• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제10권3호
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• pp.64-72
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• 2023

𝛽-glucan은 바이오폴리머 (biopolymer)의 한 종류로 식품 및 의약품 산업에 이용되고 있으며, 최근 친환경신소재로서 제방강화에 이용되거나 토양에 배합하여 식생을 보호하는 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 바이오폴리머 중 𝛽-glucan의 토양혼합 유무와 가뭄처리에 따른 괴근작물 고구마 (Ipomoea batatas L., 품종명 소담미)의 표현형, 생장, 그리고 주요 단백질의 발현 및 활성 변화를 분석하였다. 가뭄 스트레스 하에서 𝛽-glucan 토양혼합에 따른 고구마의 엽장 및 엽폭의 생장, 그리고 전해질유출도에서 큰 차이가 나타나지 않았으나. 상대수분함량은 통계적으로 유의성을 보여주었다. 가뭄스트레스 내성에 관여된 주요 원형질막 (plasma membrane, PM) 단백질의 발현과 활성을 분석하였을 때, 1차 능동수송체 PM H⁺-ATPase은 𝛽-glucan 토양혼합 조건과 가뭄스트레스에 하에서 상대적으로 높은 발현과 활성을 유지하였으나, 수분수송단백질 아쿠아포린 plasma membrane intrinsic protein 2 (PIP2)은 𝛽-glucan 토양혼합 조건과 가뭄스트레스에 의해 원형질막에서의 분포가 감소하였다. 이 결과는 𝛽-glucan의 토양혼합이 가뭄스트레스 하에서 토양수분 보유력을 향상시켜 고구마의 가뭄 스트레스와 관련된 원형질막 단백질들이 내성에 유리하게 발현됨을 보여준다. 결론적으로 이 연구는 바이오폴리머를 활용한 토양생태를 조절하는 기술로써 가뭄에 따른 식생의 생장 및 피해를 판단하는데 유효할 것이라 판단된다.

• 생명과학회지
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• 제34권3호
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• pp.179-190
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• 2024

Canabas sativa L. (marijuana and hemp)는 전 세계적으로 널리 재배되는 식물로 식품, 의약품 등의 재료로 사용되었다. 본 연구는 네트워크 약리학을 이용하여 대마 줄기 및 뿌리 추출물의 기능적 효과를 예측하고 이들의 새로운 기능을 알아보고자 하였다. 줄기 및 뿌리 에탄올 추출물의 성분은 GC/MS로 확인하였고, 성분과 단백질 간의 네트워크는 STIHICI 데이터베이스를 이용하여 알아보았다. 성분과 연결된 단백질의 작용기전은 KEGG pathway 분석을 수행하였다. 추출물의 효과는 실시간 PCR을 이용하여 lysophosphatylcholine 유도 THP-1 세포에서 확인하였다. 줄기 및 뿌리 추출물에서 각각 21개 및 32개의 성분이 확인되었다. 줄기 및 뿌리의 성분과 연결된 단백질은 각각 147개, 184개의 단백질이었다. KEGG pathway 분석결과 MAPK signaling pathway를 포함한 69개의 경로가 추출물에 의해 공통적으로 영향을 받는 것으로 나타났다. 경로 네크워크를 이용한 추가 조사 결과, Terpenoid backbone biosynthesis 추출물 및 MVK와 MVD 의해 영향을 받을 가능성이 높으며, 유전자 발현은 추출물에 의해 LPC 유도 THP-1 세포에서 감소하였다. 따라서 본 연구에서는 대마 줄기 및 뿌리 에탄올 추출물이 다양한 경로로 영향을 미칠 수 있음을 보여주었고, 이러한 결과는 대마의 효과를 예측하고 연구하기 위한 기초 정보를 제공할 것으로 사료된다.

• 한국식품저장유통학회:학술대회논문집
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• 한국식품저장유통학회 1993년도 정기총회 및 제3차 학술발표회
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• pp.19-20
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• 1993

농산물의 수확 후 취급이나 가공중에 일어나는 효소적갈변 현상은 외관의 변색에 의한 소비자의 기호성을 저하시킬 뿐만 아니라 상품의 가치를 하락시키며, 경제적인 손실을 초래함으로서 현재 식품에 종사하는 기술자나 가공업자에게 가장 관심이 있는 분야이다. 효소적갈변의 주역을 담당하고 있는 polyphenol oxidase(PPO)(EC1.14, 18.1)은 대부분의 식품에 존재하고 있으며 monophenol의 hydroxylation에 의한 o-diphenol화합물의 형성반응(cresolase)과 o-diphenol화합물의 o-quinone으로의 산화반응(catecholase)을 촉배한다. 그리고 여기서 일단 생성된 o-quinone은 다시 다른 o-quinone이나 그밖의 단백질, 아미노산, 환원당 등의 여러 성분들과 상호 반응하여 갈변식품의 특유의 색소인 melanine을 형성한다. 효소적갈변에 의한 품질의 저하는 식품가공산업에서 해결되어야 할 하나의 큰 과제이다. 현재까지 식품산업에서 가장 널리 쓰이고 있는 효소적갈변 저해제는 sylfite류 이다. 그들은 새우의melanosis(blackspot)를 억제하며, 감자, 버섯, 사과와 다른 과채류의 갈변을 방지할 뿐 아니라 쥬우스와 포도주의 off flavors를 일으키는 폴리페놀 플리머의 형성을 감소 시킨다. 그러나 최근 sulfite가 사람의 건강에 좋지않는 부작용을 일으키며, 특히 천식을(asthma)을 지니고 있는 사람이 sulfite가 함유된 식품을 먹었을 경우 사망을 초래할 수 있어 식품첨가물로서 그들의 사용이 미국 FDA에 의해 재평가되고 있다. 최근에 FDA는 셀러드바에서의 sulfite사용을 금지 시켰으며 점차 감자가공품에의 사용을 금지하는 방향으로 나아가고 있다. 따라서 현재 실질적이고 기능적인 sulfite의 대체 화합물의 개발이 절실히 필요한 실정이다. 이러한 배경으로 본 강연에서는 효소적갈변 저해제의 개발과 그들의 식품가공에의 적용 현환 및 화장품, 의약품으로의 응용에 대해 설명하고자 한다.

• 생명과학회지
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• 제26권3호
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• pp.275-281
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• 2016

인체치료용 당단백질은 바이오의약품에 있어서 중요한 요소이며 특히, 단백질 말단에 결합되어있는 시알산은 의약품의 체내 활성이나 안정성에 큰 영향을 미친다. 최근 돼지유즙은 바이오의약품을 생산하기 위한 생체반응기로써 주목받고 있다. β-1,4-N-acetylglucosaminyltransferase A (MGAT4A)는 재조합단백질이 가지는 시알산 함량을 늘리기 위한 필수 효소 중 하나이다. 그러나 돼지 MGAT4A는 아직도 그 서열이나 기능이 불분명하다. 따라서 이번 연구에서는 돼지 MGAT4A의 서열 동정 및 기능분석을 하였다. 돼지 MGAT4A는 535개의 아미노산을 코딩하는 1,638개의 염기서열로 이루어져 있으며, 일반적인 당전이효소들의 특징인 type II membrane topology의 특성을 가지고 있다. Real-time PCR분석법을 통하여, 지금까지 알려진 것과는 조금 다르게 MGAT4A 유전자가 간이나 유선에서 많은 발현을 보였으나 소장이나 위, 방광에서는 그 발현량이 적다는 것도 확인하였다. 또한, 효소의 기능 분석을 위하여 PK-15 세포주에서 MGAT4A효소의 과발현을 유도하였다. 과발현이 확인된 세포주로 렉틴을 이용한 면역형광염색법과 ELISA방법으로 MGAT4A효소의 과발현이 β-1,4-N-acetylglucosamine의 함량을 증가시켰음을 확인하였다. 또한 기질반응을 통해 bi-antennary structure에 대한 반응성도 확인하였으며, MGAT4A의 과발현이 유도된 세포에서 약 3배 이상의 높은 기질 반응성을 보였다. 이러한 연구는 생체반응기로써 돼지를 이용하는데 있어서 중요한 기반이 될 것이라고 생각한다.

• 생명과학회지
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• 제28권3호
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• pp.307-313
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• 2018

탈모증상은 겉으로 보이는 모습으로 인해 정신적인 스트레스로 작용한다. 그래서 탈모 방지관련 제품의 글로벌 시장 규모는 지속적으로 성장하고 있다. Timosaponin A III는 지모 추출물에서 발견되는 대표적인 saponin 계열의 생리 활성 효능 성분이다. 본 연구에서는 5-beta reductase 단백질 길항제(antagonist) finasteride, androgen receptor 단백질 길항제 minoxidil, 그리고 지모 추출물의 효능 성분 timosaponin A III의 각각의 타깃 단백질 활성 부위에 대한 친화도 분석 실험을 in silico 컴퓨터 분자결합 분석 방법을 통해 비교하였다. 5-beta reductase 및 androgen receptor 의 3차원 구조 정보는 PDB database (5-beta reductase PDB ID: 3G1R / androgen receptor PDB ID:4K7A)를 활용하였다. In silico 결합 분석을 수행하기 위해 PyRx, Autodock Vina, Discovery Studio Version 4.5, and NX-QuickPharm 프로그램을 각 분석 조건에 따라 활용하였다. 5-beta reductase 활성 부위에 대한 timosaponin A III의 최대 결합친화도는 -12.20 kcal/mol으로 나왔으며 이는 -11.70 kcal/mol으로 분석된 finasteride의 5-beta reductase 활성부위에 대한 결합 친화도 보다 훨씬 더 높고 효율적인 것으로 분석되었다. Androgen receptor 활성 부위에 대한 timosaponin A III의 최대결합친화도 또한 -9.00 kcal/mol으로 -7.40 kcal/mol의 minoxidil에 비하여 훨씬 우수한 결합친화도 값을 나타내었다. Finasteride와 timosaponin A III의 5-beta reductase 단백질 활성 부위에 대한 X,Y,Z Grid 값은 유사한 좌표로 분석되었으나 minoxidil과 timosaponin A III의 androgen receptor 활성 부위에 대한 X,Y,Z centroid grid 좌표는 상당한 거리를 두고 떨어져 있음이 확인 되었다. 즉, timosaponin A III는 minoxidil이 androgen receptor에 결합하는 부위와는 다른 부위에 결합하여 단백질 활성에 영향을 주는 것으로 사료되었다. 이상의 연구 결과들을 바탕으로 분석해 볼 때, 5-beta reductase 길항제 finasteride와 androgen receptor 길항제 minoxidil보다 지모 추출물 생리 활성 물질인 timosaponin A III가 보다 더 효율적인 길항제로 작용할 수 있음을 확인하였다. 결론적으로 지모 추출물 또는 timosaponin 계열이 함유된 효능 성분은 탈모 방지 효능 및 모발 건강 개선을 위한 의약품, 의약외품 및 신물질 연구 개발 분야에 효율적으로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국균학회지
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• 제27권6호
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• pp.424-429
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• 1999

목질진흙(상황)버섯 자실체와 균사체 배양물의 열수추출에 의한 다당류의 수율은 자실체분획이 높게 나타났다. 총 당은 균사체 분획이 높고, 단백질과 hexosamine은 자실체 분획이 균사체보다 높게 나타났다. 구성 당은 대부분 분획에서 glucose가 주를 이루면서 여러 가지 단당으로 구성되어 있고, 또한 아미노산의 경우 대부분 분획은 Asp, Gly, Glu를 다량 함유하고 있었으며, 당과 단백질의 결합력에 관여하고 있는 Ser과 Thr를 다량 함유하고 있는 것으로 조사되었다. 다당류의 분자량은 12 kD 부근에서 주를 이루고 있었으며, IR spectrum pattern은 다당류의 전형적인 peak 흡수대를 나타냈으며, ${\beta}-glucan$과 ${\alpha}-glucan$이 혼재된 다당류인 것으로 추정되나 $890\;cm^{-1}$ 부근에서 흡수대가 나타나므로 ${\beta}-glucosidic$ 결합이 상대적으로 다량 함유된 ${\beta}-glucan$성 다당류인 것으로 조사되었다. 위의 결과들로부터 목질진흙(상황) 버섯 자실체와 균사체 배양물의 열수추출 및 열수 추출물의 에탄올, UF처리 분획들은 단백질을 함유하고 있는 다당류로 확인되었고, 자실체와 균사체의 성분은 서로 유사한 것으로 조사되었다. 물리화학적 특성과 관련한 항종양 및 면역활성 등의 약리 활성 본태는 이들 다당류에 의해 일어나고 있는 것으로 추정되며, 이들의 약리효과는 그들의 구조적 특징에 의해 결정되는 것으로 추정된다. 따라서 목질진흙(상황)버섯에 대한 일반적인 인지도가 높음을 고려할 때 매우 가격이 높은 자실체보다는 대량생산이 가능하고 균일한 약리활성을 갖는 균사체 배양물의 UF처리 다당류를 이용하여 기능성 식품 및 의약품으로의 개발이 요망된다고 할 수 있을 것이다.

• 생명과학회지
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• 제27권6호
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• pp.694-701
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• 2017

알려진 단독배양이 가능한 원핵생물 중 최소게놈을 가지고 있는 Mycoplasma genitalium보다 보존적 유전자 수가 적은 14개 원핵생물의 유전자를 보존적 유전자 관점의 COG (Clusters of Orthologous Group of proteins)로 검토하였다. 분석대상은 M. genitalium, 초고온성 고세균으로 세포외공생을 하는 Nanoarchaeum equitans, 진정세균으로 식물의 세포내에 기생하는 병원균인 Candidatus Phytoplasma 속 4개와 식물의 수액을 섭취하는 곤충의 세포내에 공생하는 9종이었다. M. genitalium이 가진 367개의 보존적 유전자 중에서, 284개가 비교대상 다른 원핵생물과 공통이었다. M. genitalium 등 분석대상 원핵생물 모두에 보존적 유전자는 29개로, 이들은 리보솜 구성단백질 22개 등 번역관련 25개, RNA 중합효소의 소단위체 3개, 단백질 접힘관련 1개 등으로 단백질의 중요성을 알 수 있었다. 분석대상 15개 원핵생물 중 Candidatus Phytoplasma속 4개 균주 모두에만 존재하는 COG는 40개 였다. 속(genus)이 서로 다른 나머지 9개의 Candidatus는 곤충에 공생한다는 공통점이 있지만 COG0539 (Ribosomal protein S1) 하나만 공통적이었고, 이는 곤충 세포내 공생체들 사이에 보존적 유전자가 다양함을 나타내는 것으로 판단되었다. 본 연구의 결과는 배양이 불가능한 세균의 보존적 유전자 이해에 대한 단서와 함께 아미노산, 항생제, 의약품, 유기합성 전구체 등을 효율적으로 합성하는 원핵생물의 조작에 필요한 기초자료로 활용이 가능할 것이다.

• 생명과학회지
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• 제29권12호
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• pp.1408-1414
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• 2019

효소는 세제, 식품, 사료, 의약품 및 의료용 분야 등 산업 전반적인 응용 분야에서 널리 사용되고 있으며, 산업 제품 및 공정에서 주요 요인이다. 효소를 선별, 확인, 및 특성 분석을 위해 zymography 기술이 일상적으로 사용됩니다. Zymography 기술은 SDS-전기영동을 통해 단백질을 분리한 후 포함된 기질을 겔 상에서 분해하는 기능성 효소를 검출하는 데 널리 사용되는 단순하고 민감하며 정량화가 가능한 기술이다. 이 방법은 비 환원 조건하에서 SDS-전기영동 겔에서 전기영동에 의한 단백질의 분리와 겔 상에서 효소 활성을 검출하는 다목적 2 단계의 기술이다. 이는 SDS-전기영동 겔에 기질을 중합시키고 전기영동 분리 후 효소 반응 완충용액에서 복원된 가수분해 효소에 의해 분해되는 것을 기반으로 하는 기술이다. 미생물 배양액, 식물 추출물, 혈액, 조직 배양액, 식품 속 효소 및 메타 프로테옴을 포함한 어떤 종류의 생물학적 시료들을 zymography에 적용하고 분석이 가능하다. Zymography의 장점은 전처리 없이 혼합된 시료를 적용하여 SDS-전기영동 겔 상에서 활성을 지닌 단백질을 직접 육안으로 검출이 가능할 뿐만 아니라 나노그람(nanogram) 수준에서 활성을 확인이 가능하다. 그래서 이 zymography 기술은 다양한 분야에 응용이 가능하다. 하지만, 이러한 장점이 오히려 단점으로 작용하여 실험적 오류를 범할 수 있는 경우가 많다. 본 총설에서 zymography 기술의 장점, 단점, 및 문제점 해결에 관해서 서술하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권6호
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• pp.840-845
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• 2011

아가로오스 분해산물은 생리활성이 우수하여 의약품 및 기능성 화장품 원료로 사용될 뿐만 아니라 바이오에탄올 생산을 위한 효모 발효용 기질로 검토되고 있어 상당한 주목을 받고 있다. 이에 따라 고성능 아가레이즈 탐색에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 최근 본 연구팀에서는 남해안에서 신규 아가레이즈를 생산하는 미생물인 Pseudoalteromonas sp.를 분리하였다. 본 연구에서는 음이온교환수지를 이용하여 미생물 배양액으로부터 아가레이즈를 분리 정제하기 위한 크로마토그래피 조건을 최적화 하였다. 황산암모늄을 첨가하여 배양 상등액으로부터 침전된 단백질을 회수하고 이를 투석하여 조효소액을 얻었다. 음이온 교환수지인 DEAE-Sepharose 레진이 충진된 칼럼에 조효소액을 로딩하여 아가레이즈를 분리하였다. 410 ${\mu}g$의 단백질 로딩 시 흡착에 적합한 평형 pH는 7.5~8.0 이었고, 적정한 resin의 부피는 3 mL였다. 등용매 용출에서 용출액 중의 NaCl 농도가 증가함에 따라 용출되는 단백질 양이 증가하여 400 mM의 NaCl에서 최대에 달하였다. 최종적으로, NaCl 농도를 1,000 mM까지 선형적으로 증가시키며 아가레이즈를 분리하였다. Lugol 용액을 이용한 염색법으로 용리액 중의 아가레이즈의 존재를 확인하였다.

• 한국식품영양과학회지
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• 제43권2호
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• pp.224-230
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• 2014

항암, 항염증 및 비만억제 등의 생리활성을 지닌 해조류는 최근 건강기능 식품, 기능성 화장품 그리고 의약품 산업 분야에서 미용과 건강식품 소재로 각광받고 있다. 본 연구에서는 10종의 갈조류 메탄올 추출물을 이용하여 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH) 라디칼 소거능과 아밀로이드 베타 단백질($A{\beta}$)의 신경독성에 대한 HT-22 신경세포 보호효과를 조사함으로써 천연물로부터 안전하고 새로운 신경세포 보호소재를 개발해내고자 한다. DPPH 라디칼 소거능의 경우 미역쇠를 포함한 8종의 갈조류에서는 비교적 낮은 활성산소 소거능을 보인 반면, 감태와 패에서 강력한 활성산소 소거능이 나왔다. $A{\beta}$의 신경독성에 대해 10종의 갈조류 추출물이 갖는 HT-22 신경세포 보호효과를 검증하기 위해 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide(MTT) 분석과 APP, BACE1, iNOS 단백질의 발현양상 및 ERK1/2, p38, JNK1/2 단백질의 활성화 양상을 분석했다. MTT 분석 결과, $A{\beta}$의 신경독성으로부터 미역쇠가 $25{\mu}g/mL$의 농도에서 가장 효과적으로 세포를 보호하고 있는 것으로 나타났고, 알쏭이모자반, 불레기말, 바위수염, 짝잎모자반도 세포 보호효과가 있는 것으로 나타났다. 세포 보호효과가 있는 것으로 밝혀진 5종의 갈조류를 가지고 수행한 단백질 발현분석 결과, 미역쇠는 $A{\beta}$의 신경독성에 의해 HT-22 신경세포에서 발현되는 단백질인 BACE1과 iNOS의 발현을 저해하였다. 이는 미역쇠의 세포보호효과가 $A{\beta}$의 신경독성으로부터 일어난 ERK와 p38의 활성화에 연관된 세포신호전달 경로를 억제하는 것으로 보인다. 그러므로 특히 식용 갈조류인 미역쇠는 $A{\beta}$에 의해 유도된 신경독성에 대해서 신경세포 보호효과를 갖는 건강기능 식품 소재로서의 가치가 충분한 것으로 사료된다.