우리얘기

인삼의 적변현상는 인삼의 뿌리 표피의 일부분 또는 전체가 적색 또는 적갈색으로 변하면서 뿌리의 표면이 거칠어지고 지근과 세근의 발달이 불량해 상품성을 떨어뜨립니다.

또 인삼의 뿌리썩음증에 사용하는 농약은 훈증제로 경지정리 후 포장에 작물이 없을 때 뿌리썩음증균을 살균할 목적으로만 토양을 훈증해 사용할 수 있을 뿐이었습니다.

때문에 포장에 작물이 있을 때는 사용이 불가능했습니다.

한국생명공학연구원(www.kribb.re.kr) 면역제어연구센터 김영국 박사팀은 인삼재배시 인삼표면이 붉게 변하고 뿌리가 썩어 상품성을 떨어뜨리는 원인을 해결할 수 있는 인삼의 적변과 뿌리썩음증 방제 소재 및 생리활성소재를 개발했습니다.

생명연구원은 인삼의 적변현상의 원인균인 페니실리움 퍼퓨로제넘(Penicillium purpurogenum)의 적색색소 생산 및 트리코더마 비리디(Trichoderma viride)의 생육을 저해하는 신규의 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 균주 B-4228과, 이를 함유하는 적변 방지용 조성물을 개발했습니다.

이번에 개발된 인삼뿌리 썩음병 방지기술은 유발 균주가 특이하게 발현되는 식물병원균의 내성기작을 규명하고, 살균작용을 하는 활성물질의 새로운 작용기작에 대한 연구를 수행해 확보한 신규의 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 균주 B-5604를 확보한 것입니다.

이번 연구에서  적변이 진행중인 인삼으로부터 적변의 원인이 되는 균주들을 분리, 이 미생물들이 페니실리움 퍼퓨로제넘과 트리코더마 비리디임을 확인했습니다.

이 미생물들을 단독으로 배양하면 페니실리움 퍼퓨로제넘의 적색색소의 생산량이 적지만, 이 균들을 함께 배양하면 페니실리움 퍼퓨로제넘이 많은 적색 색소를 생산하는 것을 발견했습니다.

즉, 페니실리움 퍼퓨로제넘의 적색 색소 생산은 인삼 적변의 원인이 되며, 이러한 적색 색소 생산이 증가되는 것은 트리코더마 비리디가 함께 존재해야 가능함이 확인된 것입니다.

이에 따라 연구팀은 트리코더마 비리디의 증식을 억제할 수 있는 미생물을 탐색해 인삼 적변 방지용 미생물로 개발하고자 했습니다.

바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 균주 B-4228을 트리코더마 비리디와 함께 배양하면, 트리코더마 비리디 균주의 생장이 저해됩니다.
 
트리코더마 비리디, 페니실리움 퍼퓨로제넘 및 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 균주 B-4228을 동시에 배양하면, 트리코더마 비리디의 생장 뿐만 아니라, 페니실리움 퍼퓨로제넘에 의한 적색 색소 생산도 저해됩니다.

이를 토대로 연구팀은 뿌리썩음병원균의 존재를 확인한 경작지에 2년근 인삼 5000칸 중 1칸에 2년근 인삼을 이식, 뿌리썩음병원균이 존재하는 토양으로 덮은 대조구를 경작했습니다.

길항미생물의 식물 뿌리썩음증 부분방지 결과


시험군은 2년근 인삼을 이식하고 배양한 뿌리썩음병 방제 길항 활성미생물인 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 균주 B-5604를 동량의 질석에 흡착시킨 후 건조시킨 질석을 뿌리썩음병원균의 존재하는 토양과 1:1로 섞어 인삼 위를 덮었습니다.

이후 인삼을 캐내어 대조구와 뿌리썩음병 방제 길항 미생물 처리구에 대한 인삼의 뿌리썩음증 개선도를 조사했습니다.

뿌리썩음병 방제 활성 미생물 처리구에 대한 인삼의 뿌리썩음병 개선도를 육안으로 판정한 결과, 뿌리썩음병원균이 존재하는 토양은 많이 썩었으나, 길항 활성미생물을 흡착시킨 질석 처리군은 뿌리썩음병이 개선되어 생육상태가 양호한 것을 확인했습니다.

연구팀은 이번에 개발한 기술에 대하여 국내에 특허를 출원 등록하는 한편 이를 제품화하기 위하여 ELK(주)와 기술이전실시계약을 체결했습니다.

이번 연구개발로 인삼 농가의 오랜 숙원이었던 인삼뿌리 썩음병과 적변병의 방지가 가능해져 인삼농가의 소득증대에 크게 기여할 것으로 전망되고 있습니다.


  용 어 설 명

□ 페니실리움 퍼퓨로제넘(Penicillium purpurogenum) : 적변원인균

□ 트리코더마 비리디(Trichoderma viride) : 적변원인균

□ 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) B-4228 균주 : 인삼의 적변 방지용 미생물

□ 훈증제: 토양중에 주입되는 약제로 토양내의 유해동식물을 방제하는 제재이다. 2008년 농림수산식품부에서 발표한 인삼생산 통계자료에 인삼 뿌리썩음증에 농약으로 사용하고 있다.

□ 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) B-5604 균주 : 인삼뿌리썩음증 방지용 미생물

우리나라도 고 에너지 식생활과 안락한 생활 습관으로 인한 에너지 대사의 불균형으로 인해 고지혈증, 비만, 당뇨, 동맥경화 등 대사증후군 발병률이 높아지고, 이로 인한 사망률도 급격히 증가하고 있습니다.
 
특히 비만 환자의 동맥경화 및 암 유병율 증가로 동맥경화와 암의 연관성에 대한 학술 논문이 급증하고 있습니다.

이런 가운데 우리나라에서  오랫동안 식품으로 섭취해 온 콩잎을 이용해 비만, 동맥경화, 당뇨 등 대사증후군을 예방할 고부가가치 건강보조식품이나 건강기능식품, 치료용 천연물신약의 개발 가능성이 국내 연구진에 의해 밝혀졌습니다.

특히 수확시기, 재배조건, 콩 품종 등을 달리해 맞춤형 기능성 식 의약 소재로 활용, 다양한 제품을 개발할 수 있는데요.

한국생명공학연구원 산업바이오소재연구센터 정태숙 박사 연구팀은 동물 실험 및 인체 시험을 통해 콩잎 추출물이 비만, 동맥경화, 당뇨의 예방 효능을 지니고 있음을 밝혀냈습니다.
 

연구팀은 콩잎과 이로부터 분리한 생리활성물질의 대사증후군(비만, 고지혈증, 동맥경화, 당뇨를 포함하여) 예방 또는 치료용 조성물에 관한 국내외 특허출원을 완료하고, 이를 (주)인섹트바이오텍에 기술 이전 해 관련제품인 '콩잎미인'을 개발했습니다.

실험에서 생쥐에게 10주간 지방함량이 높은 사료와 파종 후 각각 56일 및 112일에 수확한 콩잎 주정추출물을 경구 투여(1일 체중 kg 당 50 mg)한 시험군은 비만대조군에 비해 9.7~12.1% 체중 증가 억제 결과가 나왔고, 혈액 내 중성지방(triglyceride)은 15~16% 감소했습니다.

콩잎의 인체 비만 예방 효능. 과체중인 준건강인 86명에게 10주간 콩잎주정추출물 투여로 인해 위약군 또는 GE(Garcinia cambogia, 항비만 기능성 인정원료)에 비해 체지방 및 내장지방의 증가가 억제된 비만 예방 효과.

또한 옥수수기름을 섭취시켜 지방 흡수를 유도하였을 때, 콩잎 주정추출물(체중 kg 당 500 mg)을 함께 투여한 경우 대조군에 비해 혈중 중성지방 농도가 2시간 뒤에는 17.4∼22.9%까지 낮아졌고, 4시간 뒤에는 24.1∼31.9%나 내려갔습니다.

따라서 콩잎 주정추출물이 지방 흡수를 억제하는 기능을 갖는다는 것을 알 수 있는데요.

협동연구책임자인 경북대 최명숙 교수는 인체 시험을 통해 과체중 대상자 86명에게 10주간 콩잎 주정추출물과 양성대조군인 Garcinia cambogia(비만 예방 기능성 인정원료) 추출물을 시험 전 후로 비교한 결과 위약군(전분을 투여한 placebo군 또는 대조군)에 비해 체지방률과 내장지방량이 통계적으로 유의하게 감소했슴을 확인했습니다.

또한 좋은 콜레스테롤인 혈장 HDL-콜레스테롤 농도도 콩잎 주정추출물군에서 통계적으로 유의하게 증가되어 혈행 개선 및 동맥경화 예방 효과가 있는 것으로 나타났습니다.

또한, 동맥경화모델동물(LDLR-/- mouse)을 미국에서 수입해 12주간 실험한 결과, 콩잎 주정추출물 투여군(사료 중 1% 함량무게)은 대동맥 내의 병변(lesion) 축적 및 동맥경화 유발의 주요 인자인 대식세포의 침착이 현저하게 감소했고, 간조직 및 간세포내 지방축적도 현저하게 감소했습니다.

이를 통해 동맥경화 예방과 함께 지방간 예방 효과도 있는 것으로 나타났는데요.

이번 인체시험 및 여러 동물실험 결과를 통해 콩잎 주정추출물이 지방조직에서 지방의 합성 및 분해과정을 긍정적으로 조절하고, 지방 흡수를 억제하며, 다양한 자극에 의해 일어날 수 있는 염증자극물질의 생성과 혈관 내 대식세포의 유입에 관여하는 물질의 발현을 억제함으로써 비만 및 동맥경화를 예방할 수 있음을 과학적인 방법을 통해 처음으로 증명한 것입니다.

특히 이번 연구를 통해 밝혀낸 중요한 사실은 콩잎의 수확 시기에 따라 콩잎이 함유한 생리활성물질이 현저하게 다르다는 것입니다.

식물체는 특정한 식물이 함유하는 생리활성물질들이 그 부위(잎, 줄기, 뿌리, 종실 등)에 따라 함유량이 다르다는 것은 잘 알려져 있는 사실입니다.

그러나 수확 시기에 따라 콩잎의 함유물질이 현저하게 다르다는 사실은 아직 밝혀지지 않았었는데요.

콩에 비해 콩잎은 이소플라본의 함량은 현저하게 낮지만, 보다 다양한 폴리페놀,을 함유하고 있습니다.

또한 쌈용으로 많이 사용하는 어린 콩잎은 이소플라본과 캠페롤(kaempferol)류 화합물을 많이 함유하는 반면 테로카판(pterocarpan)류 화합물은 어란 잎에는 존재하지 않다가 생식성장 이후부터 그 함량이 현저하게 증가합니다.

이를 통해 장아찌용으로 많이 사용하는 성숙한 콩잎은 다양한 테로카판류 화합물을 함유한다는 사실을 알았냈습니다.


또 경상대 박기훈 교수팀은 신물질을 분리하는데 성공했습니다.

이에 따라 56일 또는 112일에 수확한 콩잎은 모두 비만 예방 효능을 나타내었으나, 비만과 관련된 유전자 수준에서의 작용기전은 달랐는데요.

콩잎의 동맥경화 예방 효능. 12주간 콩잎 주정추출물을 투여 후 실험동물의 동맥병변 형성이 대조군에 비해 현저하게 감소된 결과(혈관 절개 내부 사진).

지금까지 콩 또는 콩잎이 함유하는 이소플라본 및 캠페롤류 화합물의 항암, 항동맥경화, 항염증 효능에 대한 보고는 많았지만, 테로카판류 화합물의 생리활성에 대한 보고는 극히 일부였는데, 본 연구팀에서 항당뇨, 항산화, 항동맥경화 효능이 있음을 밝혀낸 것입니다.

   용 어 설 명

● 주정추출물 : 술을 담그듯이 콩잎을 식용 알콜에 충분한 시간 동안 담가두면서 콩잎에 함유되어 있는 유효성분들이 추출되게 한 후, 그 추출액을 농축하여 알콜을 제거한 고형 성분을 말한다.

● 실험동물의 시료 투여량 : 본 연구의 비만 효능 검정을 위한 동물실험 시에 콩잎 주정추출물을 1일 체중 kg 당 50 mg을 투여하였다. 이는 생쥐의 체중이 25 g 인 경우 1일 투여량이 1.25 mg에 해당한다. 사람의 평균 체중을 60 kg으로 잡고, 1일 음식물 섭취량은 약  1.5～2 kg 정도인데 반해 동물인 생쥐는 작은 체구에 비해 많은 사료를 섭취하여 하루에 체중의 1/10 정도를 섭취한다. 따라서 일반적으로 동물 실험 시 얻은 시료의 유효 농도를 사람에게 적용할 때는 그 투여량을 현저하게 감소시킬 수 있다.

● 통계적 유의성 : 유의성이란 보통 검정(test)에서 쓰는 말로 실험을 통해 얻은 결과의 통계적 신뢰도가 95% 이상인 경우를 말하며, 이는 어떤 실험 결과가 확률적으로 볼 때 단순한 우연이라고 생각되지 않을 정도로 의미가 있다는 뜻이다.

● LDLR-/- mouse : LDLR-/- mouse는 고밀도지질단백질 수용체(LDL receptor) 유전자가 제(적중)되어 선천적으로 동맥경화 인자를 가지고 있으며, 고콜레스테롤 및 고지방 식이를 10～12주 이상 섭취하면 혈장 콜레스테롤 수치가 1,500～2,000 mg/이로 증가하면서 동맥내에 병변(lesion)이 형성되는데, 이 병변이 쌓이면 동맥경화를 유발한다.

● α-glucosidase : 알파-글루코시다제는 당가수분해 효소이며, α-glucosidase inhibitor(저해제)는 이당류(포도당)의 소화, 흡수를 저하시켜 혈당치의 상승을 억제함으로써 당뇨병, 비만증, 다당증 등의 예방과 치료에 이용될 수 있다.

● 이소플라본 : 폴리페놀의 일종으로 식물(phyto)에서 유래하며 여성호르몬인 에스트로겐과 기능이 유사하여 식물성 에스트로겐(phytoestrogen)으로도 불린다. 특히 콩과식물에 많이 함유되어 있으며, 최근 이소플라본이 암, 폐경기 증후군, 심혈관계질환과 골다공증을 포함하는 호르몬 의존성 질병에 대하여 잠재적인 대체요법을 제공할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

● 캠페롤(kaempferol)류 화합물 : 노란색 가루로 중요한 플라보노이드(flavonoid) 중의 하나이다. 지방과 DNA의 산화위험을 막고 강한 항산화작용을 하며 암세포 형성을 억제하는 화학적 예방 작용제로서 활동한다. 사과, 양파, 부추, 감귤류, 포도, 레드와인, 고추나물에 포함되어 있다.

● 테로카판(pterocarpan)류 화합물 : 성숙한 콩잎에 많이 들어있는 폴리페놀의 일종이며, 혈액 산화작용을 억제해 성인병에서 가장 문제가 되는 동맥경화증 예방하며, 당가수분해효소(알파-글루코시다제)를 억제하여 당뇨의 예방에도 효과가 있을 것으로 알려져 있다.

한국생명공학연구원 국가생명연구자원정보센터(KOBIC)는 차세대 염기서열분석(NGS) 기술로 생산되는 대용량 서열 데이터로부터 유전자 발현 양을 계산할 때 정확도를 획기적으로 개선한 ‘유일매핑지역의 기대치 정규화(뉴마, NEUMA)’ 라는 새로운 분석기술을 최근 개발했습니다.

NGS 방법은 유전체 서열을 짧은 시간에 수천 만 번 읽어서 결정하는 기법으로, 생산되는 데이터의 용량이 수십 기가바이트에 달해 정보 분석이 매우 어렵습니다.

특히 NGS 기술은 생명체의 유전자 발현 양을 측정하는 전사체서열기술(RNA-Seq) 분야에 많이 활용되고 있습니다.

유전자 발현 양을 계산하는 프로그램으로 최근 미국에서 개발된 Cufflinks나 TopHat 등이 널리 사용되고 있습니다.
 
연구팀이 이번에 개발한 ‘뉴마(NEUMA)’ 분석기술은 기존의 방법에 비하여 정확도가 월등히 우수함을 실험과 모의계산을 통하여 증명했습니다.

뉴마(NEUMA)는 기존의 Cufflinks나 TopHat 방법들이 가지는 한계를 뛰어넘기 위해서 이미 알려진 RNA의 정보를 이용하여 유전자 발현 양을 측정합니다.

뉴마는 대용량으로 생산되는 NGS 데이터에서 유전자 발현 양 측정의 정확도를 획기적으로 향상시킨 최신 기술로서, 개인유전체 정보 기반의 미래의학 시대를 앞당길 핵심기술로 평가받고 있습니다.

이번 연구결과는 생명과학 분야의 저명 국제학술지인 ‘핵산리서치(Nucleic Acids Research)'의 지난 8일자 인터넷판에 게재됐습니다.

*용어설명*