KR101725326B1 - 항균활성을 갖는 신규 미생물 및 그를 이용한 슈덴 생산방법 - Google Patents

항균활성을 갖는 신규 미생물 및 그를 이용한 슈덴 생산방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 붉은멍게 내장시료로부터 분리된 항균활성물질 생산능이 우수한 미생물인 신규 슈도알테르모나스 속 M2 균주, 상기 균주로부터 생산되는 항균활성물질을 제공한다.

Description

항균활성을 갖는 신규 미생물 및 그를 이용한 슈덴 생산방법{A novel isolated midroorganism having antibiotic activity and a production method of pseudane using the same}
본 발명은 항균활성을 갖는 신규 미생물에 관한 것으로서, 더 상세하게는 항균활성을 갖는 신규 미생물 및 그를 이용한 슈덴 생산방법에 관한 것이다.
4-퀴놀론 알칼로이드(quinolone alkaloid)는 주로 식물과 미생물로부터 분리되고, 항균활성을 갖고 있는 화합물로, 예를 들어 2-alkyl-4(1H)-quinolones(AQs) 와 1-methyl-2-[(4Z)-tridecenyl]-4(1H)-quinolone 및 에보카파인(evocarpine)과 이들의 구조이성질체(structural isomer)들은 오수유(Evodia rutaecarpa) 추출물에서 분리되어 헬리코박터(Helicobacter pylori)에 대한 항균활성이 보고되었다(Hamasaki et al., Microbiol. Immunol. 44:9-15, 2000, Rho et al., Biol. Pharm. Bull. 22:1141-1143, 1999). 특히, 슈덴(pseudane)과 그 유도체들은 퀴놀론계(quinolones) 화합물로써 지금까지 Pseudomonas methanica, P.aeruginosa, marine Chromobacterium sp., marine Pseudomonas sp. 및 sponge Suberea creba 등의 종에서 보고되었고 다양한 생물학적 항균활성을 나타내는 것으로 알려져 최근까지 퀴놀론계 항생제 연구 등으로 관심을 받아오고 있다(Heeb et al., FEMS Microbiol. Rev. 35:247-274. 2011).
대한민국 공개특허 제2011-0011968호는 오수유(Evodia fructus)로부터 유래된 퀴놀론 알칼로이드계 화합물을 유효성분으로 포함하는 염증성 질환 또는 감염성 질환의 예방 및 치료용 약학적 조성물을 개시하고 있다.
그러나 아직까지 자연계에서 발굴된 천연 항생물질은 그 종류가 한정되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 항균활성물질 생산능이 우수한 신규 균주와 그를 이용한 슈덴 생산방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 기탁번호 KCCM11518P로 기탁된, 신규 슈도알테르모나스 속 M2(Psudoalteromonas sp. M2) 균주가 제공된다.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 상기 균주를 배양하는 단계; 상기 배양된 균체 또는 배양액으로부터 에틸아세테이트(ethyl acetate) 추출 분획을 추출하는 단계; 및
상기 추출 분획을 이용하여 크로마토그래피로 슈덴 계열 화합물을 정제하는 단계를 포함하는 슈덴 생산방법이 제공된다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 해양생물체로 부터 분리한 미생물을 이용하여 우수한 항균활성을 나타내는 슈덴 생산효과를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 신규한 슈도알테르모나스 속 M2(Pseudoaltermonas sp. M2)의 분자 분류학적 위치를 보여주는 분자계통수를 나타내는 그림이다.
도 2는 본 발명의 슈도알테르모나스 속 M2(Pseudoaltermonas sp. M2)이 생산하는 슈덴(pseudane) 주성분의 구조를 확인한 것이다. LC-MS/MS를 이용하여 pseudane-V(왼쪽 하단)과 pseudane-Ⅶ(오른쪽 하단)의 구조를 결정한 결과로서, 위는 크로마토그램 결과이고, 아래는 각각의 기초피크(6.08분, 7.54분)의 질량분석 스펙트럼과 MS/MS 스펙트럼 패턴을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 신규한 슈도알테르모나스 속 M2(Pseudoaltermonas sp. M2) 배양액 추출물에 포함된 슈덴(psudane) 유도체와 신규한 대사체들을 LC-MS/MS를 이용하여 구조를 확인한 것이다.
도 4는 본 발명의 신규한 슈도알테르모나스 속 M2(Pseudoaltermonas sp. M2) 이 생산하는 신규물질 2종의 구조를 LC-MS/MS로 확인한 것이다. LC-MS/MS를 이용하여 2-isopentylquinolin-4-one(왼쪽하단)과 2-(2,3-dimethylbutyl)quinolin-4-one(오른쪽 하단)의 구조를 결정한 결과로서, 위는 크로마토그램 결과이고, 아래는 각각의 기초피크(5.99분, 6.67분)의 질량분석 스펙트럼과 MS/MS 스펙트럼 패턴을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 신규한 슈도알테르모나스 속 M2(Pseudoaltermonas sp. M2)이 생산하는 신규물질 2종의 구조를 1H-NMR로 확인한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 신규한 슈도알테르모나스 속 M2(Pseudoaltermonas sp. M2)균주의 어류 병원성 미생물에 대한 항균 활성을 관찰한 사진이다.
용어의 정의:
본 문서에서 사용되는 용어 "붉은멍게(Halocynthia aurantium)"는 원색동물문 미색강 측성멍게목 우렁쉥이과에 속하며 영명으로는 복숭아와 유사한 형태를 보이기 때문에 바다복숭아로 불리고 있다. 일본 북해도, 미국 베링해, 알래스카 반도, 캐나다 북부 연안과 한국 동해안에 주로 분포하고 있으며 산란기는 9월과 12월 사이에 알려져 있다. 우리나라 동해안에서의 서식형태는 암반이나 인공어초 등에 부착하여 군락으로 분포하며, 서식수심은 대략 20 ~ 100 m 정도로 나타난다.
본 문서에서 사용되는 용어 "슈도알테르모나스 속 M2(Pseudoaltermonas sp. M2)"는 동해안의 붉은멍게 내장으로부터 분리한 미생물 중 항균활성 이차대사산물 생산능이 우수한 슈도알테르모나스(Psudoalteromonas sp.)속의 신규 종으로 최종적으로 선별된 균주이다.
본 문서에서 사용되는 용어 "슈덴(pseudane)"은 슈도모나스 속(Pseudomonas) 속 세균이 분비하는 항균활성을 갖는 2-n-alkyl-4-hydroxyquinoline의 일반식을 가진 수산화퀴놀린 유도체를 의미한다.
발명의 상세한 설명:
본 발명의 일 관점에 따르면, 기탁번호 KCCM11518P로 기탁된, 신규 슈도알테르모나스 속 M2(Psudoalteromonas sp. M2) 균주가 제공된다.
상기 균주는 16S rDNA가 서열번호 1로 기재되는 핵산서열을 갖는다.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 상기 균주를 배양하는 단계; 상기 배양된 균체 또는 배양액으로부터 에틸아세테이트(ethyl acetate) 추출 분획을 추출하는 단계; 및
상기 추출 분획을 이용하여 크로마토그래피로 슈덴 계열 화합물을 정제하는 단계를 포함하는 슈덴 생산방법이 제공된다.
상기 슈덴 계열 화합물은 슈덴-IV, VI, Ⅷ, Ⅸ, Ⅹ, 2-isopentylquinolin-4-one 또는 2-(2,3-dimethylbutyl)quinolin-4-one일 수 있다.
상기 크로마토그래피는 HPLC(high performance liquid chromatography), LC(liquid chromatography), GC(gas chromatography), PC(paper chromatography) 또는 UPLC(ultra performance liquid chromatography)일 수 있다.
본 발명자들은 동해안의 붉은멍게 내장으로부터 토착 미생물을 확보하고 확보된 미생물중 항균활성 이차대사산물 생산능이 우수한 균주 M2을 선별하여 동정한 결과, 기존에 알려지지 않은 새로운 미생물 종임을 확인하고 슈도알테르모나스 속 (Pseudoaltermonas sp. M2)라 명명하였다. 신규로 분리한 슈도알테르모나스 속 (Pseudoaltermonas sp. M2)로부터 이차대사산물의 주성분이 슈덴(pseudane)류와 그 유도체임을 LC-MS/MS 및 NMR 분석법으로 확인하였고, 이들 이차대사산물을 이용하여 항균활성을 수행함으로써 본 발명을 완성하였다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1: 신규 균주의 분리
본 발명의 일 실시예에 따라 붉은 멍게로부터 항균활성 이차대사산물의 생산능이 우수한 신규 미생물을 분리하였다.
구체적으로, 0.3% 효모 추출물(Difco)과 0.5% 프로테오스 펩톤(Difco)이 첨가된 marine broth 2261(Difco)에 한천 배지에 붉은 멍게(동해 강릉) 내장을 도말한 후 20℃에서 약 5일간 배양하여 형태적으로 다른 400 균주를 1차 선별하였다. 상기 균주를 YPM 액체 배지에서 48시간 배양 후 배양상등액을 10배 농축하였고 항균활성 측정을 위하여 Vibrio anguillarum 균을 BHI 한천 배지에 도말하고 0.8 cm Paper-disk에 상기 농축 배양상등액 50 ㎕를 분주한 후 저지대를 형성하여 항균활성을 강하게 나타내는 10균주를 2차 선별하였다. 상기 선별된 균주를 Marine agar 배지에서 여러 번의 계대배양을 통해 순수분리 균주를 얻은 후 M2로 명명하였고 배양액을 추출하여 액체크로마토그래피 질량분석(LC-MS/MS)을 수행하였다.
그 결과, 주성분으로 슈덴-V(m/z 216, [M+H]+)와 슈덴-Ⅶ(m/z 243, [M+H]+)의 생산능이 우수한 M2 균주를 최종적으로 선별하였다(도 1).
실시예 2: 상동성 분석
본 발명의 일 실시예에 따라 최종 선별한 M2 균주의 염기서열을 이용하여 상동성을 분석하였다.
구체적으로, 상기 선별된 M2 균주를 순수 배양하고 16S rDNA를 분리한 후, BLAST 프로그램을 이용하여 16S rRNA 유전자 염기서열에 대한 핵산서열을 결정하였고(서열번호 1), 해당 서열과 종래의 알려진 서열과의 상동성(homology)을 비교하기 위하여 분자계통분류학적 분석을 수행한 결과, 상기 M2 균주는 슈도알테르모나스 속(Psudoalteromonas sp.)에 속하는 균주로서 이 속의 다른 균주들과 비교했을 때, Psudoalteromonas prydzensis와 98.69%, Psudoalteromonas atlantica와 98.38% 및 Psudoalterpmonas espejiana와 98.33%의 상동성을 나타내었다(도 2). 따라서 상기 분리한 균주를 슈도알테르모나스 속 M2(Psudoalteromonas sp. M2)로 명명하였고 이를 2014년 2월 6일자로 한국미생물보존센터(KCCM)에 기탁하여, 수탁번호 KCCM11518P를 부여받았으며 상기 균주의 16S rDNA 서열을 2014년 00월 00일자로 GenBank에 등록하였다(GenBank 접근 번호: KJ407077).
실시예 3: 배양액 추출물의 제조
본 발명의 일 실시예에 따라 분리동정한 슈도알테르모나스 속 M2로부터 생산되는 슈덴(pseudane) 추출물을 제조하였다.
구체적으로, 0.3% 효모 추출물(Difco)과 0.5% 프로테오스 펩톤(Difco)이 첨가된 marine broth 2261(Difco) 50 ml에 슈도알테르모나스 속 M2를 접종한 후 20℃, 200 rpm의 조건으로 왕복진탕하면서 48시간동안 배양하였다. 상기 배양액을 7000 rpm에서 10분 동안 원심분리하여 배지상등액과 미생물로 분리하였고 배지 상등액은 동량의 에틸아세테이트(ethyl acetate)로 3회 진탕 추출하여 에틸아세테이트 가용부를 추출하였고, 추출액을 50℃의 수조에서 감압 농축하였다.
그 결과, 상기의 방법으로 얻어진 슈덴(pseudane) 계열 추출물의 생산량은 약 90 mg/L로 확인되었다.
실시예 4: 배양액 추출물의 구성성분 확인
상기 실시예 3에서 제조된 슈도알테르모나스 속 M2의 배양액추출물의 구성성분을 확인하기 위하여 액체크로마토그래피 질량분석법(LC-MS/MS)을 수행하였다.
구체적으로, LC-MS/MS 분석 조건은 이동상으로 0.1% 포름산이 포함된 아세토니트릴(acetonitrile)과 물을 이용하여 0.4 ml/min의 속도로 LC를 수행하였고, 질량분석기(Finnigan LTQ-Orbitrap XL system)와 electrospray ionzation(ESI) 이온화 방법을 사용하였다. 상기 배양액추출물의 LC-MS/MS 분석을 통하여 최대 흡수파장은 244 nm로 확인되었으며, 동일한 최대 흡수파장을 나타내는 9개의 피크를 확인하였다. 상기 9개의 성분 피크는 질량분석법을 통하여 기초피크 및 그 단편화 패턴(MS/MS)이 각각 슈덴-IV(5.31분; m/z 202, [M+H]+), 2-isopentylquinolin-4-one(5.59분; m/z 216[M+H]+), 슈덴-V(6.08분; m/z 216, [M+H]+), 2-(2,3-dimethylbutyl)quinolin-4-one(6.67분; m/z 230[M+H]+), 슈덴-VI(6.83분; m/z 230, [M+H]+), 슈덴-Ⅶ(7.54분; m/z 244, [M+H]+), 슈덴-Ⅷ(8.28분; m/z 258, [M+H]+), 슈덴-IX(8.98분; m/z 272, [M+H]+) 및 슈덴-X(9.71분; m/z 286, [M+H]+)와 일치함을 확인하였다(도 3). 또한, 지금까지 보고되어진 슈덴 생산균주와는 달리 이성질체(isomer)인 2-isopentylquinolin-4-one과 2-(2,3-dimethylbutyl)quinolin-4-one 물질의 생산 확인을 통해 슈도알테르모나스 속 M2의 고유한 특성을 확인하였다(도 4).
실시예 5: 균주로부터 슈덴(pseudane) 계열 정제
본 발명의 일 실시예에 따라 분리한 슈도알테르모나스 속 M2로부터 슈덴 계열 추출물을 정제하였다.
구체적으로 상기 실시예 3에서 제조된 슈덴 계열 추출물 0.5 g을 메탄올 2.5 ml에 용해시킨 후 분리정제용 HPLC 컬럼(Kromasil C18 HPLC Column(10 ㎛, 250 x 30 mm), Sigma-aldrich)을 이용한 고성능액체크로마토그래피(HPLC)를 수행하여 하기와 같은 두 개의 주성분을 분리하였고 하기 화학식 1과 2에 표시하였다.
Figure 112015039454410-pat00001
① 물질 성상: 흰색 분말
② 분자량: 215
③ 분자식: C14H17ON
④ 질량분석치: m/z 216.1382 ([M+H]+)
또한, 고 분해능 질량분석(HR-MS) 스펙트럼 분석결과, 질량 분석치 216.1382{([M+H]+),(계산치; 216.1383, 오차 0.3 ppm)}으로 상기 화학식 1로 표시되는 슈덴-V 화합물(IUPAC Name: 2-Pentyl-4-quinolinol)로 판명되었다.
Figure 112015039454410-pat00002
① 물질 성상: 흰색 분말
② 분자량: 243
③ 분자식: C16H21ON
④ 질량분석치: m/z 244.1693 ([M+H]+)
또한, 고 분해능 질량분석(HR-MS) 스펙트럼 분석결과, 질량 분석치 244.1693{([M+H]+),(계산치; 244.1696, 오차 1.0 ppm)}으로 상기 화학식 2로 표시되는 슈덴-Ⅶ 화합물(IUPAC Name: 2-Heptyl-4(1H)-quinolinone)로 판명되었다.
실시예 6: 슈덴 계열 신규물질 구조동정
상기 실시예 3에서 제조된 항균활성 이차대사산물 추출물로부터 LC-MS/MS 분석을 통해 상기 실시예 5에서 동정한 주성분 외에 슈덴 유도체 시리즈(슈덴-IV, VI, Ⅷ, Ⅸ 및 Ⅹ)의 구조를 동정하였고 LC-MS/MS 분석과 1H-NMR 분석을 통해 신규한 슈덴 유도체인 2-isopentylquinolin-4-one과 2-(2,3-dimethylbutyl)quinolin-4-one 구조를 동정하였다(도 5). 상기 신규 슈덴 유도체의 구조는 각각 하기 화학식 3 및 4에 표시하였다.
Figure 112015039454410-pat00003
① 물질 성상: 흰색 분말
② 분자량: 215
③ 분자식: C14H17ON
④ 질량분석치: m/z 216.1389 ([M+H]+)
⑤ 핵자기공명(NMR) 분석치
1H-NMR(400 MHz, CD2OD) d 8.20 (d, J = 7.2 Hz, 1H), 7.6 (m, 1H), 7.58 (d, J = 8.4 Hz, 1H), 7.40 (t, J = 16.4 Hz, 1H), 6.22 (s, 1H), 2.74 (m, 2H), 1.68 (m, 3H), 0.99 (d, J = 6 Hz, 6H)
⑥ 적외선흡수분광법(FT-IR) 분석치
FT-IR(KBr, cm-1) : 3430, 3255, 3067, 2954, 2872, 2784, 1641, 1596, 1548, 1504, 1473, 1442, 1355, 1322, 1248, 1174, 1137, 1112, 1024, 839, 760
또한, 고 분해능 질량분석(HR-MS) 스펙트럼 분석결과, 질량 분석치 216.1389 {([M+H]+), 계산치; 216.1383, 오차 0.3 ppm)}과 H-NMR 분석으로 상기 화학식 3으로 표시되는 신규화합물 2-isopentylquinolin-4-one로 판명되었다.
Figure 112015039454410-pat00004
① 물질 성상: 흰색 분말
② 분자량: 229
③ 분자식: C15H19ON
④ 질량분석치: m/z 230.1537 ([M+H]+)
⑤ 핵자기공명(NMR) 분석치
1H-NMR(400 MHz, CD2OD) d 8.23 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 7.68 - 7.74 (m, 1 H), 7.63 (s, 1 H), 7.39 - 7.45 (m, 1 H), 6.24 (s, 1 H), 2.79 - 2.91 (m, 1 H), 2.38 - 2.52 (m, 1 H), 1.92 (br. s., 1 H), 1.64 - 1.76 (m, 1 H), 0.99 (dd, J =11.0 Hz, 6.78 Hz, 6 H), 0.89 (d, J = 6.78 Hz, 3 H)
⑥ 적외선흡수분광법(FT-IR) 분석치
FT-IR(KBr, cm-1) : 3426, 3252, 3064, 2959, 2876, 2795, 1639, 1595, 1549, 1504, 1472, 1442, 1354, 1322, 1251, 1217, 1176, 1138, 1112, 1027, 839, 763
또한, 고 분해능 질량분석(HR-MS) 스펙트럼 분석결과, 질량 분석치 230.1537 {([M+H]+), 계산치; 230.1539, 오차 0.8 ppm}과 H-NMR 분석으로 상기 화학식 4로 표시되는 신규화합물 2-(2,3-dimethylbutyl)quinolin-4-one로 판명되었다.
실시예 7: 슈덴 계열 신규물질의 항균 활성 분석
실시예 6에서 동정한 신규 슈덴 유도체인 2-isopentylquinolin-4-one과 2-(2,3-dimethylbutyl)quinolin-4-one의 어류 병원성 미생물에 대한 항균 활성을 할로테스트를 통해 분석하였다. 구체적으로, 어류 병원성 미생물인 Vibrio anguillarum를 BHI 배지에서 배양시킨 후, 상기 배지가 함유된 한천 배지위에 도말하고, 0.8 cm 직경의 종이 디스크를 올린 다음, 정제 또는 합성한 50 mM 2-isopentylquinolin-4-one과 2-(2,3-dimethylbutyl)quinolin-4-one을 각각 60 ㎕ 정도 떨어뜨렸다. 그 후, 30℃에서 24시간 배양하고 관찰한 결과, 투명환이 형성되어 V. anquillarum에 대하여 항균활성을 나타내는 것을 확인하였다(도 6).
상기 결과들로부터 본 발명의 일 실시예에 따른 멍게 내장으로부터 분리한 신규 균주는 퀴놀론계(quinolones) 화합물인 슈덴(pseudane)과 그 유도체로 확인되었다. 결론적으로 상기 슈덴(pseudane)과 그 유도체는 생물학적 항균활성이 우수하므로 천연 항생물질로 사용할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
한국미생물보존센터(국외) KCCM11518P 20140206
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Claims (7)

  1. 기탁번호 KCCM11518P로 기탁된, 신규 슈도알테르모나스 속 M2(Psudoalteromonas sp. M2) 균주.
  2. 제1항에 있어서,
    16S rDNA가 서열번호 1로 기재되는 핵산서열을 갖는, 신규 슈도알테르모나스 속 M2 균주.
  3. 제1항 또는 제2항의 균주를 배양하는 단계;
    상기 배양된 균체 또는 배양액으로부터 에틸아세테이트(ethyl acetate) 추출 분획을 추출하는 단계; 및
    상기 추출 분획을 이용하여 크로마토그래피로 슈덴 계열 화합물을 정제하는 단계를 포함하는 슈덴 생산방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 슈덴 계열 화합물은 슈덴-IV, Ⅴ, VI, Ⅶ, Ⅷ, Ⅸ, Ⅹ, 2-isopentylquinolin-4-one 또는 2-(2,3-dimethylbutyl)quinolin-4-one인 슈덴 생산방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 크로마토그래피는 HPLC(high performance liquid chromatography), LC(liquid chromatography), GC(gas chromatography), PC(paper chromatography) 또는 UPLC(ultra performance liquid chromatography)인 슈덴 생산방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
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