연구명

스트로빌루린과 식물성 화합물의 상호작용에 의한 항진균 및 항아플라톡신 활성

SUMMARY

본 연구팀에서는 MC 천연물의 독성 상호작용을 평가하고 각 상호작용을 이용하여 독성 완화/활성 증대 조합을 최적화하기 위한 연구를 수행하고 있다. 이러한 연구의 일환으로 항진균제인 스트로빌루린과 천연 식물성 화합물 간의 상승적인 상호작용에 의해 공중 보건상 문제가 되고 있는 아플라톡신과 이를 생성할 수 있는 독성(mycotoxigenic) 곰팡이를 제어할 수 있는 가능성을 평가하였다. 그 결과, 식물성 화합물 중 총 6가지(baicalein, nobiletin, meso-dihydroguaiaretic acid, pinoresinol, syringaresinol, celastrol)가 스트로빌루린과 상호작용하여 항진균 및 항아플라톡신의 효과가 상승하는 것으로 보였으며, 그 중 baicalein이 스트로빌루린과 함께 사용되었을 때 그 효과가 가장 큰 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 천연 화합물 간의 상호작용을 활용하여 내성으로 인한 독성이 문제가 되고 있는 스트로빌루린의 사용을 최소화하고 항진균 및 항아플라톡신 효과를 극대화 할 수 있는 방법을 제시한다.

연구배경

최근 항암, 항미생물, 항균, 항산화 등의 효능이 있는 천연물에 관한 관심이 증대해지고 있으나 multi-components(MC) 특성을 보이는 천연물 간의 상호작용(상가작용; 작용 유지, 상승작용; 작용 증가, 길항작용; 작용 상쇄)에 관한 연구는 미미한 수준이었다. 따라서 본 연구팀에서는 MC 천연물의 독성 상호작용을 평가하고 각 상호작용을 이용하여 독성 완화/활성 증대 조합을 최적화하는 연구를 통하여 MC 천연물을 활용할 수 있는 방안을 모색해왔다. 이러한 연구의 일환으로 내성으로 인한 독성이 문제시되고 있는 항진균제 스트로빌루린과 천연 식물성 화합물 간의 상승적인 상호작용에 의해 공중 보건상 문제가 되고 있는 발암성 곰팡이독소인 아플라톡신과 이를 생성할 수 있는 독성(mycotoxigenic) 곰팡이를 제어할 수 있는 가능성에 대해 연구하였다.

연구내용

- 스트로빌루린과 baicalein 간의 상호작용에 의한 상승적인 항진균 및 항아플라톡신 효과 규명
총 33개의 플라보노이드, 20개의 테르페노이드 및 15개의 리그난을 포함하여 총 68개의 식물성 화합물의 항진균 및 항아플라톡신 효과를 평가하였으며, 그 효과가 있었던 식물성 화합물 중 fractional inhibitory concentration index(FICI)의 값이 가장 작았던 baicalein(FICI<0.25)이 스트로빌루린과의 상호작용에 의한 상승적인 항진균 및 항아플라톡신 효과 평가에 사용되었다.
스트로빌루린(azoxystrobin, AZ)와 pyraclostrobin, PY)과 baicalein 간의 synergistic antifungal effect는 checkerboard assay를 사용하여 A.flavus의 conidia germination에 대해 추가적으로 확인되었다. 그 결과 baicalein은 용량 의존적으로 AZ와 PY의 항진균 효능을 향상시켰으며 각각의 상승효과를 위한 baicalein의 농도는 0.5 μg/ml 및 0.063 μg/ml였다. 특히, checkerboard test에서 AZ와 PY를 단독으로 사용할 시 A.flavus의 conidia germination를 완전히 억제할 수 없음이 관찰되었으나 AZ와 PY를 baicalein과 함께 처리하면 spectrophotometer(OD595)로 확인하였을 때 그 억제가 100% 되는 것으로 나타났다.
스트로빌루린과 baicalein 간의 상호작용으로 인한 항아플라톡신 효과는 float culture method로 확인되었다. AZ 및 PY(0.5 μg/ml)를 단독으로 처리하면 아플라톡신 B1의 생성을 각각 49.6% 및 43.9% 억제하는 반면 baicalein과 함께 처리할 시 그 효과가 상승되어 각각 69.3% 및 78.8% 억제하는 것으로 나타났다.
A.flavus에 대한 스트로빌루린과 baicalein의 in situ에서의 항진균 및 항아플라톡신 활성을 옥수수 종자에서 시험하였다. AZ 및 PY를 단독으로 처리하였을 때에 비해 baicalein과 함께 처리했을 때 시험된 종자의 절반 이상에서 곰팡이 성장을 완전히 억제하여 향상된 항진균 활성을 나타내었다. 특히 옥수수 종자에 대한 평균 hypha coverage rate (%)는 AZ, PY, baicalein, AZ+baicalein, PY+baicalein 처리 순서대로 약 94.9%, 78.4%, 74.7%, 91.2%, 26.8% 및 28.2%였다. 옥수수 종자에서의 아플라톡신 B1 생성 또한 AZ 및 PY를 단독으로 처리했을 때에 비해 baicalein과 함께 처리하였을 때 그 생성이 더욱 억제되는 것을 확인하였다.

[그림 1] 스트로빌루린과 baicalein의 상호작용에 의한 상승적인 항진균 및 항아플라톡신 효과

연구성과

본 연구의 결과인 ‘스트로빌루린과 식물성 화합물의 상호작용으로 인한 상승적인 항진균 및 항아플라톡신 효과’는 그 중요성을 인정받아 특허 2건 출원 및 Journal of Hazardous Materials에 게재되었다.

기대효과

본 연구에서는 스트로빌루린과 baicalein 간의 상호작용으로 인한 상승적인 항진균 및 항아플라톡신 효과를 규명했으며, 연구의 결과는 스트로빌루린의 성능을 촉진하는 chemosensitizing agent의 개발을 위한 기초적인 자료가 될 것으로 예상된다.

[관련성과]
- TIAN, Fei, et al. Effect of plant-based compounds on the antifungal and antiaflatoxigenic efficiency of strobilurins against Aspergillus flavus. Journal of Hazardous Materials, 2021, 415: 125663.
- 특허 ‘천연물 상호작용 분석 시스템 및 방법’ 출원(10-2021-0031195)
- 특허 ‘스트로빌루린계 화합물 및 플라보노이드계 화합물을 포함하는 항진균용 및 아플라톡신 생산 억제용 조성물’ 출원 (10-2021-0021269)