정량적인 분자 구조와 물리-화학적인 성질 사이의 상관관계(QSAR)식을 이용하여 약효성을 예측하고 새로운 농약을 탐색하거나 개발하는데 있어서 효율적인 수단으로 활용되는 QSAR 기법의 발전 과정과 자유 에너지 직선관계(LFER)에 관한 기본 개념을 위시한 QSAR 기법의 목적과 유용성 그리고 장단점과 활용 상 제한점 등에 관한 일반적인 내용에 대하여 간략하게 논의하였다.
Control of plant diseases is largely dependent on use of agrochemicals. However, there are widening gaps between our knowledge on plant diseases gained from genetic/mechanistic studies and rapid translation of the knowledge into target-oriented development of effective agrochemicals. Here we propose that the time is ripe for computer-aided drug discovery/design (CADD) in molecular plant pathology. CADD has played a pivotal role in development of medically important molecules over the last three decades. Now, explosive increase in information on genome sequences and three dimensional structures of biological molecules, in combination with advances in computational and informational technologies, opens up exciting possibilities for application of CADD in discovery and development of agrochemicals. In this review, we outline two categories of the drug discovery strategies: structure- and ligand-based CADD, and relevant computational approaches that are being employed in modern drug discovery. In order to help readers to dive into CADD, we explain concepts of homology modelling, molecular docking, virtual screening, and de novo ligand design in structure-based CADD, and pharmacophore modelling, ligand-based virtual screening, quantitative structure activity relationship modelling and de novo ligand design for ligand-based CADD. We also provide the important resources available to carry out CADD. Finally, we present a case study showing how CADD approach can be implemented in reality for identification of potent chemical compounds against the important plant pathogens, Pseudomonas syringae and Colletotrichum gloeosporioides.
Biological Hammett Equation에 기초하여 Hansch-Fujita식으로 제안된 정량적인 구조 활성상관(QSAR) 기법 (Sung, Nack-Do (2002) Development of new agrochemicals by quantitative structure-activity relationship (QSAR) methodology. Kor. J. Pestic. Sci. 6: 166-174, 231-243 및 7: 1-11)에 따른 새로운 농약의 탐색과 개발에 관련하여 1990년도를 전후한 국내에서 이루어진 QSAR 기법중 주로 2D QSAR기법의 활용연구 현황에 대하여 조명하였다.
자유 에너지 직선관계(LFER)를 위시하여 약효와 잔류 지속성은 물론, 전이상태 착물을 모방하기 위한 농약들의 가수분해 반응 메카니즘과 그 필요성에 대하여 논의하였다. 또한, 정량적인 구조-활성상관(QSAR) 기법을 활용하여 새로운 농약을 탐색하고 개발하는데 있어서 생물활성을 구체적으로 이해하기 위하여 양자 약리학적 파라미터를 포함한 전자효과, 입체효과 및 소수성 효과 등의 설명 인자들과 그 활용 연구 사례 그리고 새로운 농약의 개발 과정에 대하여 간략하게 요약하였다.
Hyeonheui Ham;Ga-Ram Oh;Yong Hwan Lee;Yong Hoon Lee
The Plant Pathology Journal
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제40권5호
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pp.525-536
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2024
Agrochemicals containing antibiotics are authorized to manage fire blight that has been occurring in Korea since 2015. The minimum inhibitory concentration (MIC) of each antibiotic against Erwinia amylovora, the causal pathogen of fire blight, has increased over the years due to the pathogen's frequent exposure to antibiotics, indicating the necessity to prepare for the emergence of antibiotic resistance. In this study, E. amylovora was exposed to stepwise increasing concentrations of eight different agrochemicals, each containing single or mixed antibiotics, and gene mutation and changes in MIC were assessed. Streptomycin and oxolinic acid induced an amino acid substitution in RpsL and GyrA, respectively, resulting in a rapid increase in MIC. Oxytetracycline initially induced amino acid substitutions or frameshifts in AcrR, followed by substitutions of 30S small ribosomal protein subunit S10 or AcrB, further increasing MIC. E. amylovora acquired resistance in the order of oxolinic acid, streptomycin, and oxytetracycline at varying exposure frequencies. Resistance acquisition was slower against agrochemicals containing mixed antibiotics than those with single antibiotics. However, gene mutations conferring antibiotic resistance emerged sequentially to both antibiotics in the mixed formulations. Results suggested that frequent application of mixed antibiotics could lead to the emergence of multidrug-resistant E. amylovora isolates. This study provided essential insights into preventing the emergence of antibiotic-resistant E. amylovora and understanding the underlying mechanisms of resistance acquisition.
식물 병원성 진균인 Rhizoctonia solani에 대한 길항능이 있는 Trichoderma 계열의 미생물 균주를 선별하였다. R. solani의 성장을 저해하는 능력이 우수한 균주를 선별하기 위하여 일차적으로 PDA 평판에서 inhibition zone을 측정하였고, 병원성 진균의 세포벽을 용해시킬 수 있는 세포외 효소인 glucanase 및 chitinase 활성을 분석하였다. 4∼5 mm 이상의 inhibition zone을 보여주었고, glucanase 및 chitinase 활성이 우수한 Trichoderma sp. UK-3와 T. viride 균주들을 선별할 수 있었다.
신농약 살균제를 개발할 목적으로 선도화합물 2-페닐이미노티아졸린 유도체 1의 분자수정을 통하여 새로운 화합물 히드록시에틸 2-이미노티아졸런 유도체 3을 모델링하고 합성하였다. 2-이미노티아졸린 유도체 3의 히드록시에틸기의 산소 원자는 인접기 참여를 통하여 2-이미노티아졸린 골격의 2 위치의 이미노탄소에 접근이 가능하며 따라서 그들의 생물활성에 영향을 줄 것으로 예상되었다. 감마-클로로아세토아세트아닐리드 유도체 5와 히드록시에틸티오우레아 6을 반응시켜 29종의 히드록시에틸 2-이미노티아졸린 유도체 3을 높은 수율로 합성하였다.
In vivo와 in vitro 생물검정법에서의 활성관계를 조사하고 또한 보다 효율적인 in vitro 검정법을 개발하기 위하여 작용기구가 다른 두 계열 살균제 즉 sulphamide계 (dichlofluanid와 tolylfluanid)와 dicarboximide계 살균제 (iprodione, vinclozolin 및 procymidone)을 시험약제로 하여 본 실험을 수행하였다. Dichlofluanid, tolylfluanid, iprodione, vinclozolin procymidone의 토마토 유묘에서의 병 방제효과는 유사하였다. 그러나 이들 살균제에 대해 in vitro 생물검정법으로 항균활성을 비교한 결과, sulphamide계 살균제는 포자발아 억제실험에서 높은 활성을 나타낸 반면에, dicarboximide계 살균제는 균사생장 억제실험에서 항균활성이 더 우수하였다. 그러므로 in vivo 병 방제효과가 유사하더라도 작용기구가 다르면 in vitro 생물검정법에서의 항균활성은 다르게 나타남을 알 수 있었다. 또한 포자현탁액을 넣은 96-well microtiter plate에 약제를 처리하고 3시간 배양 후 배양액을 제거하고 다시 새 배지를 넣어 배양한 후 생장억제를 조사한 실험 (microtiter plate method I, MPM I)에서는 살균제들의 포자발아 억제실험과 유사한 경향의 활성을 보였다. 96-well microtiter plate에서 포자현탁액을 6시간 동안 배양하여 포자를 발아시킨 후에 약제를 처리한 실험(microtiter plate method II, MPM II)에서의 항균활성은 균사생장 억제효과와 일치하는 경향을 보였다. 따라서 기존의 in vitro 항균활성 실험보다 편리하고 효율적인 MPM I과 II 방법은 각각 포자발아와 균사생장 억제실험을 대신할 수 있으리라 생각되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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