치주 질환은 주요 구강 건강 문제로, 그 원인 중 하나는 구취를 유발하는 세균이다. 이러한 세균 중 혐기성 병원균인 Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis)는 치주염의 진행을 가속화 시키는 것으로 알려져 있다. 따라서 이러한 세균의 효과적인 제어와 예방은 치주 질환 관리와 예방에 필수적이다. 본 연구는 구취를 유발하는 세균을 효과적으로 제어하는 방법을 탐구하여 구강 위생과 구취 예방에 기여하고자 한다. 우리는 항균, 항염, 항산화 효과로 잘 알려진 전통 한국 약용 식물인 황칠나무(Dendropanax morbifera)에 주목하였다. 특히, 황칠나무 잎 추출물과 수액 발효물이 P. gingivalis에 미치는 항균 효과를 조사하였다. 혐기성 조건에서 잎 추출물과 수액 발효물의 최소성장억제 농도(MIC)와 최소살균농도(MBC)를 측정하였으며, 검지관을 이용하여 황화수소(H₂S)와 암모니아(NH₃) 농도를 측정하여 구취 감소 효과를 평가하였다. 실험 결과는 황칠나무 잎 추출물과 수액 발효물이 P. gingivalis에 대해 강력한 항균 활성을 나타내었으며, 이러한 처리가 황화수소와 암모니아 가스 생성을 효과적으로 감소시켰음을 보여주었다. 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM) 관찰에서는 MIC 조건에서 세포벽 손상이 시작되고 MBC 조건에서는 세포벽이 완전히 파괴됨을 확인하였다. 이러한 결과는 황칠나무 잎 추출물과 수액 발효물이 강력한 항균 및 구취 감소 특성을 지니고 있음을 보여주며, 이는 향후 구강 위생 제품 개발에 있어 그 활용 가능성을 시사한다.

본 연구에서는 medium-chain-length polyhydroxyalkanoate (mcl-PHA)의 생산비용을 줄이기 위해 커피 찌꺼기(spent coffee grounds, SCG)에서 추출한 오일을 탄소원으로 사용하여 mcl-PHA를 생합성하였다. 2시간의 추출 시간과 SCG/n-hexane 15 비율에서 최고 오일 수율을 달성하였으며, 추출된 오일(extracted oil from SCG, EOC)의 지방산 조성은 리놀레산(45.08%), 팔미트산(35.56%), 올레산(8.62%), 스테아르산(7.62%)으로 확인되었다. 토양에서 분리한 Pseudomonas sp. HY61 균주를 플라스크 배양 결과, EOC 5 g/l, 72 시간, NH₄Cl, pH 7, 25℃ 및 C/N 비율 15의 배양 조건에서 가장 높은 세포 성장과 mcl-PHA 축적을 보였다. 동일 조건으로 회분식 배양 결과 배양 72시간 후, 건조 세포 중량(dry cell weight, DCW) 0.92 g/l와 mcl-PHA 0.17 g/l를 확인하였다. EOC와 NH₄Cl을 각각 18, 30 및 42 시간에 추가 공급한 유가식 배양 결과 2.85 g/l의 DCW와 0.67 g/l의 mcl-PHA를 얻을 수 있었으며, 이는 회분식 발효에 비해 약 3배 더 높은 수치였다. 물리적 특성 분석 결과, 본 연구에서 합성된 mcl-PHA는 다른 mcl-PHA에 비해 더 높은 분자량과 열분해 온도를 보여 포장 및 생의학적 응용에서의 잠재적인 사용 가능성을 시사하였다.

본 연구는 꿀벌 유충으로부터 분리된 Frutobacillus spp. F 균주들의 기능성과 프로바이오틱스로써 사용 가능성을 평가하기 위해 수행되었다. 항균활성은 그람음성, 그람양성, 효모 균주들에 대해 사용된 F들이 전반적으로 활성을 보였지만, F2와 -3가 보다 우수한 것으로 평가되었고, 특히 F2가 우수하였다. Kerosene 유화력은 F4를 제외한 다른 균주들은 유사하게 관찰되었다. 탄소원에 따른 유화력 분석결과로써 F2는 과당이 존재할 경우에 높게 나타났지만, 표준균주보다 낮은 것으로 관찰되었고, 16S rDNA 서열 분석 결과 F2는 Freuctobacillus fructosus로 확인되었다. 또한 F2는 성장곡선에서 18시간에서 최대 성장력으로 보였고, 이후 소량 증가되는 양상을 보였다. 항균력 및 pH는 역시 18시간에 각각 최대 및 최소 값을 보였으며, 이후에 지속적으로 유지되는 경향성을 보였다. 유산 함량은 배양 후 24시간에서 최대 값을 보인 이후에 약간 감소되는 양상을 보였다. 내산성은 pH 2.5까지는 저항성을 보였지만, pH 2.0에서는 완전히 소실되는 것으로 나타났다. 담즙산에 대한 내성은 전반적으로 강력한 것으로 평가되었다. F2의 뮤이신에 대한 부착력은 S. Typhimurium에 비교하여 높게 나타났고, 배양 18시간까지 상승된 후에, 감소되는 경향성을 보였다. 혐기적 배양시간에 따른 효소 활성은 과당의 존재에 상관없이 CMCase, avicelase, mannase 등이 높은 것으로 나타났다. 자가 및 공응집력은 표준균주에 비교하여 모두 높게 형성되었으며, 표면 소수성은 전자공여체의 양상을 나타내는 클로로포름에 대해 높게 형성되었다. 따라서 Frutobacillus fructosus F2는 항균활성이 우수하였고, 유화력, 내산성, 내담즙성, CMCase, mannase, 자가 및 공응집력 등이 비교적 우수하기 때문에 프로바이오틱스로써 활용 가능성이 있는 것으로 평가된다.

후코이단(fucoidan)은 갈조류에서 발견되는 다당류로, 면역 증강, 항암, 항염증 등 다양한 생리 활성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 조골세포(osteoblast)와 유사한 생물학적 특성을 지닌 MC3T3-E1 세포에서 최종당산화물에 의해 유도되는 세포와 미토콘드리아 손상, 조골세포 분화, 조골 및 파골 활동성의 변화에 미치는 후코이단의 효과를 관찰하였다. 최종당산화물로 처리한 세포군에서는 MTT 환원능의 감소와 함께 카스파아제(caspase)의 활성화, 세포 사멸의 증가가 관찰되었다. 후코이단을 사전 처리하면 최종당산화물에 의한 이들 세포 손상 지표들이 현저히 완화되었다. 후코이단은 또한 최종당산화물에 의해 유도된 미토콘드리아 막 전위 감소, 세포 내 ATP 고갈, 미토콘드리아 막 투과성 전이(mitochondrial permeability transition) 형성을 유의하게 억제하여, 미토콘드리아의 기능적 손상을 완화하는 효과를 보였다. 최종당산화물로 처리한 세포군에서는 반응성 산소종(reactive oxygen species)과 과산화 지질 및 과산화 단백의 생성이 현저히 증가하였으며, 후코이단은 이를 유의하게 억제하였다. 조골세포 분화능의 지표로 뼈형태발생단백-2(bone morphogenetic protein, BMP2), 알칼리 인산분해효소(alkaline phosphatase, ALP), 오스테오칼신 (osteocalcin, OC), 제1형 콜라젠(collagen-I, Col-I)의 mRNA 발현 정도를 정량 실시간 역전사 중합효소 연쇄반응(qRT-PCR) 검사로 분석한 결과 최종당산화물로 처리 시 이들 mRNA들의 발현이 현저히 감소하였으며, 후코이단은 이들 지표 mRNA들의 발현 감소를 유의하게 차단하였다. 조골 활동성(osteogenic activity)의 지표로 알칼리 인산분해효소 활성과 무기질 침착을 측정한 결과도 mRNA 발현의 변화와 일치하는 결과를 보였다. 반면에 파골 활동성(osteoclastic activity)을 나타내는 지표들인 인터루킨-6(interleukin-6)와 NF-kB 리간드 수용체 활성 인자(receptor activator of NF-kB ligand, RANKL)의 분비는 최종당산화물로 처리한 세포군에서 증가하였으며, 후코이단은 이를 유의하게 억제하였다. 이상의 결과를 종합하면 후코이단은 MC3T3-E1 세포에서 최종당산화물에 의해 유도되는 세포 및 미토콘드리아 손상과 조골세포 분화 저해, 조골 활동성 저하를 완화하는 효과를 나타내는 것으로 사료된다.

본 연구에서는 산초나무 잎의 메탄올 추출물(MEZS)에 의한 항비만 기전을 조사하였다. 3T3-L1 지방전구세포 모델을 이용한 결과에 의하면 MEZS는 지방세포 분화 유도제에 의한 지방세포로의 분화와 지방의 형성을 처리 농도 의존적으로 차단하였다. 이는 C/EBPs와 PPARγ와 같은 지방세포 생성 전사 인자 뿐만 아니라 aP2, leptin 및 FAS와 같은 지방세포 특이적 유전자의 발현 억제에 의한 것이었다. MEZS는 또한 PI3K/Akt 경로의 활성을 억제하였으며, PI3K/Akt의 경로를 인위로 차단하였을 경우, MEZS에 의한 지방세포로의 분화와 지방 형성 억제 효능은 더욱 증가하였다. 나아가 MEZS는 분화된 지방세포에서의 ROS 생성을 차단하였으며, 이는 Nrf2 신호계의 활성화와 연관성이 있었다. 본 연구의 결과는 산초나무 잎 추출물이 항비만 효과를 가질 수 있는 식·의약 소재의 잠재력이 우수함을 의미한다.

Kinesin superfamily protein (KIF5A)은 키네신-1의 운동 단백질이며 KIF5B 혹은 KIF5C와 결합하고, 또한 비운동 단백질인 키네신 경쇄(KLC)와 결합하여 이종사량체 복합체를 형성한다. 근위축성 측삭 경화증(ALS) 원인 유전자인 KIF5A의 단일 뉴클레오타이드 변이는 엑손 27 근처에 클러스터링되어 있으며, 이 영역은 키네신 5A의 카르복시(C)-말단 영역에 해당된다. 근위축성 측삭 경화증 환자에서 미토콘드리아막 단백질인 prohibitin 1 (Phb1)과 Phb2는 척수에서 발현량이 감소한다. 본 연구에서는 Phb2는 KIF5A와 결합한다는 것을 확인하였다. Phb2는 KIF5A의 C-말단 영역에 결합하였고, KIF5A는 Phb2의 C-말단 영역에 결합하지만, KIF5A는 Phb1과는 결합하지 않았다. 인간배아신장 세포-293T에서 EGFP-Phb2와 myc-KIF5A 플라스미드를 공동 발현한 결과, Phb2는 키네신-1의 모터 단백질인 KIF5A와 KIF5B, 그리고 KLC1과 공동 면역침강하였다. 또한, EGFP-Phb2와 myc-KIF5A는 세포 내의 동일한 위치에서 발현하였다. 이러한 결과는 KIF5A는 Phb2와 결합하며, 키네신-1과 미토콘드리아의 결합을 매개하는 역할을 시사한다.

산업 생명공학은 지속 가능한 화학물질, 연료, 의약품 생산을 위해 효모와 대장균과 같은 미생물을 활용합니다. 그러나 미생물 생산은 환경 스트레스로 인해 효율성과 경제성이 저해되는 문제에 직면하고 있다. 전통적인 유전공학은 많은 해결책을 제공하지만, 종종 산업적 조건에서 견딜 수 있는 강력한 균주를 만드는 데 어려움이 있다. 적응 실험실 진화는 자연 선택을 모방하여 제어된 환경에서 미생물 내성을 향상시킬 수 있는 좋은 전략으로 부상했다. 적응 실험실 진화는 다양한 미생물에서 유해 화합물, 극한의 pH, 고온 등의 스트레스에 대한 내성을 성공적으로 향상시켰다. 효모에서는 적응 실험실 진화가 에탄올 생산에 중요한 아세트산 및 퓨프랄 내성을 향상시켰다. 또한, 대장균에서는 적응 실험실 진화가 산 스트레스에 대한 저항성을 증가시키고 숙신산과 세린의 생산을 개선했다. 젖산균에서는 적응 실험실 진화가 젖산 생산, 열 및 냉동-해동 스트레스 하에서의 균주 안정성을 증대시켜, 산업적 및 프로바이오틱 응용 분야에 혜택을 주었다. 코리네박테리움 글루타미컴 또한 적응 실험실 진화를 통해 성장률, 스트레스 내성 및 생산 능력에서 상당한 개선을 보였다. 이러한 발전은 다양한 산업 공정을 최적화하는 데 있어 적응 실험실 진화의 역할을 강조하며, 미생물 생명공학에서 강력한 도구임을 입증한다. 본 논문은 적응 실험실 진화의 최신 응용 및 방법을 조명하며, 산업 미생물에 미치는 영향과 지속 가능한 생물 생산을 위한 미래 연구의 잠재력을 보여주었다.

암세포는 통제되지 않는 세포분열 과정 중, 생체 에너지와 생합성 중간체를 제공하기 위하여 정상세포와는 현저히 다른 독특한 대사과정을 나타낸다. 포도당으로부터 생성된 pyruvate의 대부분을 lactate로 전환하여 비효율적으로 ATP 생성하는 호기적 해당작용(Warburg effect)으로 glutamine 대사를 통해 부족한 에너지를 해결하고 있다. Glutamine은 혈액과 근육에서 가장 풍부한 아미노산으로서, glutaminolysis를 통해 TCA cycle을 통한 생체 에너지, 지질과 대사산물의 합성뿐만 아니라 아미노산과 뉴클레오티드 합성에 사용된다. 암세포가 정상세포보다 glutamine에 의존하여 TCA cycle 대사산물의 절반 이상이 glutamine에서 파생되는 glutamine 중독 현상을 나타낸다. 종양유전자 c-Myc는 glutamine 대사에 관련된 glutamine 대사 유전자의 발현을 조절하고, glutamine의 흡수를 촉진한다. Glutaminase가 종양을 유발하거나 종양을 억제하는지는 isoenzymes의 관점에서 논란의 여지가 있으나 GLS1은 발암 가능성이 더 높아 유망한 치료 대상인 반면에 GLS2는 종양 저해제로서 작용하는 것으로 알려졌다. 암 대사체의 복잡하고 정교한 네트워크에 기반한 4세대 대사항암제는 암세포의 에너지 대사를 직접 제어하여 영양 공급을 차단해 부작용 없이 항암효과를 극대화하는 요법으로 2010년대 중반 이후 연구가 활발히 진행되고 있다. Glutaminolysis에서 glutaminase는 초기 단계를 촉매하는 효소로서 암 대사 및 종양 진행에 매우 중요하여 glutaminase 효소를 약물 표적화하는 새로운 기전의 항암제 개발이 유망한 전략으로 떠오르고 있다.