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Sesquiterpenoids Bioconversion Analysis by Wood Rot Fungi

  • Lee, Su-Yeon;Ryu, Sun-Hwa;Choi, In-Gyu;Kim, Myungkil
    • 한국균학회소식:학술대회논문집
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    • 한국균학회 2016년도 춘계학술대회 및 임시총회
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    • pp.19-20
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    • 2016
  • Sesquiterpenoids are defined as $C_{15}$ compounds derived from farnesyl pyrophosphate (FPP), and their complex structures are found in the tissue of many diverse plants (Degenhardt et al. 2009). FPP's long chain length and additional double bond enables its conversion to a huge range of mono-, di-, and tri-cyclic structures. A number of cyclic sesquiterpenes with alcohol, aldehyde, and ketone derivatives have key biological and medicinal properties (Fraga 1999). Fungi, such as the wood-rotting Polyporus brumalis, are excellent sources of pharmaceutically interesting natural products such as sesquiterpenoids. In this study, we investigated the biosynthesis of P. brumalis sesquiterpenoids on modified medium. Fungal suspensions of 11 white rot species were inoculated in modified medium containing $C_6H_{12}O_6$, $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ for 20 days. Cultivation was stopped by solvent extraction via separation of the mycelium. The metabolites were identified as follows: propionic acid (1), mevalonic acid lactone (2), ${\beta}$-eudesmane (3), and ${\beta}$-eudesmol (4), respectively (Figure 1). The main peaks of ${\beta}$-eudesmane and ${\beta}$-eudesmol, which were indicative of sesquiterpene structures, were consistently detected for 5, 7, 12, and 15 days These results demonstrated the existence of terpene metabolism in the mycelium of P. brumalis. Polyporus spp. are known to generate flavor components such as methyl 2,4-dihydroxy-3,6-dimethyl benzoate; 2-hydroxy-4-methoxy-6-methyl benzoic acid; 3-hydroxy-5-methyl phenol; and 3-methoxy-2,5-dimethyl phenol in submerged cultures (Hoffmann and Esser 1978). Drimanes of sesquiterpenes were reported as metabolites from P. arcularius and shown to exhibit antimicrobial activity against Gram-positive bacteria such as Staphylococcus aureus (Fleck et al. 1996). The main metabolites of P. brumalis, ${\beta}$-Eudesmol and ${\beta}$-eudesmane, were categorized as eudesmane-type sesquiterpene structures. The eudesmane skeleton could be biosynthesized from FPP-derived IPP, and approximately 1,000 structures have been identified in plants as essential oils. The biosynthesis of eudesmol from P. brumalis may thus be an important tool for the production of useful natural compounds as presumed from its identified potent bioactivity in plants. Essential oils comprising eudesmane-type sesquiterpenoids have been previously and extensively researched (Wu et al. 2006). ${\beta}$-Eudesmol is a well-known and important eudesmane alcohol with an anticholinergic effect in the vascular endothelium (Tsuneki et al. 2005). Additionally, recent studies demonstrated that ${\beta}$-eudesmol acts as a channel blocker for nicotinic acetylcholine receptors at the neuromuscular junction, and it can inhibit angiogenesis in vitro and in vivo by blocking the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway (Seo et al. 2011). Variation of nutrients was conducted to determine an optimum condition for the biosynthesis of sesquiterpenes by P. brumalis. Genes encoding terpene synthases, which are crucial to the terpene synthesis pathway, generally respond to environmental factors such as pH, temperature, and available nutrients (Hoffmeister and Keller 2007, Yu and Keller 2005). Calvo et al. described the effect of major nutrients, carbon and nitrogen, on the synthesis of secondary metabolites (Calvo et al. 2002). P. brumalis did not prefer to synthesize sesquiterpenes under all growth conditions. Results of differences in metabolites observed in P. brumalis grown in PDB and modified medium highlighted the potential effect inorganic sources such as $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ on sesquiterpene synthesis. ${\beta}$-eudesmol was apparent during cultivation except for when P. brumalis was grown on $MgSO_4$-free medium. These results demonstrated that $MgSO_4$ can specifically control the biosynthesis of ${\beta}$-eudesmol. Magnesium has been reported as a cofactor that binds to sesquiterpene synthase (Agger et al. 2008). Specifically, the $Mg^{2+}$ ions bind to two conserved metal-binding motifs. These metal ions complex to the substrate pyrophosphate, thereby promoting the ionization of the leaving groups of FPP and resulting in the generation of a highly reactive allylic cation. Effect of magnesium source on the sesquiterpene biosynthesis was also identified via analysis of the concentration of total carbohydrates. Our current study offered further insight that fungal sesquiterpene biosynthesis can be controlled by nutrients. To profile the metabolites of P. brumalis, the cultures were extracted based on the growth curve. Despite metabolites produced during mycelia growth, there was difficulty in detecting significant changes in metabolite production, especially those at low concentrations. These compounds may be of interest in understanding their synthetic mechanisms in P. brumalis. The synthesis of terpene compounds began during the growth phase at day 9. Sesquiterpene synthesis occurred after growth was complete. At day 9, drimenol, farnesol, and mevalonic lactone (or mevalonic acid lactone) were identified. Mevalonic acid lactone is the precursor of the mevalonic pathway, and particularly, it is a precursor for a number of biologically important lipids, including cholesterol hormones (Buckley et al. 2002). Farnesol is the precursor of sesquiterpenoids. Drimenol compounds, bi-cyclic-sesquiterpene alcohols, can be synthesized from trans-trans farnesol via cyclization and rearrangement (Polovinka et al. 1994). They have also been identified in the basidiomycota Lentinus lepideus as secondary metabolites. After 12 days in the growth phase, ${\beta}$-elemene caryophyllene, ${\delta}$-cadiene, and eudesmane were detected with ${\beta}$-eudesmol. The data showed the synthesis of sesquiterpene hydrocarbons with bi-cyclic structures. These compounds can be synthesized from FPP by cyclization. Cyclic terpenoids are synthesized through the formation of a carbon skeleton from linear precursors by terpene cyclase, which is followed by chemical modification by oxidation, reduction, methylation, etc. Sesquiterpene cyclase is a key branch-point enzyme that catalyzes the complex intermolecular cyclization of the linear prenyl diphosphate into cyclic hydrocarbons (Toyomasu et al. 2007). After 20 days in stationary phase, the oxygenated structures eudesmol, elemol, and caryophyllene oxide were detected. Thus, after growth, sesquiterpenes were identified. Per these results, we showed that terpene metabolism in wood-rotting fungi occurs in the stationary phase. We also showed that such metabolism can be controlled by magnesium supplementation in the growth medium. In conclusion, we identified P. brumalis as a wood-rotting fungus that can produce sesquiterpenes. To mechanistically understand eudesmane-type sesquiterpene biosynthesis in P. brumalis, further research into the genes regulating the dynamics of such biosynthesis is warranted.

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Thyroglobulin 검사의 반응조건에 따른 결과 비교 분석 (Comparison of Results According to Reaction Conditions of Thyroglobulin Test)

  • 정승희;이영지;문형호;유소연;김년옥
    • 핵의학기술
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    • 제21권1호
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    • pp.39-43
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    • 2017
  • Thyroglobulin (Tg)은 갑상선에서 특이적으로 생성되는 요오드단백질로써 분화갑상선 암(Differentiate Thyroid Carcinoma, DTC) 의 생물학적 표지자이다. 본 검사실의 Tg 검사법은 반응시간이 길어 진료과와 환자들의 결과보고 요청사항을 만족시키지 못하고 있는 상황이다. 이를 만족시키기 위해 Tg 검사의 반응시간을 단축하고자 현재 사용중인 B사 Kit와 타 병원에서 사용중인 C사 Kit의 반응시간을 단축시켜 실험을 진행하였다. 본원에 의뢰된 Tg 약 65명의 환자 검체를 대상으로 B사 Kit의 반응시간을 $37^{\circ}C$ shaking 2hr/2hr, 실온 shaking 3hr/2hr, $37^{\circ}C$ shaking 1hr/1hr으로, C사 Kit의 원법인 실온 shaking 3hr법과 반응시간을 단축한 실온 shaking 2hr, $37^{\circ}C$ shaking 2hr 방법으로 단축하여 기존에 시행하던 overnight법과 상관성검사를 실시하여 비교하였다. 그 결과 여섯가지 방법 모두 1.0 ng/mL 이상의 값에서는 높은 상관관계를 보였으나 1.0 ng/mL 이하의 값에서는 다소 흔들리는 경향이 있었다. 하지만 그 중 상대적으로 안정적이었던 B사 Kit $37^{\circ}C$ shaking 1hr/1hr 법과 C사 Kit 실온 shaking 2hr 법에 대해 다른 조건들을 재설정하여 적합한 방법을 찾는다면 진료과와 환자들의 요구 사항 충족은 물론, EIA법과의 경쟁력 면에서도 유용할 것이다.

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농가부업(農家副業)의 소득향상(所得向上)을 위한 양육생산(羊肉生産) 및 모피가공(毛皮加工)에 관(關)한 연구(硏究) (Studies on the Meat Production and Woolskin Processing of Sheep and Korean Native Goats for Increasing Farm Income as a Family Subsidiary Work)

  • 권순기;김종우;한성욱;이규승
    • 농업과학연구
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    • 제5권2호
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    • pp.93-114
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    • 1978
  • 본(本) 시험(試驗)은 농가(農家)에서 부업(副業)으로 면양(緬羊)과 산양(山羊)을 사육(飼育)하여 농가수입(農家收入)을 향상(向上)시킬 수 있는 방안(方案)으로 모색(摸索)하고 아울러 면(緬) 산양(山羊)의 산육성(産育性), 산모성(産毛性), 모피이용성(毛皮利用性), 생리적(生理的) 특성(特性) 및 각(各) 경제형질간(經濟形質間)의 상호관계(相互關係)를 구명(究明)하기 위하여 1977년(年) 5월(月) 5일(日)부터 1977년(年) 11월(月) 26일(日)까지 충남대학교(忠南大學校) 농과대학(農科大學) 부속동물사육장(附屬動物飼育場)과 대전근교(大田近郊)의 농가(農家)를 선정(選定)하여 양(羊)의 발육성적(發育成績), 도체성적(屠體成績), 내장중량(內臟重量), 혈액(血液) 및 혈장성분(血漿成分), 채식성(採食性), 경제성(經濟性)을 분석(分析)하고 아울러 각(各) 경제형질간(經濟形質間)의 상관(相關)을 산출(算出)하여 비교검토(比較檢討)하였다. 본(本) 시험(試驗)에서 얻어진 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 산육성(産肉性) 및 육질(肉質) 1) 면양(緬羊)고 산양(山羊)의 발육성적(發育成績)은 196일간(日間)을 사육(飼育)한 결과(結果), 시험개시시(試驗開始時) 평균(平均) 체중(體重) 20kg와 8kg의 2배(倍)로 각각(各各) 증가(增加)되었다. 2) 면양(緬羊)은 사사구(舍飼區)와 방목구간(放牧區間)의 증체량(增體量)에 유의적(有意的) 차이(差異)가 없었다. 3) 산양(山羊)의 사육(飼育)은 전염성(傳染性) 질병(疾病)의 오염(汚染)이 없는 공주군(公州郡) 야산지대(野山地帶)에서 발육성적(發育成績)이 양호(良好)하였다. 4) 면양(緬羊)의 18개월령(個月齡) 체척측정치(體尺測定値)에서 체고(體高)에 대(對)한 비율(比率)은 십자부고(十字部高) 103%, 체장(體長) 104%, 흉심(胸心) 44%, 흉폭(胸幅) 31%, 요각폭(腰角幅) 23%, 흉위(胸圍) 135%, 전관위(前管圍) 15%였다. 재래산양(在來山羊)은 8개월령(個月齡)에서 십자부고(十字部高) 106%, 체장(體長) 109%, 흉심(胸深) 46%, 흉위(胸圍) 122%로서 면양(緬羊)보다 십자부고(十字部高), 체장(體長)과 흉심(胸心)의 비율(比率)이 높았으나 흉위(胸圍)의 비율(比率)은 낮았다. 5) 도체성적(屠體成績)에서 면양(緬羊)은 도체율(屠體率)은 $47.52{\pm}2.27%$, 골격비율(骨格比率) $9.75{\pm}1.49%$, 두골비율(頭骨比率) $2.68{\pm}0.42%$, 피모비율(皮毛比率) $20.95{\pm}2.14%$였으며, 재래산양(在來山羊)에서는 도체율(屠體率) $45.58{\pm}5.63%$, 정육율(精肉率) $27.62{\pm}3.81%$, 내장비율(內臟比率) $34.86{\pm}4.16%$, 골격(骨格), 두골(頭骨), 피모비율(皮毛比率)이 각각(各各) $11.66{\pm}1.86%$, $3.63{\pm}1.61%$, $9.26{\pm}2.41%$이었다. 6) 한국재래산양(韓國在來山羊)을 방목사사(放牧舍飼)할 경우 생산(生産)되는 도육(屠肉)의 수분(水分), 조단백(粗蛋白), 조지방(粗脂肪), 조회분(粗灰分) 함량(含量)은 근사(近似)한 차이(差異)를 나타내었다. 또한 방목(放牧) 및 사사(舍飼)한 면양도육(緬羊屠肉)을 분석(分析)한 결과(結果) 방목구(放牧區)는 사사구(舍飼區)에 비하여 수분(水分) 및 단백질함량(蛋白質含量)이 높고 지방함량(脂肪含量)은 감소(減少)하였다. 7) 각(各) 내장(內臟)의 중량(重量)은 면양(緬羊)과 재래산양(在來山羊)이 비교적(比較的) 유사(類似)한 변화(變化) 경향(傾向)을 보였는데 간장(肝臟), 심장(心臟), 신장(腎臟), 비장(脾臟)은 비교군간(比較群間)에 유의성(有意性)이 인정(認定)되지 않았으며, 제(第)1 제(第) 2위(胃) 및 대(大), 소장(小腸)은 방목구(放牧區)가 사사구(舍飼區)에 비(比)하여 유의(有意)하게 높은 값을 나타냈고 복강내(腹腔內)의 지방량(脂肪量)은 사사구(舍飼區)가 방목구(放牧區)보다 유의성(有意性)이 인정(認定)되는 높은 값을 나타냈다. 2. 산모성(産毛性) 및 모피(毛皮) 1) 7개월간(個月間) 사육(飼育)한 면양(緬羊)의 산모량(産毛量)은 $3.88{\pm}1.02kg$였으며 산모량(産毛量)은 $9.27{\pm}1.48%$, 모속량(毛束量)) $8.47{\pm}1.00cm$ 직선모장(直線毛長) $10.63{\pm}0.99cm$, 1일(日) 모성장(毛成長)은 $0.40{\pm}0.44cm$ Crimp수(數)는 $2.78{\pm}0.40$이였다. 2) 면양모피(緬羊毛皮)를 명(明)유제하여 부위별(部位別)로 항장력(抗長力) 및 인열강도(引裂强度)를 조사(調査)한 결과(結果) 둔부(臀部)가 항장력(抗張力) $1.35kg/mm^2$ 인열력(引裂力) $2.252kg/mm^2$로서 가장 강(强)하였으며 배부(背夫), 견부(肩部)의 순위(順位)로로 항장력(抗張力) 및 인열력(引裂力)을 나타내었다. 3. 초지(草地)의 이용(利用) 및 개량(改良) 1) 재래산양(在來山羊)의 방목(放牧) 및 계목시(繫牧時)의 채식량(採食量)은 오전(午前)에 비하여 오후(午後)가 많았으며 방목(放牧) 및 계목간(繫牧間)에는 큰 차이(差異)를 나타내지 않았다. 면양(緬羊)의 방목(放牧)과 계목시(繫牧時)의 채식량(採食量)은 방목(放牧)이 계목(繫牧)보다 우수하였으며 오전9午前)에 비(比)하여 오후(午後)가 다량(多量) 채식(採食)하였다. 2) 재래산양(在來山羊)과 면양(緬羊)을 이용(利用)하여 제경조성(蹄耕造成)한 목초지(牧草地)의 정착상태(定着狀態)를 조사(調査)한 결과 재래산양구(在來山羊區)는 6025% 면양구(緬羊區)는 77.35%로서 면양(緬羊)의 이용(利用)이 우수(優秀)하였고 재래산양(在來山羊)은 방목력(放牧力)의 부족(不足)으로 제경효과(蹄耕效果)가 적었다. 4. 각(各) 경제형질(經濟形質)의 상관(相關) 1) 면양(緬羊)의 산육성(産肉性)과 여러 형질(形質)사이의 상관(相關)은 생체중(生體重)과 일당증체량간(日當增體量間)에 높은 상관(相關)을 보여 주었고 기타(其他) 형질(形質)사이에서는 별로 상관(相關)이 없었으나 흉추(胸椎)길이와 생체중(生體重), 일단증체량(日當增體量), 정육율간(精肉率間)에서는 비교적(比較的) 높은 상관(相關)이 나타나고 있다. 재래산양(在來山羊)에 잇어서는 생체중(生體重)과 일당(日當) 증체량(增體量) 사이에 높은 상관(相關)이 있었으며 도체중(屠體重)과 정육량(精肉量) 사이에도 비교적(比較的) 높은 상관(相關)이 있었으나 내장중(內臟重)과 생체중(生體重), 일당(日當) 증체량(增體量) 사이에는 부(負)의 상관(相關)을 보여주고 있다. 2) 면양(緬羊)의 산모성(産毛性) 형질(形質) 상호간(相互間)의 상관(相關)에서는 산모량(産毛量)과 생체중(生體重), 일당(日當) 증체량(增體量), 산모율간(産毛率間)에 1% 수준(水準)에서 높은 상관(相關)을 나타내고 있어 성장(成長)이 빠른 개체에 산모량(産毛量)도 많다는 것을 추정할 수 있었다. 3) 산육성(産肉性) 형질(形質)과 체척측정치(體尺測定値) 사이의 상관(相關)은 면양(緬羊)에서는 생체중(生體重), 정육중(精肉重), 내장중(內臟重)과 흉위(胸圍), 체장(體長)사이에서 제일 높았고, 도체중(屠體重), 정육중(精肉重)과 비교적(比較的) 높은 부위(部位)는 흉폭(胸幅), 흉심(胸深)이었다. 따라서 면양(緬羊)의 체척측정(體尺測定)에 중점(重點)을 두는 것이 유효(有效)할 것으로 생각된다. 재래산양(在來山羊)의 산육성(産肉性) 형질(形質)과 체척측정치(體尺測定値) 사이에는 체척부위(體尺部位)의 대부분이 산육성형질(産肉性形質)과 높은 상관(相關)을 나타내고 있으며 특히 흉위(胸圍)와 생체중(生體重), 도체중(屠體重), 정육중(精肉重), 골격비율(骨格比率)사이에서는 0.922~0.974의 높은 상관(相關)을 보여주고 있다. 한편 산육성(産肉性) 형질(形質)과 흉심(胸深), 전관위(前管威), 체장(體長)사이에도 각각(各各) 0.759~0.911, 0.759~0.909, 0.708~0.872의 비교적(比較的) 높은 상관(相關)을 나타내고 있다. 따라서 재래산양(在來山羊)에 대한 산육성(産肉性) 추정(推定)은 흉부(胸部)에 대한 c체척치(體尺値)가 상당히 큰 의의(意義)가 있을 것으로 본다. 5. 혈액상(血液像) 및 혈장성분(血漿成分) 1) 적혈구수(赤血球數)와 평균(平均) 혈색소농도(血色素濃度)는 재래산양(在來山羊)이 각각(各各) $12.93{\times}10^6/mm^3$와 36.26%에 대하여 유의성(有意性)이 인정(認定)되는 높은 값을 나타냈다. 2) 혈색소량(血色素量), 적혈구용적(赤血球容積), 평균(平均) 적혈구용적(赤血球容積) 및 평균혈색소량(平均血色素量)은 재래산양(在來山羊)이 각각(各各) 10.92g/100ml, 3.02ml/100ml, $23.40{\mu}^3$ 및 10.94pg로서 면양(緬羊)의 11.73g/100ml, 36.25ml/ml, $33.97{\mu}^3$ 및 8.43pg에 비하여 낮은 값을 나타냈는데 모두 유의성(有意性)이 인정(認定)되었다. 3) 백혈구(白血球)의 수(數)는 재래산양(在來山羊)이 $11.64{\times}10^3/mm^3$을 나타내어 면양(緬羊) $9.32{\times}10^3/mm^3$보다 유의(有意)하게 높은 값을 나타냈다. 4) 백혈구(白血球)의 감별(鑑別) 수(數)에 있어서 호염구(好鹽球)는 재래산양(在來山羊)이 임파구(淋巴球)는 면양(緬羊)이 유의(有意)학 높은 값을 나타냈으며 호염구(好鹽區), 호산구(好酸球) 및 단핵구(單核球)는 차이(差異)가 없었다. 5) 혈장중(血漿中)에 함유(含有)되어 있는 총단백질(總蛋白質)과 포도당(葡萄糖)의 양(量)은 재래산양(在來山羊)이 각각(各各) 62g/100ml와 53.6mg/100ml로서 면양(緬羊)의 5.6g/100ml와 45.7mg/100ml보다 유의(有意)하게 높은 값을 나타냈으며, 총지질(總脂質)의 양(量)은 재래산양(在來山羊)이 127.6mg/100ml로서 면양(緬羊)의 149.6mg/100ml보다 유의성(有意性)이 인정(認定)되는 낮은 값을 나타냈다. 6) 비단백질태질소화합물(非蛋白質態窒素化合物), Cholesterol, Ca, P, K, Na 및 Cl의 함량(含量)은 면양(緬羊)과 산양간(山羊間)에 차이(差異)가 없었다. 6. 경제성분석(經濟性分析) 1) 면양(緬羊)과 산양(山羊)을 196일간(日間) 사육(飼育)하였을 때 농가수익(農家收益)은 1두당(頭當) 4,000원 정도(程度)였으며 농가(農家)에서 부업(副業)으로 사육(飼育)할 수 있는 적정규모(適正規模)는 5~10두(頭)이다.

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