Transcript 1. - 바이오식품 소재개발 및 산업화연구센터

식물과 미생물 유래 GABA의
기능성과 활용
2005. 5. 6 (금 )
우석대학교 생명공학과
오석흥
GABA 란?
1. 감마-아미노낙산
▶[γ-Aminobutyric acid, GABA]
H3N+-CH2-CH2-CH2-COO- 흥분 억제성 신경전달 물질: 발작, 우울증 조절
- 혈압을 낮추고, 뇌의 혈류 증진, 뇌세포 대사촉진
- 정신집중력 및 기억력 강화, 시력회복
- 진정작용, 스트레스 및 긴장상태를 완화
- 간질병, 발작, 경련 및 알콜중독증 환자들:
뇌 및 혈 중의 GABA 및 GAD의 함량이 매우 낮음
GABA 함유재료 및 이용
신경안정
작용
중성지방
억제
스트레스
해소
신소공급
증가
불면 효과
기억력
증가
GABA
뇌세포
대사기능
촉진
뇌 혈류
개선
중풍 , 치매
예방
혈압강하
작용
우울증
완화
이용식품
: 식품소재 , 건강보조식품 , 기능성식품 , 약 , 음료 , 우유 , 과자 , 떡 ,
죽 , 마요네즈 , 발효유 , 드링크 , 김치 , 현미 , 두부 , 낫토 , 두유 등
함유식물
: 발아현미 , 녹차 , 뽕잎 , 홍국 , 콩 , 밀감 , 야채 , 과일 등
연구목적 및 전략
1. 연구개발 목적:
- 체내 GABA의 함량을 증진시킬 수 있는 바이오 식의약품 개발
2. 접근전략:
- 식물 및 미생물 유래 GABA 고함유 식의약품 소재 개발
및 산업화
- GABA 생합성 효소들(GAD, GDH)의 활성화제나 GABA 분해
효소들(GABA-T, SSAR, SSADH)의 저해제를 함유한 식물
및 미생물 유래 소재 개발 및 산업화
식물체내 GABA 생성 메카니
즘
발아하지 않은 현미
키토산 발아 현미
발아 조건
GABA
함유량 비교
4. 별
선행
연구결과
2500
2000
A
B
C
D
E
1500
1000
500
0
A
B
C
D
E
= 백미
= 현미
= 발아현미(W)
= 발아현미(CL)
= 발아현미(CG)
발아 현미의 유리 칼슘 함량 증가
40
Ca2+
(mg/100g) F.W)
35
30
25
20
15
10
5
0
N
W
C
G
CG
발아 현미의 면역 세포 증식 촉진 효과
Cell proliferation
(Lymphnode)
250
Viability(%)
＊
200
＊
150
100
50
0
CON A
N
W
C
G
CG
발아 현미의 감마-인터페론 생성 촉진 효과
100
＊
＊
γ-interferon
(pg/mL)
80
60
40
20
0
Cont
W
G
CG
발아 현미의 암세포 증식 억제 효과
Cell proliferation(L1210)
Viability(%)
120
100
80
＊
＊
＊
＊
＊
60
＊
40
20
0
CON
N
W
C
G
CG
발아 현미의 암세포 사멸 촉진 효과
Apoptosis(L1210)
45
＊
＊
40
Sub G1 (%)
35
30
25
20
15
10
5
0
CON
N
W
G
CG
발아 현미의 암세포 apoptosis 유도
DNA Fragmentation
M
N
W
CG
G
발아 현미의 혈중 콜레스테롤 개선 효과 Ⅰ
a
HDLCholesterol
(mg/dL)
150
ab
ab
100
b
50
0
Cont
EtOH
EtOH+N
EtOH+CG
발아 현미의 혈중 콜레스테롤 개선 효과 Ⅱ
a
LDLCholesterol
(mg/dL)
100
ab
b
bc
50
0
Cont
EtOH
EtOH+N
EtOH+CG
GABA 관련 출시 상품
1
2
GABA가 고함유된
1. 키토산 발아 현미
2. 키토산 발아현미 생식
3. 키토산 발아현미 음료
(기술전수업체 : ㈜엘키토산코리아)
3
원료 및 제품의 품질관리
1. 키토산 양생 발아현미의 생산
키토산의 항균력에 의한 양질의 발아현미 생산,
내재효소 활성화에 의한 GABA 고 함유 발아현미 생산
2. 키토산 양생 발아현미 중 GABA 분석
1) 일반현미: 2.62 μg/ml
2) 물발아현미: 5.73 μg/ml(일반현미의 2.2배)
3) 키토산양생 발아현미 추출액: 31.57μg/ml
(일반현미의 12.0배, 물발아현미의 5.5배)
Rehab Research Center of Korean Medicine
- 제품명 및 처방 1. 메모럽 쥬스
키토산양생 발아현미 추출액 (천연 GABA 함유), 복령 농축액,
용안육 농축액, 대조 농축액, 포도 농축액, 올리고당 함유
*용
기 : 알미늄파우치
* 포장단위 : 80 ml/파우치
* 복용방법 : 1회 1파우치, 1일 2회 복용
- 제품명 및 처방 2. 메모럽 환제
키토산양생 발아 현미싹 (천연 GABA 함유), 복령 농축액,
용안육 농축액, 대조 농축액, 만니톨, 백당함유
*용
기 : 플라스틱 병( 백색 )
* 포장단위 : 1,500 환/병
* 복용방법 : 1회 25환, 1일 2회 복용
동물실험을 통한 약리효과 실험
1. 학습 및 기억형성에 대한 행동약리학적 효과
- Passive avoidance test에 효과 검증
2. Rota-rod test법에 의한 단시간 운동협조능 효과
3. 뇌조직 중 과산화지질(LPO)에 미치는 효과
4. Picrotoxin으로 유발된 경련에 미치는 효과
메모럽제품이 생쥐의 scopolamine에 의한 학습 및 기억형성에
미치는 행동 약리학적 효과
Avoidance latency (sec)
140
120
100
80
60
40
20
0
Normal
Con.
Juice
Pill
* 메모럽제품의 학습 및 기억 형성에 대한 행동약리학적 효과실험에서
생쥐의 scopolamine에 의한 기억 감퇴현상에 대한 회복효과가 관찰됨
메모럽제품이 흰쥐의 Picrotoxin으로 유발된 경련에 미치는 효과
Picrotoxin
3500
CO N
Pill
3000
Juice
시간(sec)
2500
2000
1500
1000
500
0
늘어짐
경련
사망시간
* 메모럽제품의 Picrotoxin으로 유발된 경련에 미치는 효과
실험에서 유의성있는 항경련효과가 관찰됨
임상시험을 통한 효능 효과 검증
1. 임상시험 방법
1) 수험생의 스트레스 및 불안상태 개선에 대한
유효성 평가
2) Placebo효과와 병행하여 이중맹검 임상시험 실시
임상시험을 통한 효능 효과 검증
2. 임상평가 내용
1) STAI-KYZ측정(Spiellberger상태 특성불안 척도)
: 스트레스감소 및 항 불안효과
2) ABR2000측정(미세전류 생기능 측정기)결과
상태불안 및 특성불안에 대한 메모럽쥬스의 효과
N
1차검사
Mean±S.D.
2차검사
Mean±S.D.
1차값-2차값
Mean±S.D
메모럽투여군
21
45.76±9.65
40.42±11.15
5.33± 7.33
위약투여군
21
43.19±9.49
43.71±8.18
-0.52± 6.42
메모럽투여군
21
46.61±9.64
42.38±12.53
4.23±10.04
위약투여군
21
46.38±10.67
45.14±9.53
1.23± 7.32
상태불안
특성불안
상태불안에 대한 메모럽쥬스의 효과
48
STAI scor e
45
42
메모럽
Placebo
39
36
Before
After
Fig.7 메모럽쥬스가 수험생의 상태불안에
미치는 영향
* 메모럽 쥬스의 STAI-KYZ측정결과 상태불안 점수가 5.33±7.33점
감소하고 위약군에서는 0.52±6.42점 증가하여 유의성 있는 차이를 나타냄
두뇌 및 중추신경계 미세전류 순환에
대한 메모럽쥬스의 효과
분류
메모럽 투여군
위약 투여군
호전반응
10 명(47.61%)
1 명(4.76%)
약화반응
3 명(14.28%)
11 명(52.38%)
무변화 및 판정불가
8 명(38.09%)
9 명(42.85%)
GABA 고생산 균주 선발
GABA 고생산 균주 특징
1. 선발된 GABA고생산 균주의 균학적 특징
선발균주
세포의 그람염색
그람양성균주
형태
간균
포자생성
-
포도당 배지에서의 가스생성능
CO2 생성
카탈라아제 생성능
+
15℃에서 생장능력
+
45℃에서 생장능력
-
미생물 크기(㎛)
1.0 - 1.5㎛
GABA 고생산 균주의 모양
GABA고생산 균주의 당 발효 및 유기산 생성 여부
탄수화물
선발균주
1
말토오즈
+
2
D-(+)-글루코오즈
+
3
람노오즈
-
4
덱스트로오즈
+
5
D-락토오즈
+
6
D-(+)-트레할로오즈
+
7
D-(+)- 만노오즈
+
8
수크로오즈
+
9
D-솔비톨
-
10
이뉼린
-
11
D-만니톨
+
선발 균주의 GABA 생성능 비교
균주
GABA함량(nmol/㎖)
Lactobacillus OPK-3
2,800.08
Lactobacillus plantarum kctc3103
30.09
Lactobacillus brevis kctc 41028
2.09
Lactobacillus brevis kctc 41029
5.15
벼 유래 GAD 유전자 클로닝
1. OsGAD 유전자
▲ Rice(Orzya sativa) cDNA library로부터 클로닝.
＊＊
＊
＊
---------------------------
유산균 유래 GAD 유전자 클로닝
2. Lactobacillus GAD 유전자 Neucleotide sequence
종별 GAD 비교
470 amino acid
동물 GAD
470 amino acid
미생물 GAD
500 amino acid
OsGAD
CaM binding
Domain
유전자 도입을 통한 형질전환
Amp
Cm
pVUCH
pBES2
Ptac
BamHIEcoRIKpnI
EcoRI
BamHI
Enzyme
EcoRI/ BamHI
PCR
BamHI
EcoRI
pBES2
OsGAD C-
T4 ligase
Cm
OsGAD/
pBES2
EcoRI
BamHI
OsGAD C-
유산균
형질전환 확인
7. 연구결과
형질전환체의 GABA 생산능 증진
1200
nmol/ml
GABA함량
1000
800
600
400
200
0
수용세포
(1%)
수용세포
(3%)
형질전환체 형질전환체(3%)
(1%)
형질전환체의 MSG 저항성
MSG resistance test(12hr cultivation)
5%MSG
3%MSG
형질전환체
수용세포
1%MSG
Normal
0.000
1.000
2.000
흡광도(600nm)
3.000
수행중인 GABA 연구
● GABA 고생산 유산균주의 기능성 연구 및 활용
1. 순도높은 GABA의 정제 연구
2. 선발 및 개발된 유산균주의 장내 정착성 연구
3. 정제된 GABA 및 배양 유산균주의 생리 기능성 평가
(비만억제 효과, 혈압강하 효과, 스트래스해소 효과 등)
연구결과 발표 및 활용 실적
1. 상품화: 메모럽, GABA 고함유 발아현미, 생식 개발
2. 특허출원 및 등록
1) 벼 글루탐산탈탄산효소 유전자(제2003-80387)
2) 감마아미노부틸산(GABA) 고생산성 균주인 락토바실러스
오피케이-3 (제2004-55286호)
3) 락토바실러스 OPY-1 균주 및 이 균주를 함유한 발효유
(제2004-96975)
연구결과 발표 및 활용 실적
4) GABA 고생산능을 가지는 신규한 락토코커스 유산균,
이를 이용한 발효스타터 및 GABA의 생산방법
(제2004-96547)
5) 감마-아미노산 부티르산 함량이 증가된 발아곡류 추출액의
제조방법 및 동 발아곡류 추출액 중 감마-아미노부티르산을
유효성분으로 함유한 면역제제(특허 제 0478491호 등록,
2005년 3월)
3. 균주기탁 : 한국미생물보존센터
1) Lactobacillus OPK-3
2) Lactobacillus OPY-1
3) Lactococcus OPC-1
연구결과 발표 및 활용 실적
4. 논문
1) Oh, SH (2003) Stimulation of γ-Aminobutyric Acid Synthesis
Activity in Brown Rice by a Chitosan/Glutamic Acid
Germination Solution and Calcium/Calmodulin.
J. Biochem. Mol.Biol. 36, 319-325
2) Oh, SH and Oh, CH (2003) Brown Rice Extracts with Enhanced
Levels of GABA Stimulate Immune Cells.
J. Food Sci. Biotech. 12, 248-252
3) Oh, CH and Oh, SH (2004) Effects of Germinated Brown Rice
Extracts with Enhanced Levels of GABA on Cancer Cell
Proliferation and Apoptosis. J. Med. Food. 7, 19-23
4) Park, KB and Oh, SH (2004) Cloning and Expression of a Fulllength Glutamate Decarboxylase Gene from lactobacillus
plantarum. J. Food Sci. Nutri. 9, 324-329
<참여 연구실>
우석대학교 : 오석흥, 양재헌, 오찬호, 김정연
전북대학교 : 차연수, 윤성중
서울대학교 : 지근억
<지원 기관>
전북대학교 바이오식품연구센터, 우석대학교 한방재활연구센터
㈜엘키토산코리아
감사합니다 !!