제주 전통된장으로부터 세포외효소(protease, fibrinolytic enzyme, amylase, cellulase, lipase) 분비능이 우수한 세균을 분리한 후 16S rRNA 유전자 분석과 생리적 특성을 분석하여 균주를 확인하고자 하였다. Protease 분비능은 JR14, JR19, JR25, JR32, JR38, JR47과 JR64가 표준균주인 Bacillus subtilis KCCM12027보다 활성이 높았다. Amylase 분비능은 JR6, JR25, JR38, JR56, JR81에서 나타난 반면 표준균주인 KCCM12027에서는 나타나지 않았다. Cellulase 분비능은 JR6, JR14, JR48과 JR65가 다른 분리균주 또는 표준균주보다 높았으며, lipase 분비능은 JR14와 JR48이 높았다. 혈전용해 활성은 positive control인 plasmin의 용해 영역에 비하여 JR19가 192%로 가장 높았고, hemolysis 활성도 높았다. 혈전용해능이 있는 균주인 JR19, JR32, JR47, JR64의 배양액을 zymography한 결과, 25~75 kDa 사이에서 4~5개의 밴드가 확인되었다. 된장으로부터 분리한 균주들의 16s rRNA 유전자 염기서열을 분석한 결과 모두 Bacillus species와 99%의 상동성을 나타내었으며, 혈전용해능이 가장 우수한 JR19는 B. stratosphericus $41KF2a^T$와 거의 일치하였다.
생리 기능성을 가진 고부가가치의 모과 술을 개발하기 위하여 먼저 최적 발효조건을 검토한 결과 모과 파쇄액($20^{\circ}$brix)에 Saccharomyces cerevisiae를 5% 접종하여 $25^{\circ}C$에서 10일간 발효시켰을 때 에탄올이 가장 많이 생성(10.6%) 되었다. 모과발효주의 생리기능성을 조사한 결과 ACE 저해활성과 혈전용해활성은 각각 36.7%와 24.0 U이었고 tyrosinase 저해활성과 아질산염 제거 활성은 각각 96.7%와 52.7%을 보여 모과 60일 침출추와 유사하였다. 모과 발효주의 기관지 질환에 관여하는 S. aureus, K. pneumonia에 대한 항균활성(투명환)은 각각 8.5 mm과 4.0 mm로 비교적 강하였다.
멸치 액젖을 이용하여 ammonium sulfate침전, ion exchange, gel filtration, ethanol침전등의 과정을 거쳐 혈전분해 효소(myulchikinase, MK)를 분리 및 정제하였다. 이 정제된 효소를 SDS-PACE gel 전기영동한 결과 분자량은 약 28 kDa 이었다. MK의 활성에 대한 특성을 조사한 결과 NaCl $30\%$까지 활성이 $80\%$이상 유지되는 것으로 보아 내염성 효소로 판단된다. 온도에 대한 효소활성을 조사한 결과, MK의 온도에 대한 안정성은 $40^{\circ}C$까지는 안정하였으나 $50^{\circ}C$이상의 온도에서는 급격하게 활성 떨어졌고, 최적온도는 $40^{\circ}C$였다 MK의 활성은 $pH6\~9$범위에서 매우 안정하였고, 최적 pH는 8이였다. 또한 2가 금속 양이온에 대한 효과는 $Hg^{2+} (1mM)$에 의하여 완전히 활성저해를 보였고, $Zn^{2+}(1mM)$에 의하여 약 $50^{\circ}C$의 저해되는 것을 알았다. Fibrinogen-rich plate와 Fibrinogen-free plate에서 활성을 측정 한 결과, Fibrinogen-rich plate에서는 fibrin 분해능이 있었지만 Fiberinogen-free Plate에서는 분해활성이 없는 것으로 보아 본 효소는 plasminogen activator type의 혈전용해효소로 사료된다.
할미송이버섯으로부터 혈전용해효소 (FE-2)를 DEAE-cellulose, Mono-S column으로 분리 정제하였다. 이 효소는 분자량이 18.2 kDa 이었으며, ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometer) 분석 결과 $Zn^{2+}$을 포함하고 있었다. 15번째까지의 N-terminal amino acid 서열은 A-L-Y-V-G-X-S-P-X-Q-Q-S-L-L-V이고, pH 7.5에서 활성이 가장 큰 염기성 단백질 분해효소로, EDTA와 1,10-phenanthroline에 의해 활성이 감소되는 metalloprotease였다. $Mg^{2+}$, $Zn^{2+}$, Fe$^{2+}$, Co$^{2+}$의 첨가 시 활성이 증가하였으나 Hg$^{2+}$의 경우 활성이 완전히 소멸되었다. 이 효소 (FE-2)는 단백질 분해효소 저해제인 E-64 (trans-epoxysuccinyl-L-leucylamido-(4-guanidino)-butane), PMSF (phenylmethylsulfonyl fluoride), pepstatin 과 2-mercaptoethanol의 영향을 받지 않으며, 섬유소원 (fibrinogen)과 반응 시 $A\alpha$ chain과 B$\beta$ chain은 분해시키지만 $\gamma$ chain과는 반응하지 않았다.
본 연구는 유용 미생물을 이용하여 흰점박이 꽃무지 유충을 발효시킨 분말을 수용성, 에탄올, 메탄올 용매별 추출하여 항산화 등의 실험에 임하였다. 발효 균주로는 3종의 유산균 Lactobacillus plantarum JBMI F3, Lactobacillus plantarum JBMI F5, Lactobacullus gasseri Ba9, 1종의 곰팡이 Aspergillus kawachii KCCM 32819, 1종의 효모 Saccharomyces cerevisiae KACC 93023, 1 종의 바실러스 Bacillus subtilis KACC 91157 총 6종의 유용 미생물 균주를 사용하였다. 발효 굼벵이 분말 추출물의 유효성분(총 페놀 함량 및 플라보노이드 함량)과 생리 활성 효능(DPPH 자유 라디칼 소거 활성, 환원력 실험, 혈전용해능, ${\alpha}-amylase$ 활성)을 비교 검토하였다. 총 페놀 함량 및 플라보노이드 함량은 바실러스 균주 발효 굼벵이 분말의 수용성 추출물에서 높은 수치를 나타내었다. 항산화 활성을 확인하기 위해 DPPH 자유 라디칼 소거능 및 환원력 실험을 수행한 결과, 비발효군 보다 발효군에서 우수한 항산화능을 보였고, 그 중 바실러스 균주를 이용한 발효 추출물이 긍정적인 효과를 나타내었다. 혈전 용해능에서 또한, 바실러스 균주 발효 굼벵이 추출물에서 우수한 혈전 용해능을 확인였고, 효소-기질 분해능 실험의 ${\alpha}-amylase$ 활성은 비발효군보다 발효군에서 높은 효과를 확인하였으나 발효균주간 유의적인 차이는 없었다. 따라서, 유용 미생물을 이용한 발효 굼벵이 추출물의 유용성분 및 생리활성이 강화됨을 확인하였고, 이는 건강 식품 소재로의 이용 가능성이 높다고 판단된다.
곡물을 소재로 혈행개선에 효과 있는 물질을 개발하기 위하여 Bacillus subtilis BK-17을 이용하여 고체 배양을 시도하였다. 고체배양에 접종하는 미생물은 영양세포보다 포자 접종이 혈전용해효소 생산에 효과적이었다. 포자 생산을 위한 배지는 SFM (0.8% nutrient broth, 0.05% yeast extract, $10^{-1}$ M $MgCl_2$, $10^{-3}$ M $FeCl_3$, $10^{-4}$$MnCl_2$, $10^{-5}$ M dipicolic acid, pH 6.5)이 최적이었고, 포자 생성에 대한 최적 pH 와 온도는 각각 pH6과 $30^{\circ}C$였으며 포자는 배양 후 60 시간에서 가장 많은 생산을 보였다. 각종 곡물을 기질로 하였을 때 녹두가 혈전용해능이 가장 높았으며 강낭콩, 검정콩, 대두, 옥수수는 녹두의 약 90% 수준의 활성으로 높은 혈전용해능을 보였다. 반면에 보리와 밀과 같은 탄수화물 곡물은 낮은 활성을 보였다. 고체 배양한 발효 대두는 단백질과 지질 함량에 있어 발효하지 않은 대두보다 약 10% 이상의 높은 수치를 보였다. 또한 필수 아미노산과 일반 아미노산의 함량 역시 발효 대두 쪽이 약 5 - 20% 높은 것으로 보아 혈행개선기능성 뿐만 아니라 식품으로 실용 가능성이 높은 것으로 사료된다.
전통발효식품인 재래간장에서 fibrinolytic enzyme를 생산하는 미생물을 분리하였고 산업적으로 활용하기 위해 분리된 미생물 중 fibrinolytic enzyme 활성이 우수한 YJ11-21 균주를 선발하였다. YJ11-21을 분자수준에서 16S rDNA 유전자 염기서열을 분석한 결과, Bacillus licheniformis로 동정되었다. Fibrinolytic enzyme 생산을 위한 최적 배양조건으로서 탄소원은 glucose, 질소원은 yeast extract를 첨가하였을 때 가장 높게 나타났다. 그리고 1% NaCl를 첨가한 배지에서 혈전용해 효소활성이 가장 높게 나타났고, 10% NaCl에서도 높은 효소활성과 생장률 또한 양호하여 YJ11-21는 내염성균으로 추정된다. YJ11-21를 $30^{\circ}C$에서 배양시 가장 높은 효소 활성과, 초발 pH 5-10까지 안정한 효소활성을 보였다. 그리고 pH 9에서 가장 높은 혈전용해 효소활성과 균주의 생장률이 나타났다.
본 연구는 성인 흡연자를 대상으로 NKF 정제를 단기 (4,000 U를 1회 투여)와 장기(2,000 U를 매일 1회 4주 투여) 실험을 통하여 NKF의 혈전용해 개선 및 항 동맥경화효과를 검증하였다. 임상대상자는 20세${\sim}$31세의 건강한 성인으로 하루 흡연량이 하루 1갑 이상인 고혈압 또는 항 혈전증 약을 섭취하지 않는 사람을 선정하여 무작위로 placebo군과 NKF군으로 분류하여 이중맹검법으로 실험을 하였다. NKF와 placebo 정제는 (주)HK바이오텍에서 제공하였다. 단기시험은 placebo군(10명)과 NKF군(29명)을 대상으로 NKF 섭취전과 섭취 1, 2, 4시간에 혈전용해효과를 검토하였고, 장기시험은 placebo군 10명과 NKF군 15명에게 NKF 섭취 전과 섭취 후 매주 혈전용해효과 및 혈압개서효과를 검토하였다. 단기시험에서 fibrin clot 용해능은 placebo군에 비해 NKF군에서는 섭취 후 2시간에 유의적으로 증가하여 4시까지 그 활성이 유지되었다. ECLT도 NKF 섭취 후 시간이 경과함에 따라 placebo군에 비해 현저하게 감소되었으며 aPTT는 섭취 후 4시에 섭취 전에 비해 12.5% 지연시키는 것으로 나타났다. 장기시험에서는 수축기와 이완기 혈압이 placebo군에서는 섭취 4주에 섭취 전에 비해 2.8%와 3.5%로 증가하였고 NKF군에서는 각각 1.3%와 1.0% 감소하여 두 군 모두에서 유의차는 없었다. Fibrin clot 용해능은 NKF군에서 1주에 증가하여 4주에도 높은 수준으로 유지되었고, ECLT는 NKF군은 섭취 전에 비해 1주에 현저하게 감소되어 4주 후까지 유사한 수준으로 유지하여 NKF의 효과를 볼 수 있었지만, placebo군에서는 효과가 없었다. 따라서 NKF는 PT와 aPTT를 개선하여 전 처리 기간 placebo군에 비해 혈액응고시간을 유의적으로 지연시켰다. 또한 NKF 섭취는 TG/HDL-cholesterol을 감소시켜 항 동맥경화 지수를 상승시키는 효과가 있었다. 이상의 결과로 미루어 볼 때 단기와 장기 임상시험에서 NKF는 fibrin clot 용해능을 증가시키고 ECLT를 감소시키며 PT와 aPTT를 지연시켜 혈전 용해능을 상승시키며, TG/HDL-cholesterol을 낮추어 혈중 지질수준을 개선하고 동맥경화를 예방하는데 유익하게 작용할 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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