography로 분리하여 40개의 subfractions을 얻었고 9개의 그룹으로 나누었다. 9개의 subfractions을 bioassay한 결과 G3 subfraction에서 강한 활성을 나타내었다. G3 subfraction을 GC-MS로 분석하여 chromatogram 상의 활성물질로 추정되는 peak의 mass spectrum과 Wiley library를 비교하여 profiling한 결과, Usnic acid가 주요 물질로 검출되었다. 항균활성물질로 추정되는 Usnic acid 화합물의 항균활성을 검정하기 위하여 표준품을 사용하여 생물검정한 결과 이 화합물이 강한 활성을 나타내었다. 따라서 송라로부터 분리한 Usnic acid가 균핵병의 원인균인 Sclerotinia sclerotiorum에 대한 항균 활성물질인 것으로 추정하였다.
본 연구에서는 중풍, 고혈압, 동맥경화, 염증성 피부질환에 사용되고 있으며, 다양한 질환들에서 연구되어 있는 방풍통성산을 선정하여 4가지 약재를 가미한 후 기존의 기능성 물질과 Lactobacillus 균주에 의해 생성되거나 증가된 기능성 물질을 확인하고자 하였다. 한약을 이용한 복합배양은 공시균주의 수 및 접종시기를 달리하여 여러 조합으로 수행하였다. 전자공여능 및 superoxide dismutase 유사 활성 측정을 통해 한약의 항산화 활성은 각각 31.7%와 36.3%로 나타났으며, 복합배양을 통해 발효된 한약의 항산화 활성은 각각 77% 이상, 42% 이상으로 나타나 한약보다 항산화 활성이 더 높게 나타났다. 항균 활성은 한약의 경우 모든 시험균주에 항균 활성이 나타나지 않았으나, 복합배양 된 한약의 경우에는 B. subtilis PCI 219, P. aeruginosa KCTC 2004, S. aureus subsp. aureus KCTC 1916에 항균 활성을 보였으며, 특히 여드름을 유발시키는 P. acnes KCTC 3314에 항균 활성을 보였다. RBL-2H3 세포주에서 알레르기 억제 효과를 확인한 결과 한약은 60% 알레르기 억제 효과를 보였으며, 발효한약은 57% 알레르기 억제 효과를 보였다. 발효한약은 알레르기 억제 효과와 함께 항균 활성과 항산화 활성의 증가로 인하여 알레르기 개선, 피부노화 및 병원성 미생물에 의한 피부질환의 개선에 효과가 있을 것으로 사료된다.
본 연구는 발효에 의한 생리기능성을 조사하여 기능성 식품 소재 개발을 위한 기초자료를 제공하고자 Lactobacillus 속을 이용한 작두콩 발효액을 제조하여 항산화, 항염증, 항균 활성을 평가하였다. 총폴리페놀 및 플라보노이드 함량은 균주의 종류에 상관없이 발효 후 유의적으로 낮은 결과를 보였으며(p<0.05), 항산화 활성을 측정한 DPPH 라디칼 소거 활성 또한 발효에 따른 효과가 나타나지 않았다. 그러나 NO 소거 활성으로 항염증 활성을 측정한 결과, 발효 후 농도 의존적으로 증가하는 것을 확인하였으며, L. plantarum로 발효한 발효액보다 L. brevis로 발효한 발효액의 항염증 활성이 더 높았음을 확인하였다. 작두콩 발효액의 항균 활성을 측정한 결과, 녹농균인 Pseudomonas aeruginosa, 포도상구균인 Staphylococcus sp., 대장균인 Escherichia coli에 대한 억제 효과가 우수하였으며, 세포 독성 측정 결과, 모든 실험군에서 대식세포인 RAW 264.7에 대한 독성을 보이지 않았다. 이와 같은 결과는 발효에 따른 항염증 및 항균 활성이 증가하였음을 보여주었으며, 이를 토대로 다양한 바이오 및 식품산업 분야에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 생각된다. 다만 추후에는 발효 조건의 확립과 항염증 및 항균 활성에 대한 정확한 메커니즘 연구가 필요할 것으로 판단된다.
식품의 주요성분이 항균 활성 분획물의 항균 활성에 미치는 영향을 살펴보기 위해 액체 배지에 casein, soybean oil 및 soluble starch를 일정 수준으로 첨가하여 최종 농도를 1% 및 3%로 조정한 후 항균 활성이 우수한 예덕나무 조 추출물인 hexane 분획물 및 linolenic acid를 50 ppm 및 1,000 ppm 수준으로 첨가한 액체 배지에 L. monocytogenes 2 균주를 접종, $30^{\circ}C$에서 72시간 동안 배양하면서 생균수를 계수하였다. Hexane 분획물 1,000 ppm과 3% casein이 첨가된 처리구는 초기 균수가 $10^7\;CFU/mL$ 수준이었으나 72시간에서 $10^8\;CFU/mL$ 수준으로 증식하여 hexane 분획물 1,000 ppm의 항균 활성은 3% casein에 의해 완전히 저해되었으며, linolenic acid 1,000 ppm의 항균 활성은 3% casein에 의해 활성이 부분적으로 저해되었다. Soybean oil(1%, 3%)의 경우 linolenic acid 1,000 ppm의 항균 활성은 3% soybean oil에 의해 활성이 부분적으로 저해되었으며, soluble starch(1%, 3%)와 hexane 분획물 1,000 ppm이 첨가된 처리구는 48시간 이후 균이 검출되지 않거나(1% soluble starch), 또는 5 log cycle 정도 감소하였으며(3% soluble starch), soluble starch(1%, 3%)와 linolenic acid 1,000 ppm이 첨가된 처리구는 48시간 이후 균이 검출되지 않았다. 이상의 결과로 볼 때 soluble starch(1%, 3%)는 hexane 분획물 1,000 ppm 및 linolenic acid 1,000 ppm의 항균 활성을 저해하지 않는 것으로 나타났다.
본 연구는 담수환경에서 항균활성을 보유한 미생물을 발굴하고, 활성 증진을 위해 배양조건을 최적화하는 것이다. 상주시 중동면 오상저수지에서 시료를 채취하여 38종의 미생물을 순수분리하였다. 16S rRNA 염기서열 분석에 근거하여 Proteobacteria강(22종), Actinobacteria강(7종), Bacteroidetes강(6종), Firmicutes강(3종)으로 구성되어있는 것을 확인하였다. 메티실린내성 황색포도상구군 등 10종의 유해미생물에 대한 항균활성을 보유한 Burkholderia sp. OS17 균주를 선발하였다. 항균활성 증진을 위한 상용배지, 온도, 초기 pH별 생육 및 항균활성 비교실험을 수행하였다. OS17 균주는 YPD 배지, $35^{\circ}C$, pH 6.5로 배양했을 때 가장 활성이 높았다. LB, NB, TSB, R2A 배지와 $20^{\circ}C$, $25^{\circ}C$ 배양했을 때는 생장은 가능하나 항균활성이 전혀 없었다. 이전결과를 바탕으로 YPD 배지, $35^{\circ}C$에서 배양하면서 5 L fermenter를 이용하여 생육, 항균활성, pH 확인을 통해 배양 48시간을 최적 배양시간으로 선정하였다. 항균활성을 보유한 미생물의 배양 최적화는 항균물질 생산에 영향을 미치고, 이는 상업적 응용에 이점으로 작용할 수 있다.
효모 glucoamylase의 promoter와 분비신호서열 그리고 MF$\alpha$1의 prosequence를 이용하여 곤충 defensin을 S. cerevisiae 2805에서 항균활성을 보유한 형태로 발현 및 분비하는데 성공하였다. 발현된 defensin의 대부분이 세포 외로 분비되어 거의 모든 항균활성이 배양 상등액에 존재하였다. 이것은 S. cerevisiae에서 발현된 defensin이 glucoamylase의 분비신호서열과 MF$\alpha$1의 prosequenre에 의해 효율적으로 processing되어 분비됨을 시사한다. Defensin의 다른 미생물에 대한 항균활성을 조사한 결과 병원균인 St. aureus와 L. monocytogenes에 대해서도 항균활성이 존재하였다.
유아 분변으로부터 분리한 52 균주는 그람 양성균인 Listeria monocytogenes KCCM 40307$^T$에 대하여 항균활성이 있었고 그 중에서도 선별 균주 A24의 항균활성이 45% 이상으로 가장 높았다. Bifidobacterium longum A24의 생육 및 항균 물질 생산을 검토하였을 때 균체의 생육은 28시간 배양 시 최고에 도달하였고 항균 활성은 36시 간 배양 시 최고를 나타내었다. 선별균주 A24는 16S rRNA-based molecular typing 결과Bifidobacterium 속 균주임을 확인할 수 있었고 형태학적 ${\cdot}$ 생화학적인 방법으로 검토하여 보았을 때 Bifidobacterium longum으로 판단되었으며, 16s rDNA sequencing 결과 최종적으로 Bifidobacterium longum로 동정 되었으며 이것을 Bifidobacterium longum A24로 명명하였다. Bifidobacterium longum A24의 항균 활성 물질은 균체의 생육이 가장 좋은 28시간 배양에서가 아니라 그보다 늦은 36시간 배양에서 최고를 나타내었고 그 이후로는 활성이 감소하는 경향을 보였다. 이것은 Bifidobacterium longum A24이 생성하는 항균 활성 물질이 bacteriocin과 같은 2차 대사 산물임을 암시하는 결과로 해석된다.
본 연구에서는 주요 어병세균인 Staphylococcus sp., Streptococcus sp., E. tarda 및 V. anguillarum에 대한 30 종의 해조류 추출물의 항균활성을 검색하였다. 그 결과, C. officinalis, D. simplex, G. furcata, G. lanceolata 및 G. turuturu의 경우는 그람 양성균인 Staphylococcus sp.에 대하여, 그리고 S. thunbergii 및 P. morrowii 는 그람 음성균인 E. tarda와 V. anguillarum에 대하여 항균활성을 나타냄을 밝혔다. 그 중, 가장 우수한 항균활성을 나타낸 P. morrowii의 항균활성분획물인 90% MeOH 분획물은 E. tarda의 증식을 매우 효과적으로 저해하며, MIC는 1 mg/ml으로 측정되었다. 뿐만 아니라, 다양한 pH 조건하에서도 항균활성이 유지되었으며 분획물의 주요활성 성분은 할로겐 함유 phenol계 화합물일 것으로 추정된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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