${\beta}$-Glucan은 효모나 버섯의 세포벽이나 곡물의 섬유에 들어있는 천연 화합물이며, 면역 시스템을 활성화 한다고 알려져 있다. Aureobasidium pullulans 수용성의 ${\beta}$-1,3/1,6-glucan을 생성한다. 본 연구에서는 A. pullulans 로부터 생성된 ${\beta}$-1,3/1,6-glucan의 면역활성에 관한 효과를 조사하기 위하여, 면역활성에 관여하는 NK 세로의 활성과 대식세포에 미치는 영향을 관찰하였다. NK 세포에 의한 Yac-1 세포의 사멸율은 ${\beta}$-1,3/1,6-glucan을 처리한 군은 처리하지 않은 대조군에 비하여 63-39% 증가하는 것으로 나타났고, 대식세포의 탐식작용은 zymosan을 처리한 군보다 15-21% 증가함을 보였다. LP-BM5 바이러스 복제 억제능을 확인하기 위하여 SC-1/LP-BM5 세포주에 ${\beta}$-1,3/1,6-glucan을 처리한 결과 $200{\mu}g/mL$ 처리에서 LP-BM5 바이러스 복제능이 최대 74% 유의적으로 감소하였다. 이 결과는 ${\beta}$-1,3/1,6-glucan이 면역활성에 관여하는 NK 세포와 대식세포를 활성화하여 면역체계가 민감하게 반응할 수 있도록 만들고, LP-BM5 바이러스 복제를 억제하여 면역력을 증진할 수 있다는 것을 보여준다.
본 연구에서는 아토피 피부염 동물 모델에 대한 ${\beta}$-1,3/1,6-glucan과 L. plantarum LM1004의 면역조절 효과를 확인하고자 하였다. 가려움증의 횟수와 유출된 evans blue, 그리고 혈청 IgE와 histamine의 농도는 ${\beta}$-1,3/1,6-glucan과 L. plantarum LM1004를 섭취한 그룹에서 아토피 피부염 유발그룹에 비해 유의적으로 감소하는 결과를 나타내었다. 아토피 피부염이 유발되면 전사 수준에서 Th2 및 Th17 세포의 전사인자 및 cytokine은 과발현되며, ${\beta}$-1,3/1,6-glucan과 L. plantarum LM1004를 섭취하였을 때 이를 유의적으로 감소되었다. 또한 ${\beta}$-1,3/1,6-glucan과 L. plantarum LM1004는 Th1 및 Treg 세포의 전사인자(T-bet, GATA-3, $ROR{\gamma}T$, Foxp3) 및 cytokine (INF-${\gamma}$, IL-4, IL-17, TGF-${\beta}$)의 발현을 증가시킴으로써 면역 균형을 조절하는 것으로 나타났다. Galectin-9과 filaggrin은 아토피피부염 유발 처리군에서 유의적으로 가장 낮았으며, ${\beta}$-1,3/1,6-glucan 처리군에서 유의적으로 가장 높게 나타났다. 이와 반대로 TSLP는 아토피 피부염 유발그룹에서 유의적으로 가장 높았으며 ${\beta}$-1,3/1,6-glucan과 L. plantarum LM1004를 섭취한 그룹은 대조군과 유사한 수준이었다. 이러한 결과를 통해 ${\beta}$-1,3/1,6-glucan과 L. plantarum LM1004는 아토피 피부염 동물 모델에서 면역조절 작용 및 아토피 피부염의 개선 효과를 가짐을 알 수 있었다. 따라서 ${\beta}$-1,3/1,6-glucan과 L. plantarum LM1004는 아토피 피부염에 유용한 천연소재로서 사용될 것으로 기대된다.
항암, 항콜레스테롤, 항산화 및 면역증강 효과와 피부재생 효과 등 여러 가지 생리활성이 밝혀지고 있는 $\beta$-1,3/1,6-글루칸은 크게 식물성 유래, 효모 및 곰팡이 유래, 버섯 유래의 것으로 등으로 분류할 수 있다. 풀루란을 생산하는 Aureobasidum pullulans ATCC 42023에 자외선을 조사하여 얻은 변이주인 Aureobasidum puiluian SM-2001 균주가 생산하여 체외로 분비하는 고분자 중합체를 핵자기 공명분석기로 분석한 결과, $\beta$-1,3- 및 $\beta$-1,6- 결합이 서로 혼재되어 있는 $\beta$-1,3/1,6-글루칸의 전형적인 구조임을 확인하였으며, 평균 분자량은 2.6$\times$$10^{5}$ 임을 확인하였다. 또한, $\beta$-1,3/1,6-글루칸의 생산에 최적인 탄소원이 설탕임을 확인하였으며, 0.5% (w/v)의 설탕을 탄소원으로 사용하였을 경우 약 50%의 변환율로 $\beta$-1,3/l,6-글루칸을 생산할 수 있었다. 이는 생물공학적인 방법으로 $\beta$-1,3/l,6-글루칸의 생산을 의미하며 저렴한 생산비로 대량 생산할 수 있는 방법의 개발을 의미한다한다
항암, 항콜레스테롤, 항산화 및 면역증가 효과와 피부재생 효과 등 여러 가지 생리활성이 밝혀지고 있는 ${\beta}-1,3/1,6-glucan$은 크게 식물성 유래, 효모 및 곰팡이, 버섯유래의 것으로 등으로 분류할 수 있다. 본 연구에서는 이처럼 다양한 효능을 나타내는 버섯균사체로부터 ${\beta}-glucan$를 다량함유하고 보다 쉽게, 대량으로 생산하기 위한 일환으로 연구를 하였다. 이때 고분자 중합체인 ${\beta}-glucan$을 분리하여 핵자기 공명분석기로 분석한 결과 ${\beta}-1,3-$ 및 ${\beta}-1,6-$결합이 혼재되어 있는 ${\beta}-1,3/{\beta}1,6-glucan$의 전형적인 구조임을 확인 할 수 있었다. 또한 ${\beta}-1,3/{\beta}1,6-glucan$의 함량을 gel permeation chromatography으로 분석한 결과 $766{\pm}0.19$ mg/g 함유되었음을 확인 할 수 있었다. 또한 항생재 내성균주인 MRSA의 항균효과를 측정한 결과 MIC가 18mg/mL임을 확인 할 수 있었다. 이 연구결과는 통하여 효과적인 생산방법과 효능을 접목시켜 보다 저렴한 생산비로 대량 생산할 수 있는 방법을 개발할 수 있을 것으로 사료된다.
Bran(1∼5번)의 총 평균 $\beta$-glucan 함량은 5.52%로서 가장 높은 회수율 (48.5%)을 보인 추출 조건은 pH 10 및 45$^{\circ}C$, 다음은 pH 7 및 45$^{\circ}C$로 나타났다. 보리겨의 gum 물질은 배유 부분의 gum 물질과는 달리 상당량의 전분, 단백질이 혼입되어 있었고 정제된 $\beta$-glucan 도 단백질 및 전분 함량이 감소되긴 하였으나 호분층 안쪽의 bran 1,2,3,4에서도 $\beta$-glucan 함량이 78.2∼85.8%를 나타내어 세포벽의 peptide, arabinoxylan 등과 강하게 결합됨을 알 수 있었다. $\beta$-glucan을 이루는 구성당은 glucose가 주종이며, 그 외 arabinose, xylose, mannose, galactose였으며, 분자량은 보리겨에 따라 차이가 있으나 bran 1∼3의 경우 4.09 x $10^{5}$ 에서 4.41 x $10^{5}$ 정도의 분자량이 90% 이상을 차지하였으며, 다당 고유의 특성인 분자량의 분산성을 나타내었다. 한편 $\beta$-glucan의 구조 역시 보리겨에 따라 다소 차이가 있으나 $\beta$-(1\$\longrightarrow$3) 결합, $\beta$-(1\$\longrightarrow$4) 결합이 대부분을 차지하였고, $\beta$-glucan용액의 유동특성은 농도가 증가함에 따라 유동지수는 감소하여 의가소성이 증가하는 경향을 나타내었다.
본 연구에서는 고순도 ${\beta}$-1.3/1.6-glucan이 선천면역계에 중요한 역할을 하는 대식세포와 자연살해세포의 활성화와 적응면역계에서 중요한 역할을 하는 T 세포 면역계에 대한 면역조절 효과를 살펴보고자 대식세포의 활성능, 자연살해 세포의 활성능, 그리고 T 세포 면역계에 조절작용을 하는 사이토카인, CD4+/CD8+ T 세포에 미치는 영향을 관찰하였다. 마우스 복강에서 불리한 대식세포를 이용하여 세포독성을 확인한 결과 고순도 ${\beta}$-1.3/1.6-glucan $10{\sim}200{\mu}g/mL$의 농도에서 독성이 나타나지 않았다. 또한, 고순도 ${\beta}$-1.3/1.6-glucan은 대식세포의 활성능, 자연살해세포의 활성능에 도움을 주어 활성능을 증가시켜 외부로부터 침입한 미생물, 감염된 세포나 종양세포 등을 효과적으로 제거할 수 있을 것이라 예상할 수 있었다. 마지막으로 T 세포 면역계에 조절작용을 하는 사이토카인과 CD4+/CD8+를 확인한 결과 고순도 ${\beta}$-1.3/1.6-glucan이 사이토카인들의 분비량 및 CD4+/CD8+를 증가시켜 T 세포 면역계에 조절뿐아니라 B 세포 면역계의 조절에 도움을 줄 것이라 예상할 수 있었다. 결론적으로 고순도 ${\beta}$-1.3/1.6-glucan은 선천면역뿐 아니라 적응면역에서 영향을 미칠 것이라 생각하며 면역조절에 긍정적인 변화를 보였으므로 추후 면역 조절제로서 기능성 식품의 상업화에 기초 자료가 되어 국내 기능성 소재로서의 개발 가능성을 기대할 수 있다.
The experiment was conducted to evaluate the effect of ${\beta}$-1,3/1,6-glucan on growth performance, immunity and endocrine responses of weanling piglets. One hundred and eighty weanling piglets (Landrace$\times$Large White, $7.20{\pm}0.25kg$ BW and $28{\pm}2$ d of age) were randomly fed 1 of 5 treatment diets containing dietary ${\beta}$-1,3/1,6-glucan supplemented at 0, 25, 50, 100 and 200 mg/kg for 4 wks. Each treatment was replicated in 6 pens containing 6 pigs per pen. On d 14 and 28, body weight gain, feed consumption and feed efficiency were recorded as measures of growth performance. Peripheral blood lymphocyte proliferation and serum immunoglobulin G (IgG) were measured to study the effect of dietary ${\beta}$-1,3/1,6-glucan supplementation on immune function. Plasma prostaglandin E2 (PGE2), growth hormone (GH) and ghrelin were measured to investigate endocrine response to ${\beta}$-1,3/1,6-glucan supplementation. Our results suggest that average daily gain (ADG) and feed efficiency had a quadratic increase trend with dietary ${\beta}$-1,3/1,6-glucan supplementation from d 14 to 28, whereas it had no significant effect on average daily feed intake (ADFI). The treatment group fed with 50 mg/kg dietary ${\beta}$-1,3/1,6-glucan supplementation showed a numerical increase in ghrelin, a similar change trend with ADG and no significant effect on GH. Lymphocyte proliferation indices, serum IgG and plasma PGE2 concentrations varied linearly with dietary supplementation levels of ${\beta}$-1,3/1,6-glucan on d 14. Higher levels of ${\beta}$-1,3/1,6-glucan may have a transient immuno-enhancing effect on the cellular and humoral immune function of weanling piglets via decreased PGE2. Taking into account both immune response and growth performance, the most suitable dietary supplementation level of ${\beta}$-1,3/1,6-glucan is 50 mg/kg for weanling piglets.
We examined the effects of ${\beta}$-glucan-reinforced PLGA film and scaffold on HDFs (human dermal fibroblast) attachment and proliferation. The PLGA films were prepared by simple solvent-casting method. The prepared films were grafted with $(1{\to}3)(1{\to}6)-{\beta}-glucan$ in various ratios after plasma treatment on surface. The surface of the film was characterized by contact angle measurement, scanning electron microscope (SEM), and Fourier-transform infrared spectrophotometer (FT-IR). The amount of $(1{\to}3)(1{\to}6)-{\beta}-glucan$ in the prepared film was indirectly determined by phenol-sulfuric acid method. The HDFs (Human dermal fibroblasts) were used to evaluate the cell attachment and proliferation on PLGA specimens before and after plasma/${\beta}-glucan$ treatment. The result showed that the plasma treated groups exhibited more mont of ${\beta}-glucan$ might be grafted than the non plasma treated groups. Cell attachment was significantly enhanced in the plasma/${\beta}-glucan$ grafted group after 4 hours incubation (p<0.05) due to the improved hydrophilicity and cytoactivity effect of the ${\beta}-glucan$. The cell proliferation of plasma/${\beta}-glucan$ (2mg/ml) grafted group was the highest rate among the groups (p<0.05).
$\beta$-Glucan is a glucose polymer that has linkage of $\beta$-(1,3), -(1,4) and -(1,6). As exclusively found in fungal and bacterial cell wall, not in animal, $\beta$-glucans are recognized by innate immune system. Dendritic cells (DC) or macrophages possesses pattern recognition molecule (PRM) for binding $\beta$-glucan as pathogen-associated molecular pattern (PAMP). Recently $\beta$-glucan receptor was cloned from DC and named as dectin-l which belongs to type II C-type lectin family. Human dectin-1 is consisted of 7 exons and 6 introns. The polypeptide of dectin-1 has 247 amino acids and has cytoplasmic, transmembrane, stalk and carbohydrate recognition domains. Dectin-1 could recognize variety of beta-1,3 and/or beta-1,6 glucan linkages, but not alpha-glucans. In our macrophage cell line culture system, dectin-1 mRNA was detected in RA W264.7 cells by reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR). Dectin-1 was also detected in the murine organs of spleen, thymus, lung and intestines. Treatment of RA W264.7 cells with $\beta$-glucans of Ganoderma lucidum (GLG) resulted in increased expression of IL-6 and TNF-$\alpha$ in the presence of LPS. However, GLG alone did not increase IL-6 nor TNF-$\alpha$. These results suggest that receptor dectin-1 cooperate with CD14 to activate signal transduction that is very critical in immunoresponse.
진균류 유래의 ${\beta}$-glucan은 pathogen-associated molecular patterns의 일종이기도 하며 면역촉진과 항암작용을 나타냄이 알려져 있지만 세포 내 신호전달에 관해서는 알려진 바가 많지 않다. 대식세포주인 RAW264.7 세포에 불로초에서 추출한 ${\beta}$-glucan을 처리하였을 때 세포막에서는 덱틴-1, toll-like receptor 2, 4, 6의 발현이 증가되었으며, 세포 내에서는 macrophage inflammatory protein (MIP)-1a, MIP-$1{\beta}$, MIP-$1{\gamma}$, IL-$1{\beta}$ 그리고 tumor necrosis factor (TNF)-${\alpha}$의 발현이 증가되었다. 또한 대식세포주에 불로초의 ${\beta}$-glucan과 PI3K 또는 MEK1/MEK2 억제제를 각각 처리하였을 때에 세포 내의 MIP-1a, MIP-$1{\beta}$, MIP-$1{\gamma}$, interleukin-$1{\beta}$, TNF-${\alpha}$의 발현이 감소되었다. 따라서 불로초의 ${\beta}$-glucan은 대식세포에서 MyD88의 경로인 PI3K/Akt를 경유할 뿐만 아니라 MEK 경로를 활성화시킴으로써 다양한 면역조절작용이 가능한 것으로 여겨진다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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