천연물의약품은 식물, 동물, 미생물 및 이의 세포내용물과 광물 등 자연계에 존재하는 물질을 의약품으로 사용한 것으로 말하며, 이들 중 대부분은 식물 유래이다. 식물추출물은 다양한 성분들이 서로 상호작용하면서 혼합되어 있는 형태로 다양한 질환에 대한 조합치료 (combination therapy)에 이용될 수 있어, 생체내에서 다중 타겟에 영향을 미치므로 천연물의 조추출물 (crude extract) 또는 다양한 성분이 함유되어 있는 용매분획물의 형태를 의약품으로 개발하거나, 이로부터 분리된 단일 성분 화합물 및 이의 합성유도체에 대하여 새로운 의약품, 즉 신약을 개발하고자 하는 노력이 시도되고 있다. 2011년 현재 전체의약품 시장에서 천연물의약품 및 천연물유래 의약품이 약 60%이상을 차지하고 있다. 그러나, 국내 천연물의약품 즉, 천연물신약의 개발은 2010년 기준으로 식약청 임상허가 신청현황에서 70%가 관절염과 관련된 의약품일 정도로 고령화에 따른 건강기능식품의 개발방향과 일치되고 있는 경향을 나타내고 있어 다양한 질환을 타겟으로 한 의약품의 개발이 미흡것으로 나타나고 있다. 이러한 경향은 천연물신약개발에 대한 프로세스에 대한 이해의 부족으로 새로운 시도가 이루어지지 않고 있음을 시사하며, 따라서 천연물신약허가에 필요한 제출자료 및 각 자료생산을 위한 방법 등 천연물신약 개발 및 허가를 위한 프로세스에 대하여 설명하였다.
자원식물은 인간의 천연물에 대한 관심 고조와 미래 생물자원으로서의 경제적 가치가 재인식되어 미국을 비롯한 선진국은 오래전부터 유용한 식물자원 보존과 이를 이용한 산업화에 정부가 앞장서 추진하고 있다. 더욱이 우리나라는 국토면적에 비해 많은 식물종이 분포하고 뚜렷한 4계절과 다양한 토양특성으로 우수한 기능성식물자원이 많으며 이들 식물자원의 이용과 효능에 대한 풍부한 지식이 전통적으로 이어져 왔다. 그럼에도 불구하고 우수한 자원식물에 대한 보존과 이용이 과학화 체계화되지 못하여 세계적인 품종이나 제품개발은 미흡한 실정이다. 그동안 우리나라는 토종자원에 대한 관심과 꾸준한 연구개발로 농촌진흥청 보존 농업유전자원은 세계 6위 수준('10년말 291천점) 이며, 멀티기능 유용물질 함유 작물 개발 및 실용화 기술수준도 기술력 지수 세계7위로 높게 평가되고 있다. 그러나 이들 자원식물로부터 유용물질을 이용하여 세계시장을 선도하는 천연물신약, 건강기능성식품, 한방화장품, 천연 색소 및 향료 등의 제품개발은 미흡하여 앞으로 유망 자원식물을 이용한 체계적이고 과학적인 고부가 산업 육성을 위한 집중적인 투자가 필요한 시점이다. 자원식물을 이용한 천연물 신약개발은 고부가가치 제품과 산업재산권 확보가 가능하므로 수입 대체와 기술 및 제품수출이 충분히 이루어질 수 있다고 보여 현재 연구개발 중인 신약후보 도출 및 임상개발 과제의 수요를 반영한 후 단계별 대규모 신약개발 노력이 필요하다 하겠다. 건강기능 식품 개발은 고령사회 진입과 노령인구 증가로 노화억제 및 고령자 건강유지용 식품비중이 지속적으로 높아질 것으로 추정되어 약용식물을 소재로 개인 맞춤형 나노바이오 건강기능성 식품 개발을 통한 다양한 제품개발이 요구된다. 또한 우리나라 화장품분야의 전반적인 기술수준은 세계최고 기술의 62% 수준이나 화장품 소재의 자원식물 발굴과 나노기술 접목을 통한 효능의 극대화는 소비자의 웰빙 트랜드와 외국화장품과의 차별화 전략에 맞물려 국내 한방화장품의 세계화가 가능한 품목 중 하나이다. 식용 및 염색용 색소도 자원식물이 풍부하고 천연색소 시장이 크게 확장되고 있어 자원식물 중 경제성과 기술적 개발 가능성을 고려하여 단계적인 개발이 요구된다. 특히, 우리의 식물자원, 전통지식, 과학기술이 통합되어 효능을 현저하게 상승시키는 천연물신약, 건강보조식품, 화장품 등이 개발된다면 세계시장을 선도할 날도 멀지 않을 것으로 기대한다.
천연염색은 자연의 식물, 광물, 동물 등에서 염료를 추출하여 직물에 착색하는 것을 의미한다. 합성염료가 발명되기 이전까지 천연염료를 이용하여 의류 및 생활용품 등의 직물에 염색을 하고 인체에 장식을 하였다. 천연염색 중 대부분은 식물성 염료로서 식물의 껍질, 줄기, 열매, 뿌리 등으로부터 색소를 얻을 수 있다. 이러한 천연염색은 그 색상이 차분하고 은은하며, 생리적 측면에서 항균성, 소취성이 있으며, 염색공정이 환경친화적인 저공해 염색으로 알려져 있다. (중략)
식물성 천연 추출액을 첨가하여 60일간 숙성시킨 고추장과 일반 고추장의 유리 아미노산 분석 결과, cysteine, isoleucine, tyrosine, lysine을 제외한 나머지 유리 아미노산들의 함량이 일반 고추장에 비해 식물성 천연 추출액을 첨가한 고추장에서 높게 나타났고, 식물성 천연 추출액을 첨가한 고추장에서 감칠맛의 주요 성분인 gutamic acid 함량이 높게 증가함을 나타내었다. 한편 glutamic acid 외에도 aspartic acid, proline, valine, histidine등의 함량이 식물성 추출액을 첨가한 고추장에서 높았다. 식물성 천연 추출액을 첨가한 고추장의 관능적 특성에 미치는 색, 향, 구수한 맛, 매운맛, 단맛, 짠맛, 전체적인 기호도를 조사한 결과, 일반 고추장에 비해 향, 구수한 맛, 단맛에서 높은 값을 보였고, 색이나 매운 맛, 짠맛은 거의 비슷한 값을 나타내었다. 전체적인 기호도에서 일반 고추장에 비해 기호도가 높은 것을 볼 수 있었다. 따라서 고추장에 식물성 천연 추출액을 첨가하여 숙성시키는 것이 고추장의 구수한 맛, 향, 단맛을 향상시킬 뿐만 아니라 천연물의 한방적인 효능이 있을 것으로 생각된다.
식물성 원료인 콩, 쌀이나 밀기울의 풀, 송진 등과 알긴산이 포함되어 있는 해조류는 예로부터 접착제로 사용되어 왔으며, 최근 친환경 소재 개발의 영향으로 천연바인더에 대한 기술개발이 큰 관심이 되고있다. 국내에서는 재지분야에서 천연바인더 기술개발이 이루어진 바 있으며, 잉크 고착제로써 개발이 시도된 적이 있으나 천연 바인더가 섬유의 염색가공에서 사용된 예는 거의 찾아보기 어렵다. 최근, 염색공정 중 날염시 염료와 섬유를 고착시키기 위해 로진을 천연바인더로 사용된 예가 있으나, 원료 추출의 어려움과 날염 후 접착력 및 끈적임 등의 문제로 인해 상용화에 필요한 기술개발이 문제로 남아 있다. 독일의 한 연구에 의하면 천연바인더로 녹말, 설탕, 셀룰루오스, 식물성 기름, 식물성 단백질 등이 합성 바인더와 비교 실험된 예가 있으며, 이런 천연바인더가 파이버보드(섬유판)에 사용되기도 하였다. 또한 미국의 바이오물질, 바이오시스템 공학과에서 옥수수대와 switchgrass를 이용하여 천연바인더를 개발하였으며, bridge 타입의 메카니즘을 연구한 바 있다. 천연바인더는 여전히 값비싸고, 바인더로서 섬유에 적용하기에는 딱딱한 단점이 있으며, 수분에 대한 저항력이 떨어져 추출에서부터 적용까지 전반에 걸쳐 기술개발이 필요한 분야이다. 본 연구에서는 셀룰로오스 섬유의 염색가공 공정에서 기능성 마이크로 캡슐을 부착할 수 있는 천연바인더를 개발하기 위하여 갈조류에서 알긴산을 추출하였으며, 알긴산이 셀룰로오스 섬유에 바인더로서 어떤 특징을 나타내는지에 대하여 연구하였다.
천연화합물과 합성화합물은 모두 합쳐서 식물생장조절제라 부르고 이들 화합물은 경우에 따라 식물의 기간들의 생장율을 촉진하거나 억제한다. 호르몬이란 용어는 천연적으로 발생하는 색물생장 조절제에 국한되는 것이다. 실제의 응용에 있어서 합성된 생장조절제가 사용되는 것은 이 물질이 생체내에서 안정도가 더 크기 때문이다. 따라서, 합성물질은 식물 호르몬의 구조적인 유사성으로 흉내를 내거나 내생 호르몬들의 생합성, 전류, 및 대사를 조정해서 그 수준을 조절하게 된다. 그래서, 식물생장 조절물질들의 기능과 가능력을 이해하기 위해서 분자수준에서 식물호르몬들의 작용의 양상을 고찰한다.
천연 식물류 추출물을 첨가하여 제조한 약주의 영양성분과 항산화 활성을 비교 분석한 결과 수용성 페놀화합물은 천연식물 첨가 약주에서 대조군(5.5 mg/kg)에 비하여 약 1.7배 더 높게 정량 되었으며, 잔존율도 47.4%로 더 높았다. 유리당은 대조군에서는 arabinose와 maltose가 각각 16.2, 15.6 mg/100 g 검출된 반면, 천연식물을 첨가한 약주에서는 lactose가 6.9 mg/100 g으로 가장 높은 함량이었고 maltose는 검출되지 않았다. 무기물의 함량은 인> 칼륨 > 마그네슘 >칼슘 >철분의 순으로 높게 검출되었고, 철분과 나트륨은 숙성 기간의 경과에 따른 함량 차이가 거의 없었다. 아미노산 함량은 숙성 기간의 경과와 더불어 감소하였는데 대조군의 경우 숙성 30일에 총 아미노산 함량이 약 72% 감소한 반면 천연식물을 첨가한 약주의 경우 약 6.8%로 감소 비율이 훨씬 낮았다. 약주를 각기 다른 농도로 희석하여 전자공여능을 측정한 결과 대조군의 경우 희석배수가 증가할수록, 숙성기간이 경과할수록 전자공여능이 저하되는 경향을 나타내었다. 반면 천연식물류를 첨가한 약주는 숙성 30일까지 희석 배수에 관계없이 95.7∼96.7%의 높은 전자공여능을 나타내었다. SOD 유사활성은 희석배수 및 숙성기간의 경과와 서로 반비례하는 경향을 나타내었다. 가장 높은 SOB 유사활성을 나타낸 숙성 3일째의 천연식물류 첨가 약주의 경우 원액과 2배 희석한 시료에서 각각 51.5, 53.9%의 SOD 유사활성을 나타내었다.
식물 내에는 배당체 형태의 생리활성 물질들이 다량 존재하고 있으며, 비배당체로 전환하였을 경우 생리활성이나 투과성이 증대된다는 연구들이 보고되어 있다. 따라서 본 연구에서는 고활성 β-glucosidase 활성을 갖는 균주를 선별함으로써 식물 내의 비배당체 활성 성분을 증대시키는 데 활용하고자 한다. 균주는 전남지역 제조된 막걸리부터 분리하였다. 분리된 균주는 성장 속도 등 산업적으로 활용될 수 있는 가치를 평가하여 11종 22점의 균주를 분리하고, 16S rRNA분석을 통해 균주를 동정하였다. 동정된 균주를 이용하여 β-glucosidase의 활성을 평가하여 고활성 균주를 1종을 선별하였다. 선별된 균주는 다른 균주에 비하여 상대적 활성이 57% ~ 99%정도 활성이 높았으며, 공시 균주와 비교하였을 때도 상대 활성이 높은 았다. 선별된 균주의 특성을 규명하기 위하여 glycerol, L-arbinose를 비롯한 49가지의 탄수화물의 대사 활성을 확인해본 결과 25가지의 탄수화물 대사 활성을 가지고 있는 것을 알수 있었다. 또한 Lipase, β-glucosidase 19가지의 다양한 효소활성을 확인해본 결과 8종의 효소활성이 있음을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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