Dental caries has been reported to be infectious disease by Streptococcus mutans(S. mutans). The ability of S. mutans to produce dental plaque has been shown to be related to glucan synthesis from sucrose by glucosyltransferase (GTase). Glucan is known to play an important role in the initiation of smooth surface caries. For preventing dental caries by traditional medicines, two hundred kinds of natural products were assayed for inhibiting activity against S. mutans and GTase. During the assay course, we chose some active plants against S. mutans and GTase and then applied these plant extracts to toothpaste.
We investigated the inhibition effects of teeth decalcification and glucosyltransferase(GTase) activity on the Juniperus rigida S. et Z. Teeth decalcifications by Streptococcus mutans were respectively inhibited to 70.13, 74.93% on methanol and n hexane fractions. In the inhibition test of GTase activities by solvent fractions of J. rigida, they were respectively inhibited to 86.6, 89.5% to a similar degree. And in the result to identify GTase produced by S. mutans with SDS PAGE, the band near 65KD estimated as GTase did not show in the lanes of methanol, n hexane and chloroform fractions.
Dental caries is one of the most common oral diseases in the world. Glucosyltransferase (Gtase) of Streptococcus mutans (S. mutans) plays an important role in the develo pment of dental caries. For the purpose to develop anti- caries, we examined the effect of metabolites isolated from Streptomyces sp. M-20 on Gtase and the growth of S. mutans. Streptomyces sp. M-20 isolated from Mongolian soil showed 95~96% sequence homology with that of Streptomyces lin- colnensis. The metabolites of Streptomyces sp. M-20 were partially purified by extraction with ethyl acetate, silica gel column chromatography and preparative TLC. Partially purified metabolite, red colored component (MR-20) in ethyl acetate fraction showed potent antibacterial activitiy against S. mutans and inhibitory activity against Gtase purified from S. mutans, while another isolated yellow component (MY-20) showed no activity against S. mutans. The inhibitory activity of MR-20 against Gtase was confirmed by activity staining on SDS-polyacrylamide gel electrophoresis. The concentration of MR-20 for 50% inhibition $(IC_{50})$ against Gtase activity was $60{\mu}g/ml$. These results suggest that MR-20 can be developed for antibacterial agent and anticaries.
The inhibitory effect of cacao bean husk (CBH) extract on glucosyltransferase(GTasc) from Streptococcus mutans B13 was investigated. Water solube extract from CBH showeda sarong inhibitory effect (88-89%) on GTase from Streptococcus mutans Bl3. GTase inhibitors from sequential extraction by hot water or water-methanol had the strongest inhibition. Sources, fermentation, and types of solvents and fumigation processes did not influence the effect. These active compounds proved to be polyphones through acid hydrolytic analysis of the precipitates by ammonium sulfate or ethanol and proteinase K. It was also confirmed by additional column chromatography of Sephadex G-50, Sephadex LH-20 and DEAE-Sephdex A-50.
Streptococcus mutans, Streptococcus sobrinus 등과 같은 구강 세균에 의해 생산되는 효소인 glucosyltransferase(GTase; sucrose 6-glucosyltransferase, EC 2.4.1.5) 는 충치 발생에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있으며 Gtase-I, GTase-SI, GTase-S 등 최소 3종의 isozyme이 알려져 있다.$^{7-10)}$ GTase는 sucrose로부터 점착성이 있는 불용성의 glucan을 형성하고 이 glucan에서 구강 미생물이 증식하며 그 결과로 생성된 유기산에 의하여 치아표면의 에나벨 층이 부식되므로써 충치가 유발되게 된다.$^{11)}$ 따라서 불용성 glucan의 생성을 유도하는 GTase의 활성을 조절하는 것은 충치 발생 억제에 중요한 역할을 하는 것으로 판단된다. 본 연구자 등은 GTase를 효율적으로 저해하여 충치를 예방할 물질을 탐색하기 위한 연구의 일환으로 약 420종 식물체의 ethanol 추출물로부터 GTase 저해 활성을 검색하여 보고한 바 있다. 수종의 식물체 ethanol 추출물은 S. mutans에 대한 정균활성과 GTase 저해 활성을 동시에 나타내었으며 물질의 분리${\cdot}$정제로부터 oleic acid를 주성분으로 히는 불포화 지방산임이 밝혀진바 있다.$^{12)}$ 본 연구에서는 약 420종 식물체의 열수추출물을 대상으로 GTase 저해 활성을 검색하였다. 그 중 13종의 열수 추출물에서 비교적 높은 GTase 저해활성이 분포 되고 있음을 확인하였으며 활성이 높은 회향을 대상 식물체로 하였다. 회향의 열수 추출물은 S. mutans의 생육에는 영향을 미치지 않고 GTase 활성을 저해하는 특정을 가지고 있다(data not shown). 특히 사람을 대상으로 한 회향 열수 추출물에 의한 치면 세균막 억제 임상 실험 결과 plaque index의 저하를 가져오는 것으로 나타나 회향 열수 추출물은 GTase 활성을 저해하여 충치 예방 목적으로 적용 할 수 있음을 알 수 있다. 회향은 한국을 비롯한 아시아권에서 식품의 향신료 및 민간요법에 널리 사용되는 식물이고 식품의 원료로 사용할 수 있는 소재이다. 회향의 열수 추출물은 열에 대해 높은 안정성을 나타내는 가공 특성을 가지고 있으므로 천연물 기원의 충치예방 기능성 식품으로서의 산업적 이용가치가 기대된다.
In the course of surveying the anti-plaque agents for dental caries prevention, the extract of Korean green tea leaves (KGTL) was tested for inhibitory activity against Streptococcus mutans adhering to glass surfaces in the presence of crude glucosyltransferase (GTase). The extracts of KGTL showed a positive inhibitory activity against GTase. The active compound was purified through Sephadex LH-20 and MCI gel CHP-20P columns. A positive reaction was shown in the anisaldehyde-$H_2SO_4$ test, which confirmed the condensed tannin. The inhibitory compound was identified as 3-galloylprocyanidin $B_3$ through IR, negative FAB-mass, and $^{1}H$-NMR spectroscopic analyses. Acetone extract and 3- galloylprocyanidin $B_3$ of KGTL showed inhibitory effect against GTase. The percent of inhibition was determinated to be 71.84% (P<0.01) with 10 mM 3-galloylprocyanidin B3. The 3-galloylprocyanidin $B_3$, which possessed a galloyl, showed a higher inhibitory activity against glucosyltransferase than monomeric (+)-catechin and procyanidine $B_3$ which had no galloyl group.
The antimicrobial and glucosyltransferase(GTase) inhibition activity were searched for 30 species of various folk drugs and by products of food industry. Among them, two species, gallnut and red grape husk water extracts, were selected for the powerful antimicrobial and GTase inhibition activity. The polyphenol fractions of gallnut and red grape husk were showed very greater antimicrobial activity on both Gram(+) and (-), B. subtilis and E. coli. The minimum antimicrobial activity of gallnut polyphenol fraction were 1.0mg for B. subtilis and 3,0mg for E. coli. Red grape husk was 2.0mg for B. subtilis and 3.0mg for E coli. The polyphenol fractions of gall nut and red grape husk were showed powerful GTase inhibition activity. The concentrations of these fractions for 80% inhibition of GTase activity were 1.08$\times$10$\^$-3/mg/㎖ and 1.08$\times$10$\^$-2/mg/㎖, respectively. The most abundant compound in these fraction seems to be polyphenol derivatives. From these results, we think that the gallnut and the red grape husk polyphenol fraction had more antimicrobial and anti-plaque activities than artificial synthetic preservatives as an economic point of view.
충치 예방 물질의 탐색 연구 일환으로, Cacao bean husk(CBH) 추출물로부터 얻어진, gluco-syltransferase(Gtase) 저해 활성 분획을 분리하였 다. 이를 다시 MCI-gel CHP-20와 Sephadex LH 20의 column chromatography법으로 분리, 정제하였으며, 이로부터 얻어진 2개의 GTase 활성 저해 물질에 대한 구조 해석을 행하였다. 분리.정제된 2개의 GTase 저해 활성 물질은 anisaldehyde-$H_2SO_4$ 및 FeCb에서 각각 갈색 및 청색 반응을 하며, 또 TLC상에서 dimer의 flavan-3-ol $R_r$값을 나타내는 단일 물질이었다. NMR(PMR, C CMR) 빛 mass spectrum으로 두 정제 분획에 대 한 화학 구조를 분석한 결과, G Tase 저해능을 나타 내는 단물질은 (-)-epicatechin-($\beta\rightarrow8$)-catechin 으로 결합된 procyanidin B-1 ($C_{30}H_{26}O_{12}$) 및 cate chin의 2량체인 procyanidin B一3($C_{30}H_{26}O_{12}$)이었다.
Theobroma cacao L. bean husk에서 새로운 flavan-3-ol 화합물을 분리하여 이 화합물의 화학구조를 thiolysis, 탈유황반응 및 기기분석에 의해 결정하였다. 이 화합물은 FAB-MS에서 [1153] 으로 epicatechin 4분자가 결합된 cinnamtannin A-2였다. GTase 저해는 0.03 mM에서 완벽한 저해효과를 보였고 비경쟁적 저해제로 이 화합물의 수산기가 GTase를 저해하는 중요한 요인으로 추정된다.
마, 꿀풀 추출물의 용매 분획별 구강병인균에 대한 항균 및 항우식 효과를 알아본 결과 다음과 같은 결과를 얻었다. S. mutans에 대한 마, 꿀풀 헥산 추출물의 상대성장률과 산 생성 억제 및 GTase 활성 저해효과을 알아본 결과, 마 헥산 추출물의 0.25 mg/ml 농도에서 100%, 꿀풀헥산 추출물의 0.5 mg/ml 농도에서 100% 성장을 억제하였다. 따라서 농도가 증가함에 따라 성장이 억제되는 것을 볼 수 있었다. 2.0 mg/ml 농도에서 마가 pH 7.2, 꿀풀이 pH 7.0로 나타나 pH 5.6, pH 5.2인 대조군과 비교하여 볼 때 마, 꿀풀 헥산 추출물을 첨가물이 산 생성을 억제하여 중성으로 보여주고 있으며, GTase 활성 저해효과는 마와 꿀풀의 헥산 추출물의 2.0 mg/ml농도에서 35%, 25%로 각각 활성을 저해하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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