제주대학교 Repository

시로미와 Streptomyces sp. JR1으로부터 기능성 식품 및 의약선도 소재 개발

Metadata Downloads
Alternative Title
Development of Nutraceutical and Drug-Lead from Shiromi(Empetrum nigrum var. japonicum K. Koch) And Streptomyces sp. JR1
Abstract
Natural products have attracted considerable attention due to their potential nutritional and therapeutic effects. This study investigated bioactivity in Empetrum nigrum var. japonicum K. Koch(crowberry; Shiromi called in Korea) and useful biosynthesis gene clusters in metabolite of Streptomyces sp. JR1.

The ethanol extracts of E. nigrum from the Jeju Island of Korea were used to assess polyphenolics and flavonol levels, SOD-like enzyme activity, free radical scavenging activity, protective effects against H2O2-induced CPAE cell cytotoxicity and inhibition of LDL peroxidation. The total content of the flavonols and phenolic compounds in the leaves was higher than the fruit. In the free radical scavenging and SOD-like enzyme assay, all extracts showed strong antioxidative effects. The CPAE viability was greatly reduced and the survival rate was near 37% when the cells were treated with 1.0 mM H2O2 for 24h. The extracts also inhibited lipid peroxidation in human LDL, measured as reduction in MDA production. The results showed that the leaf extracts of E. nigrum significantly protected human LDL from Cu2+-induced oxidation.
In-vivo bioactivities of E. nigrum were investigated on the following points, such as GSH concentration, Catalase activity, SOD activity in oxidative stress induced rat and on platelet aggregation, plasma lipids and bone density, in ovariectomized rat model.
Thirty two male SD rats were divided into four groups at age of 8 weeks(275g). They were named as ConA for AIN-76 Vit.E free, ConB for AIN-76, EN-L for 0.05% stem and leaf extracts, and EN-F for 0.05% fruit extracts. E. nigrum had positive activities on GSH concentration, Catalase activity, SOD activity in alcoholic oxidative stress induced rat.
Twenty two female SD rats were ovariectomized(OVX) and 10 female SD rats were sham-operated at age of 7 weeks(140~150g) and divided into three groups at age of 9 weeks(170~180g) such as control diet for Sham-Control and OVX-Control, 5% Shiromi powder for OVX-EN. They were fed the experimental diets for another four weeks.
Platelet aggregation by ovariectomy was inhibited by E. nigrum. The degree of platelet aggregation in the presence of Shiromi was surprisingly decreased for Sham-Control group. Concentration of glucose, total cholesterol, HDL-cholesterol and triglyceride in blood samples were measured by using Enzyme assay kit(ASAN Pharmaceutical Co., Ltd, Korea). OVX-EN had less glucose in plasma than OVX-Control, but higher than Sham-Control. E. nigrum(Shiromi) increased the level of HDL-cholesterol, while it decreased the level of total cholesterol and triglyceride in ovariectomized rats.
The results implied that E. nigrum was an excellent potential source of natural antioxidants used as a functional food or an alternative medicine. Ethanol extracts of E. nigrum protected injury of liver from oxidative stress and prevented cardiovascular disorders after menopause.

Streptomyces has been known as the largest antibiotic-producing genus. The history of antibiotics derived from the genus Streptomyces begins with the discovery of the first antibiotic, streptothricin, in 1942. Between 1955 and 1962, about 80% of the antibiotics were originated from actinomycetes, among which the major contributor was Streptomyces.
Streptomyces sp. JR1 was isolated from the intestine of Omphalius rusticus(Bomal in Korean) captured at the Jeju coast.
Culture medium of S. JR1 showed antibacterial activity against Bacillus subtilis. It also showed week antibacterial activities against Streptococcus pyogenes and Bacillus cereus. Solvent extracts of cell culture medium showed cytotoxicity against breast cancer cell(MCF-7), human promyelocytic leukemia cell(HL-60), melanoma cell(B16F10) and antinflammatory effects against LPS stimulation in RAW 264.7 cell.
This study also tried to find the Industrially useful gene cluster of S. JR1. Shotgun and Fosmid DNA library were constructed from genomic DNA of Streptomyces sp. JR1. Then 3360 Shotgun clones and 1152 fosmid clones obtained. Analysis of comparative genome sequence in shotgun DNA clones showed useful gene clusters such as pksE and Daptomycin biosynthesis gene cluster etc. Other genes sequenced can be further analysed to find useful functions.
The results suggested that metabolite of S. JR1 producing anticancer and antibacterial materials against MRS(multi-drug resistant strains). The gene cluster found will be used to construct the microbial medicine factory.
Author(s)
이은숙
Issued Date
2014
Awarded Date
2014. 8
Type
Dissertation
URI
http://dcoll.jejunu.ac.kr/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000000006803
Alternative Author(s)
Eunsuk Lee
Department
대학원 화학과
Table Of Contents
머 리 말 1
PART I. 기능성 식품 소재개발을 위한 제주산 시로미의 in vitro와 in vivo 생리활성 분석
Ⅰ. 서 론 7
1. 연구배경 7
2. 시로미에 대한 이론적 배경 9
3. 생리활성에 대한 이론적 배경 11
3-1. 항산화 11
3-2. 혈장지질 및 혈소판응집 12
3-3. 골다공증 15
4. 본 연구의 목표 16

Ⅱ 재료 및 방법 17
1. 시약 및 기기 17
2. 재료 20
3. 플라보놀 함량 측정 20
4. 총 폴리페놀함량 분석 21
5. SOD 유사활성 22
6. DPPH 라디칼 소거활성 23
7. LDL산화 저해활성 24
8. Cell Viability 평가 25
9. 에탄올에 의한 산화스트레스 유도 동물모델 실험 26
9-1. 실험동물 및 식이 26
9-2. 실험식이 27
9-3. 식이섭취량과 체중 및 식이효율 28
10. 에탄올에 의한 산화스트레스 유도 동물모델 실험용 시료수집 및 분석 28
10-1. 혈액 채취 및 간 장기 적출 28
10-2. Catalase 활성 측정 29
10-3. GSH(Glutathione) 농도 측정 30
10-4. SOD(Superoxide Dismutase) 활성 측정 32
11. 난소절제 동물모델 실험 34
11-1. 실험동물 및 식이 35
11-2. 실험식이 36
11-3. 식이섭취량과 체중 및 식이효율 36
11-4. 혈당 측정 36
12. 난소절제 동물모델 실험용 시료수집 및 분석 38
12-1. 혈액 채취 및 간 장기 적출 38
12-2. 혈장지질 농도 분석 38
12-3. 혈장 Glucose 농도 분석 39
12-4. 혈소판응집(blood platelet aggregation) 39
12-5. 대퇴골 BMD 측정 40

Ⅲ. 결과 및 고찰 41

1. 항산화활성 측정결과 41
1-1. 총 Flavonol과 Phenolic compound의 양 41
1-2. DPPH 라디칼 소거활성 44
1-3. SOD 유사효소 활성 46
1-4. H2O2로 인한 세포독성 저해효과 47
1-5. LDL 산화저해 활성 50
2. 에탄올에 의한 산화스트레스 유도 동물모델 실험결과 51
2-1. 식이요법에 따른 성장률 차이 52
2-2. Catalase 측정결과 54
2-3. GSH 측정결과 55
2-4. SOD 측정결과 57
3. 난소절제 동물모델 실험결과 58
3-1. 식이요법에 따른 성장률 차이 58
3-2. 골밀도 측정결과 61
3-3. 혈당 변화 63
3-4. 혈중 Glucose 농도 측정결과 64
3-5. 혈중 지질 농도 측정결과 66
3-6. Hematocrit 수치와 혈액응집 효과 67

Ⅳ. 요약 및 결론 70

PART Ⅱ. 해양유래 Streptomyces sp. JR1으로부터 의약선도소재 개발을 위한 생리활성과 생합성 유전자 클러스터 분석

Ⅰ. 서 론 75
1. 연구배경 75
2. 방선균에 대한 이론적 배경 77
3. 항균활성에 대한 이론적 배경 78
4. 방선균으로부터 유용한 이차대사물질 탐색 기법관련 이론적 배경 79
4-1. Genome Scanning analysis 79
4-2. 산업미생물을 위한 Proteomics 연구 81
5. 본 연구의 목표 83

Ⅱ 재료 및 방법 85

1. 재료 85
2. 시약 및 기기 85
2-1. 배지 86
2-2. 시약 및 기기 87
2-3. 세포배양 87
2-4. 유전자 추출 및 서열분석 87
2-5. 단백질 분리 및 특성화 88
3. 분리 및 순수배양 88
3-1. Streptomyces sp. JR1의 분리 및 배양 88
3-2. 주사전자현미경(SEM)관찰을 통한 균사 이미지화 88
4. 계통분석 89
4-1. 분리균주의 배양특성, 형태학적, 생리학적 동정시험 89
4-2. 분리균주의 16S rRNA 염기서열 분석 89
4-3. 16S rRNA 계통분석 91
5. 항균활성 검색 91
5-1. 사용균주 91
5-2. 시료의 처리 및 항균활성 검색 92
6. Proteomics(Pigmentation 차이에 따른 Protein 발현의 차이) 92
6-1. Sample Preparation 92
6-2. Sample Rehydration 93
6-3. IEF(Isoelectric Focus) 93
6-4. SDS-PAGE 93
7. Protein Mass Measurement 95
7-1. Sample Selection 95
7-2. Trypsin Extract 및 Mass Sampling 95
8. 배지의 분리추출물들의 항암활성 측정 96
8-1. MCF-7 cell에 대한 세포독성 96
8-2. HL-60 cell에 대한 세포독성 97
8-3. B16F10 melanoma cell에 대한 세포독성 97
8-4. Detroit-551 fibroblast cell에 대한 세포독성 97
9. 배지의 분리추출물들의 항염활성 측정 98
9-1. RAW 264.7 cell 배양 및 MTT 98
9-2. LDH relase 활성 in RAW 264.7 cell 98
9-3. NO활성 in RAW 264.7 cell 98
9-4. mRNA 발현확인 (RT-PCR) 99
10. 항암생리활성물질의 동정 100
11. Streptomyces sp. JR1의 genomic DNA 추출 101
11-1. Streptomyces sp. JR1 배양 101
11-2. Cell lysis 101
11-3. Genomic DNA 추출 101
12. Fosmid library 및 Shotgun library 구축 102
12-1. Shotgun library 구축 102
12-2. Fosmid library 구축 105
13. 염기서열 분석 및 상동성 검색 109
13-1. 유용 생합성 유전자(pksE gene cluster) 검색 109
13-2. DNA Minipreparation of Fosmid DNA Library 110
13-3. PCR Reaction of Fosmid DNA 111
14. Fermentation Condition 111
15. 단백질 분석 및 특성화 112

Ⅲ. 결과 및 고찰 113

1. Streptomyces sp. JR1의 분리 및 배양특성 113
2. 계통분석 117
2-1. 16S rDNA sequencing 117
2-2. 계통도 118
3. Streptomyces sp. JR1의 항균활성 검색 120
4. Pigmentation 차이에 따른 단백질 차이 확인(Proteomics) 121
5. 배지의 분리 추출물들의 항암효과 측정 133
6. 배지의 분리추출물들의 항염효과 측정 136
6-1. LDH release in RAW 264.7 cell 136
6-2. Production of NO in RAW 264.7 cell 137
6-3. LPS자극에 따른 항염활성의 mRNA 발현여부 확인 138
7. Streptomyces sp. JR1으로부터 DNA library 구축 및 염기서열분석 139
7-1. Shotgun library 구축 및 DNA 염기서열 분석 141
7-2. Fosmid library 확보 141
8. Streptomyces sp. JR1으로부터 유용한 유전자 데이터베이스 확보 146
8-1. Structure of PksE gene cluster 151
8-2. PksE gene cluster structure of Streptomyces sp. JR1 152
8-3. PksE 외 유용 gene cluster 분석 157
9. 항암 생리활성 물질의 동정 175
10. Streptomyces sp. JR1으로부터 유용한 protein 확인 182

Ⅳ. 요약 및 결론 186

요약 및 결론(종합) 188
참고문헌 190
APPENDIX 204
Degree
Doctor
Publisher
제주대학교 대학원
Citation
이은숙. (2014). 시로미와 Streptomyces sp. JR1으로부터 기능성 식품 및 의약선도 소재 개발
Appears in Collections:
General Graduate School > Chemistry
공개 및 라이선스
  • 공개 구분공개
파일 목록

Items in Repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.