다목적용액에서 천연보존제로서의 Allyl 유도체의 항균활성 <상>
2010-06-22 이재령
목적: 본 연구는 마늘 allyl 유도체의 안질환 세균에 대한 항균활성을 조사하고, 이를 다목적용액(mps)에 응용함 으로써 천연물유래 마늘성분을 이용하여 mps 개발에 대한 기초자료를 얻고자 실시하였다. 방법: 녹농균(pseudomonas aeruginosa)과 황색포도상구균(staphyloccus aereus)에서 마늘유래 allyl 유도체인 diallyl sulfide(das)의 항균활성을 측정하였으며, 항균활성이 없는 mps에 das를 함께 처리하여 세균의 생육억제 효과를 측정하였다.
결과: 50%의 생육저해(ic50)를 나타내는 das농도는 녹농균과 황색포도상구균 각각 0.25%와 0.64% 였다. mps의 항균활성 실험에서 a사의 제품은 효과가 없었으며 b사의 제품은 두 균 모두에서 항균활성을 보였다. b사 mps의 항균활성은 그람음성과 그람양성 세균에 대해 모두 유의한 차이를 나타내지 않았다. 따라서 das의 항균활성을 이용한 보존제의 개발을 위해 처리된 농도에서 항균활성을 나타내지 않은 a사의 mps를 사용하여 a사의 mps에 das를 첨가하여 항균활성을 조사한 바 das의 항균활성 효과가 나타났으며, 콘택트렌즈 살균제에 대한 적용가능성이
확인되었다. 결론: 마늘의 allyl 유도체는 황색포도상구균과 녹농균에 대한 항균작용을 나타내었으며, 녹농균에서 더 큰 항균활성을 가지는 것으로 나타났다. 따라서 마늘성분과 같은 천연물유래 항균활성물질이 mps의 보존제로 개발 가능성이 있음을 시사한다.
주제어: diallyl sulfide(das), 마늘, 다목적용액(mps), 항균활성
【서 론】
녹농균(pseudomonas aeruginosa, p. aeruginosa)과 황색포도상구균(staphylo-coccus aureus, s. aureus)은 대표적인 세균성 각막궤양(corneal ulcer) 혹은 각막염(keratitis)의 원인이 되는 세균이다. 이러한 세균의 직접 혹은 간접적인작용은 각막염이 치유된 후에도 조직손상에 의한 각막혼탁을 유발함으로서 심각한 시력장애의 원인이 된다고 알려져 있다‘1’.
세균각막염은 외상이나 콘택트렌즈 착용으로 인한 허혈성 손상(ischemic injury), 혹은 만성적인 안구표면질환 등으로 인해 각막에서의 방어기전이 과도하게 활성화되면서 각막조직의 손상이 발생된다‘1’. 한국의 가장 흔한 각막염 원인균은 녹농균으로, 콘택트렌즈의 착용이 감염의 주요한 위험인자로 알려져 있다‘2’. 특히, 녹농균에 의한 세균 각막염은 임상경과의 진행이 매우 빠르고 세균이 분비하는 단백분해효소(protease)와 독소에 의해 각막세포가 파괴되어 심각한 각막천공을 일으킨다고 알려져 있다‘3’.
녹농균은 지질다당류(lipopolysaccharide, lps)를 이용하여 콘택트렌즈와 각막표면에 부착한 다음‘4’, 몇 가지 경로의 면역계를 활성화한다. 이는 먼저 각막상피세포에 존재하는toll-like 수용체(tlr)를 활성화시키는데, tlr은 녹농균의 편모(flagella) 혹은 lps를 인식하여 결합 할 수 있으며, 사이토카인(cytokine)과 케모카인(chemokine)과 같은 염증매개체(inflammatory mediator)들을 활성화하여 염증반응(inflammatory response)을 촉진한다‘5’. 사이토카인 혹은 케모카인은 백혈구등의 면역세포들을 조직으로 불러 들여 세균을 파괴하여 세균감염에 대한 면역반응을 하지만 이러한 백혈구와 같은 면역세포들의 계속적인 모집
(recruitment)은 각막세포와 조직을 파괴하여 각막흉터(scar)를 남기게 되며 결국 시력장애에 이르게 된다‘5-7’.
콘택트렌즈는 사용과정에서 단백질, 환경오염물질, 염(salt), 점액단백질-지질복합체(mucoprotein-lipid complex)등의 침착물이 생길 수 있으며, 보관과정에서 안질환 유발세균에 오염될 수 있어, 최근 콘택트렌즈 사용이 증가함에 따라 그 관리의 중요성이 더욱 강조되고 있다. 따라서, 콘택트렌즈 오염방지를 위해 사용되어지는 다목적용액
(multi-purpose solution, mps)에는 다양한 항균물질이 첨가되고 있으며, 렌즈의 보존에 효과적이며 간편하여 그 사용이 증가되고 있다. 그러나 이러한 화학보존제는 항미생물 작용뿐만 아니라 각막상피세포의 세포사(apoptosis)를유도하거나, 세포생존률(cell viability)과 각막손상을 초래하는 등의 세포독성(cytotoxicity)을 일으킬 수 있다‘8-11’,
최근에는 각막상피의 투과도(permeability)에 영향을 미침으로써 세균에 대한 장벽으로써의 기능을 손상시키는 등 이러한 합성화합물의 부작용에 대한 위험성이 고조되고 있다‘12’.
마늘(allium sativum)은 일년생 식물로, 독특한 향을 가지고 있으며 각종 생리활성물질이 함유되어 오래전부터 우리나라의 필수적인 향신 및 강장식품으로 사용되어져 왔다‘13’.
마늘의 독특한 향의 특징은 마늘에 함유되어 있는 함황아미노산인 알린(alliin, s-allyl-l-cysteine sulfoxide)이 마늘 조직의 파괴시 alliinase에 의해 강한 매운맛을 내는 알리신(allicin: diallyl thiosulfinate)이 되고, 알리신이 diallyl sulfide(das), diallyl disulfide(dads), dats(diallyl trisulfide), ajoene(4,5,9-trithiadodeca-1,6,11-triene-9-oxide) 등으로 전환된다‘14’.
이러한 마늘의 allyl 유도체(derivative)는 항균작용, 항산화작용, 항암작용 이외에도 최근 혈중콜레스테롤을 낮추는 등 다양한 생리활성이 보고되고 있다‘15’.
마늘의 항균작용은 s-s(o)-기를 분자구조로 가지고 있는 allicin(allyl2-propene-thiosulfinate) 때문인데‘16’, allicin은 휘발성 물질로 alliinase에 의해 생성된다. alliinase는 마늘의 alliin과는 다른 세포내에 있기 때문에 마늘조직이 파괴될 때 효소에 의해 여러 가지 allyl 유도체로 전환되는데, 이 반응은 2분 이내에 80%이상이 매우 빠른 속도로 진행된다‘17’.
생마늘을 씹거나 마늘이 분쇄될 때 즉각 매운 맛과 냄새가 나는 것이 이러한 이유에서이다. allyl 유도체는 ajoene, das, dads, dadts와 같은 lipid-soluble과 s-allylcysteine (dac),s-allylmercapto-cysteine(samc)등과 같은 water-soluble 성분으로 나뉘는데, lipid-soluble성분이 더 생리활성이 강하며, 다양한 임상적 효능을 가지고 있다‘17,18’.
특히, 암세포의 세포증식을 억제하는 효능은lipid-soluble 성분이 더욱 강한 것으로 알려져 있다‘18’.이와 같은 다양한 기능에도 불구하고, 아직 mps에 첨가되는 보존제로서의 이용에 대한 allyl 유도체에 대한 연구는 없었으며, 또한 마늘에 포함되어 있는 다양한 성분에대한 특이적인 항미생물 작용에 대한 연구결과도 미미한 실정이다. 따라서 본 연구는 마늘 allyl 유도체의 안질환세균에 대한 항균활성을 조사하고, 이를 mps에 응용함으로써 천연물유래 마늘성분을 이용하여 다목적용액에 적용 될 수 있는 천연항균보존제의 개발에 대한 기초 자료를 얻고자 한다.
【재료 및 방법】
1. 시약
마늘의 주요 성분으로 allyl 유도체인 diallyl sulfide (das)를 aldrich에서 구입하여 항균효과 시험용으로 사용하였다.
2. 공시균주 및 배지
항균력 측정에 사용한 균주는 미생물보존센터에서 분양받은 pseudomonas aeruginosa kccm 11328과 staphyloccus aereus kccm 12256 이다. 균의 증식과 항균력 측정을 위해 difco사의 nutrient broth(nb) 배지를 사용하였으며, nb배지의 조성은 0.3% bacto beef extract와 0.5% bactopeptone이다.
3. 항균활성 측정
항균력 측정을 위하여 평판배지에 배양된 각 균주 1 백 금이를 취하여 30 ml nutrient broth의 액체배지에 접종하고, 37oc에서 20시간 배양하여 활성화 시켰다.
미생물 증식억제 효과를 조사하기 위하여 30 ml nutrientbroth 액체배지에 das와 mps는 0.1, 0.2, 0.3, 0.6, 0.7,1.0, 1.2%의 각 농도별로 첨가한 후 lb를 blank로 하여 660 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 활성화된 균 배양액 1.0 ml를 첨가하고 37oc, 180 rpm으로 20시간 진탕배양한 후 660 nm에서 흡광도를 측정하여 항균활성을 비교하였다. das와 mps의 % 농도별 처리는 액체배지 30 ml에 das 0.06 ml를 첨가하여 final concentration 0.2%가 되게 처리하였다. 이와같은 방법으로 실험범위내의 각각의 농도별로 처리하였다.