난백 단백질 중 ovotransferrin을 gel chromato- graphy와 heparin affinity chromatography를 통하여 분리 하였다. 1차 gel filtration의 경우에 샘플인젝션 후 65-70min(fraction No. 14) 이후에는 ovalbumin이 ovotransferrin과 혼입되어 분리되고 오히려 ovalbumin의 농도가 더 높은 분포를 보였다. 고순도의 ovotransferrin을 분리하기 위하여 다시 fraction No. 12-14을 농축한 뒤 gel filtration을 실시한 결과 ovotransferrin이 완전히 분리되지 않았는데 이는 gel filtration만의 반복을 통해서 순수한 ovotransferrin을 얻는 것이 비효과적임을 의미하는 것으로 판단된다. Ovotransferrin을 heparin affinity chromatography을 이용하여 분리한 경우 칼럼에 Fe2+를 고정시킨 후 50mM EDTA를 흘려 주었는데 ovalbumin이 5-10분경에 용출이 되었고 10-15분경에 ovalbumin과 ovotransferrin이 같이 용출되었다. 그 후에 50mM Phosphate buffer (pH 7.2, 0.15M salt)를 흘려주었는데 여전히 ovalbumin의 밴드가 보여 순수하지 않음을 확인하였다. Fe3+를 컬럼에 고정시킨 후 50mM EDTA를 흘려주었을 때 ovalbumin이 10-15분경에 용출이 되었고 15-20분경에 ovalbumin과 ovotransferrin이 같이 용출되었지만 50mM Phosphate buffer (pH 7.2, 0.15M salt free)를 흘려주었을 때 156-165분경에 ovalbumin이 혼입되지 않은 매우 순수한 ovotransferrin이 용출되는 것을 확인하였다. 위의 결과를 종합해볼 때 gel chromatography를 반복적으로 실시한 경우 보다는 heparin affinity chromatography를 이용하여 분리하고 컬럼에 Fe2+를 고정시킨 경우보다 Fe3+를 고정시켰을 때 더욱 순수한 ovotransferrin을 분리해낼 수 있었다.
본 연구는 분리한 ovotransferrin의 식품소재로서의 단백질 특성과 병원성 미생물에 대한 항균능력을 측정하기 위해 실시하였다. 분리한 ovotransferrin의 수분 흡착력을 pH 3, 7, 11의 조건에서 살펴보았을 때 중성조건에서 다소 증가하는 경향을 보였지만 유의적인 차이는 없었다. 기포의 생성과 안정성은 산성조건인 pH 3에서 기포가 가장 적은 양이 발생되었고 시간이 지남에 따라 급속하게 사라지는 경향을 보였으며 중성조건인 pH 7에서는 기포의 감소의 폭이 적어 안정하게 유지됨을 보였다. 온도가 ovotransferrin의 기포의 발생과 안정성에 미치는 영향은 60℃에서 기포의 발생이 가장 높았으나 처리온도가 90℃ 이상이 되면 현저하게 감소하는 것으로 나타났다. Ovotransferrin의 항균 및 항 곰팡이 효과를 측정해 본 결과 농도에 따른 유의적인 저해효과는 없었으나 다만 25mg/ml의 농도로 처리하였을 때 E. coli, S. typhi, P. aerug와 Candida albican에서만 약한 저해 효과를 나타내었다. Albumin과 lysozyme을 ovotransferrin과 혼합사용이 항균 및 항 곰팡이 효과에 영향하는지를 알아본 결과 albumin과 ovotransferrin을 혼합사용 하였을 때 25mg/ml의 농도에서만 S. typhi와 candida albicans의 억제(++) 효과를 보였고 lysozyme과 ovotransferrin의 혼합사용은 12.5mg/ml의 농도에서만 S. typhi에서 약한 저해(+) 효과를 나타냈으며 candida albican에 대해서는 ++정도의 억제효과를 나타내었다. Ovotrnasferrin 자체의 항균 효과는 25mg/ml의 농도에서만 약한 저해효과를 보였으며 ovotransferrin의 항균 및 항 곰팡이 활성을 상승시키기 위한 lysozyme과 albumin의 역할은 그리 크지 않은 것으로 판단되었다.
The antioxidant, antimicrobial, and cytotoxic activities of ovotransferrin were investigated in vitro. The antioxidant capacity of ovotransferrin was evaluated using the 2,2-Diphenyl-1-picryl hydrazyl (DPPH) radical scavenging method, antimicrobial effects using the agar well diffusion method, and cytotoxicity using the 3-(4,5-dimethylthizol-2-yl)-2,5-diphenylatetetrazolium bromide (MTT) assay. The DPPH radical-scavenging capacity of ovotransferrin at 1 mg/mL level reached approximately 60% after 48 h of reaction. The antimicrobial effects of ovotransferrin against common food-borne pathogens, Staphylococcus aureus KCCM 32395, Bacillus cereus KCCM 40935, Listeria monocytogenes ATCC 15313, Escherichia coli O157:H7 ATCC 43895, and Helicobacter pylori HpKCTC 26695 were dose dependant. Gram-positive bacteria was more sensitive to ovotransferrin than gram-negative bacteria. Ovotransferrin showed stronger antimicrobial effect against L. monocytogenes than other gram-positive bacteria tested. The cytotoxicity of ovotransferrin was evaluated in human cancer cell lines, various tissue origins, including the larynx (Hep-2), stomach (AGS), lung (SK-MES-1), liver (HepG2), breast (MCF-7), cervix (HeLa), and colon (HT-29). Ovotransferrin displayed relatively high cytotoxicity (${\leq}60%$ inhibition effects) at 40 mg/mL. At lower concentrations (${\leq}10mg/mL$), however, ovotransferrin cytotoxic effects were not significant in all cancer cell lines tested. These results indicated that ovotransferrin has potential to be used as an antioxidant or antimicrobial agent in foods or a pharmaceutical agent against cancers.
Bioactive peptides have great potentials as nutraceutical and pharmaceutical agents that can improve human health. The objectives of this research were to produce functional peptides from ovotransferrin, a major egg white protein, using single enzyme treatments, and to analyze the properties of the hydrolysates produced. Lyophilized ovotransferrin was dissolved in distilled water at 20 mg/mL, treated with protease, elastase, papain, trypsin, or α-chymotrypsin at 1% (w/v) level of substrate, and incubated for 0-24 h at the optimal temperature of each enzyme (protease 55℃, papain 37℃, elastase 25℃, trypsin 37℃, α-chymotrypsin 37℃). The hydrolysates were tested for antioxidant, metal-chelating, and antimicrobial activities. Protease, papain, trypsin, and α-chymotrypsin hydrolyzed ovotransferrin relatively well after 3 h of incubation, but it took 24 h with elastase to reach a similar degree of hydrolysis. The hydrolysates obtained after 3 h of incubation with protease, papain, trypsin, α-chymotrypsin, and after 24 h with elastase were selected as the best products to analyze their functional properties. None of the hydrolysates exhibited antioxidant properties in the oil emulsion nor antimicrobial property at 20 mg/mL concentration. However, ovotransferrin with α-chymotrypsin and with elastase had higher Fe3+-chelating activities (1.06±0.88%, 1.25±0.24%) than the native ovotransferrin (0.46±0.60%). Overall, the results indicated that the single-enzyme treatments of ovotransferrin were not effective to produce peptides with antioxidant, antimicrobial, or Fe3+-chelating activity. Further research on the effects of enzyme combinations may be needed.
Ovotransferrin (OTF) is a well-known protein of the transferrin family with strong iron chelating activity, resulting in its antimicrobial activity. Furthermore, OTF is known to have antioxidant, anticancer, and antihypertensive activities. However, there have been few studies about the immune-enhancing activity of OTF. In current study, we investigated the immune-enhancing activity of OTF using the murine macrophage cells in vitro. The effect of OTF on production of pro-inflammatory mediators and cytokines were determined using Griess assay and quantitative real-time PCR. Using Neutral Red uptake assay, we confirmed the effect of OTF on phagocytic activity of macrophages. Ovotransferrin significantly increased the production of nitric oxide (NO) and secretion of inducible nitric oxide synthase (iNOS) mRNA with no cytotoxic activity. Ovotransferrin (2 mg/mL) stimulated NO production up to $31.9{\pm}3.5{\mu}M$. Ovotransferrin significantly increased the mRNA expression levels of pro-inflammatory cytokines which are tumor necrosis factor-${\alpha}$ (TNF-${\alpha}$), Interleukin-$1{\beta}$ (IL-$1{\beta}$), and IL-6: OTF (2 mg/mL) treatment increased the secretion of mRNA for TNF-${\alpha}$, IL-$1{\beta}$, and IL-6 by 22.20-, 37.91-, and 6.17-fold of the negative control, respectively. The phagocytic activity of macrophages was also increased by OTF treatment significantly compared with negative control. Also, OTF treatment increased phosphorylation level of MAPK signaling pathways. These results indicated that OTF has immune-enhancing activity by activating RAW 264.7 macrophages via MAPK pathways.
본 연구를 통해 난백 단백질인 ovotransferrin 및 가수분해물의 항고혈압 효과를 얻을 수 있는 ACE 저해효과가 최초로 확인되었다. Ovotransferrin과 산 분해 및 효소 가수분해물의 ACE 저해효과 순서는 trypsin>pepsin>산 분해순인 것으로 나타났다. 따라서, trypsin에 의해 가수분해되어 생산된 가수분해물이 가장 큰 ACE 저해효과(60.2%)를 나타내는 것으로 확인되었으며, 이 결과를 토대로 trypsin에 의한 가수분해물의 최적화 연구를 수행하였다. ACE 저해효과를 효소 반응시간에 따른 생산을 검토한 결과, 7시간 일 때 64%로 가장 높게 나타났으며, 7시간을 반응시간으로 최적화 실험을 계속 진행하였다. 기질과 효소의 비, pH, 반응온도를 변수로 사용하여 중심합성계획에 의해 총 16개의 조건으로 하여 최적화 하였다. 회귀식의 전체 $R^2$는 0.9908이었고, 0.01% 유의수준을 나타내었다. 중심합성계획에 따른 maximum response는 기질 농도 26.32%, pH 6.32, $51.29^{\circ}C$에서 ACE 저해효과 70.67%로 예측되어졌으며, 실제 실험으로 검증한 결과도 이와 유사하게 69.1%로 확인됨으로써, 본 실험을 통해 ACE 저해활성을 나타내는 가수분해물의 생산이 최적화되었다.
Ovotransferrin (OTF), an egg protein known as transferrin family protein, possess strong antimicrobial and antioxidant activity. This is because OTF has two iron binding sites, so it has a strong metal chelating ability. The present study aimed to evaluate the improved immune-enhancing activities of OTF hydrolysates produced using bromelain, pancreatin, and papain. The effects of OTF hydrolysates on the production and secretion of pro-inflammatory mediators in RAW 264.7 macrophages were confirmed. The production of nitric oxide (NO) was evaluated using Griess reagent and the expression of inducible nitric oxide synthase (iNOS) were evaluated using quantitative real-time polymerase chain reaction (PCR). And the production of pro-inflammatory cytokines (tumor necrosis factor [TNF]-α and interleukin [IL]-6) and the phagocytic activity of macrophages were evaluated using an ELISA assay and neutral red uptake assay, respectively. All OTF hydrolysates enhanced NO production by increasing iNOS mRNA expression. Treating RAW 264.7 macrophages with OTF hydrolysates increased the production of pro-inflammatory cytokines and the phagocytic activity. The production of NO and pro-inflammatory cytokines induced by OTF hydrolysates was inhibited by the addition of specific mitogen-activated protein kinase (MAPK) inhibitors. In conclusion, results indicated that all OTF hydrolysates activated RAW 264.7 macrophages by activating MAPK signaling pathway.
Ovotransferrin (OTf) was phosphorylated by dry-heating in the presence of pyrophosphate at pH 4.0 and $85^{\circ}C$ for 1 and 5 d, and the functional properties of phosphorylated OTf (PP-OTf) were investigated. The phosphorus content of OTf increased to 0.91% as a result of phosphorylation and the electrophoretic mobility of PP-OTf also increased. Although the solubility of dry-heated OTf slightly decreased, the decrease was reduced by phosphorylation. The stability against heat-induced insolubilization of OTf was somewhat improved by phosphorylation, but more than 70% of PP-OTf was insolubilized when it was heated at $70^{\circ}C$ for 10 min at pH 7.0. However, heat-induced insolubilization of PP-OTf was reduced when it was heated in the presence of phosphorylated ovalbumin. This may explain the excellent stability of phosphorylated egg white protein against heat-induced insolubilization which was reported previously. The emulsifying property of OTf was also somewhat improved by phosphorylation. The calcium phosphate-solubilizing ability of PP-OTf was enhanced. Although the degree of phosphorylation of OTf by dry-heating in the presence of pyrophosphate was similar to that of ovalbumin, the improvement of properties of PP-OTf was considerably different from those of phosphorylated ovalbumin.
난백에 있는 40여 가지의 단백질의 기능적 특성에 대한 연구가 폭 넓게 진행되고 있지만, 그 특성이 모두 확인되지 않았다. 난백에서 순수하면서 변성되지 않은 단백질을 분리하는 방법을 연구하기 위해 본 연구에서는 난백 중 함량이 많은 lysozyme, ovotransferrin, ovalbumin을 분리했다. 난백에서 단백질을 다른 분리 방법보다 선택적으로 분리가 가능한 이온 교환 크로마토그래피를 이용했다. 그리고 분리된 단백질을 동정하기 위해서 Reversed-phase HPLC (RP-HPLC)를 사용했다. 이온 교환 크로마토그래피에서 HI Trap ion exchange cartridge (GE Healthcare, USA)를 사용했고, 그 중에서 양이온 교환 수지 SP (완충용액 pH 8.0, pH 5.2)와 음이온 교환 수지 Q (완충용액 pH 8.0)로 난백 단백질을 분리하였다. 분리한 난백 단백질들의 동정용 RP-HPLC에서는 C18 컬럼(Phenomenex, USA)을 사용했고 등용매 용리에서 이동상으로 acetonitrile (ACN)/distilled water (DW)/trifluoroacetic acid (TFA)의 부피비를 50/50/0.1로 사용했다. 이온 교환 크로마토그래피에 의해 각 단계에서 분리된 용출용액을 RP-HPLC으로 분석한 크로마토그램과 표준시료의 크로마토그램의 체류시간을 비교하여 난백에 포함된 ovotransferrin, ovalbumin, lysozyme이 순차적으로 용출됨을 알았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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