Enhanced Production of Oleanolic Acid by the Elicitation in Oldenlandia diffusa Suspension Cell Cultures

Oldenlandia diffusa is a Chinese medicinal herb with antitumor activity capable of suppressing the growth of some cancer cell lines. Oleanolic acid and ursolic acid are triterpenoid compounds that exist in Oldenlandia diffusa. Recently, these have been noted for anti-inflammatory, anti-cancer, and hepato-protective effects. Application of both plant growth regulators, 2,4-D and kinetin, was found to be essential for the initiation of callus and suspension cells. Leaf blades of Oldenlandia diffusa was transformed into callus on Schenk and Hildebrandt medium supplemented with 0.5 mg/L 2,4-D and 0.1 mg/L kinetin, while optimum initiation condition for suspension cells of Oldenlandia diffusa was determined to be 0.75 mg/L 2,4-D and 0.1 mg/L kinetin. Chromatographic separation of oleanolic acid from its derivatives was achieved using Rexchrom S5-100-ODS column. Analytical conditions for oleanolic acid were determined as follows: flow rate at 1.0 mL/min, UV length at 200 nm and mobile phase of $80\%$ acetonitrile and $20\%$ water. Production of secondary metabolites was found to be increased by the treatment with elicitors or signal transducers. The maximum production of oleanolic acid was 99.6 mg/L in cultures with 0.5 mM salicylic acid. It is 1.74 times higher than that of control.

백화사설초의 현탁세포배양에서 Elicitation에 의한 Oleanolic acid 생산성 증대

중국의 약용 식물들은 중국에서 전통적으로 많은 질병을 예방하거나 치료하는데 쓰여 왔다. 백화사설초는 항암 활성을 지닌 중국의 약용 식물 중의 하나이다. Triterpenoid 화합물인 oleanolic acid와 ursolic acid는 이성질체이며 백화사설초에 포함되어있다 이들은 간 보호, 항염증, 항암, 항체형성 촉진 등의 효과가 알려져 있다. 유용물질을 생산할 목적으로 식물세포배양을 이용할 경우에는 배양조건을 제어함에 따라 유용물질을 포함한 세포를 효율적으로 얻을 수 있으며 수확도 쉽다. 따라서 백화사설초로부터 현탁세포를 유도하기 위해 기본적인 생장조절제인 2,4-D와 kinetin을 사용하였다. 무균 조건하에서 발아시킨 백화사설초의 잎을 사용하여 0.5 mg/L 2,4-D, 0.1 mg/L kinetin, 30 g/L sucrose가 첨가된 Schenk 및 Hildebrandt 배지에서 캘러스를 처음으로 유도하였다. 백화사설초의 현탁세포 유도와 oleanolic acid의 생산성을 위한 최적의 생장조절제 조건은 0.75 mg/L의 2,4-D와 0.1 mg/L의 kinetin이 첨가된 경우였다. Oleanolic acid가 소수성 물질이라는 것에 착안하여 역상 컬럼을 사용한 HPLC로 분석하였는데, Rexchrom S5-100-ODS column의 분리능이 가장 좋았다. Spectrophotometer와 photodiode array detector를 사용하여 oleanolic acid와 ursolic acid의 최적 UV 파장을 검색한 결과, 200 nm에서 최적의 UV 흡광도가 나타났다. 이동상은 acetonitrile과 water를 80 : 20으로, 유속은 1.0 mL/min로 결정하였다. Oleanolic acid의 생산을 증대시키기 위해 signal transducer와 abiotic elicitor를 배양 6일째 첨가하였고, 배양 10일째 수확하였다. 10 mM의 methyl jasmonate, 0.5 mM의 salicylic acid, 0.1 mM의 vanadyl sulfate를 처리했을 경우, 각각 63.6, 99.6, 67.0 mg/L의 oleanolic acid가 생산되었고, 이것은 control에서 생산된 양 (57.4 mg/L)보다 높았다. 특히, 0.5 mM의 salicylic acid를 처리한 경우는 control에 비해 1.74배로 증가하였다. Methyl jasmonate 100 mM을 배양 6일째 첨가했을 때의 세포생장 변화를 보면, 첨가 후 2일이 지나면서부터 세포의 양이 크게 감소하기 시작하여 첨가 4일 후부터는 변화가 없었다. 따라서 methyl jasmonate를 처리 후 4일이 지나면 세포가 모두 죽는다는 것을 알 수 있었다. Methyl jasmonate 100 mM을 첨가한 후 4일째에 수확한 세포로부터 나온 oleanolic acid의 앙은 5.3 mg/L로 매우 적었다. 반면에 첨가 후 2일째에 수확한 세포로부터 나온 양은 94.1 mg/L로 control (43.4 mg/L)에 비해 2.17배로 증가되었다.