KR102408301B1 - 항균 활성을 갖는 신균주 스트렙토마이세스 sbc-4 및 이의 용도 - Google Patents

항균 활성을 갖는 신균주 스트렙토마이세스 sbc-4 및 이의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 균주 또는 그 배양액을 유효성분으로 포함하는 항균 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 균주 또는 그 배양액을 포함하는 조성물은 다양한 균들에 대해 항균를 나타내며, 본 발명의 조성물은 병원성 유해 세균에 의해 발생하는 다양한 세균 감염증에 적용이 가능하다.
또한, 본 발명의 조성물은 화장료 조성물, 식품 또는 사료 보존용 첨가제 조성물 등의 다양한 분야에서 항균 및 방부 목적으로 유용하게 이용가능하다.

Description

항균 활성을 갖는 신균주 스트렙토마이세스 SBC-4 및 이의 용도{Novel Strain of Streptomyces sp. SBC-4 Having Anti-bacterial Activity, and Uses thereof}
본 발명은 항균 활성을 갖는 스트렙토마이세스 속 신균주 SBC-4 및 이의 용도에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 강원도 평창군에 위치한 백룡동굴의 월유 (Moonmilk)에서 분리된 신균주 스트렙토마이세스 스펠운캐 SBC-4 및 이를 유효성분으로 포함하는 항균 조성물에 관한 것이다.
생물체의 항상성(homeostasis)을 유지하는 과정에서 중요한 역할을 담당하고 있는 물질 중 일부가 각종 생물체 유래의 생리 활성 물질이다. 지금까지 수많은 생리활성 물질에 관해 많은 연구가 진행되고 있으며, 그 중, 항균 물질에 관한 연구는 생명과학 및 의학 분야에서 매우 중요한 영역이다.
모든 생명체는 생존을 위하여 항균 물질을 생산하는 것으로 알려져 있는데, 항균 물질을 생산하는 미생물에 관해서 많은 연구가 이루어지고 있으며, 항균 물질을 생산하는 미생물 또는 이들에게서 분리된 물질을 이용해 항균제를 개발하고자 하는 연구들이 오래전부터 시도되고 있다.
한편, 특정 생태 환경에서 미생물 역할을 연구하는 것은 그 생태 환경이 유지되는 방식에 대한 메커니즘을 이해하는 데 매우 중요하다. 예를 들면, 동굴은 햇빛이 들지 않고, 영양분이 제한적으로 공급되며, 생물체의 활동과 미네랄 공급 사이에 다양한 상호 작용이 있는 자연적인 지하 개구부이다(Akob and Kusel, 2011). 동굴은 빛의 양에 따라 엔트런스(entrance), 트와일라잇(twilight), 트랜지션(transition) 및 디프 다크 존(deep dark zone)의 4개 영역으로 나눌 수 있다(Barton, 2006). 또한, 동굴은 외부 환경에 비해 습도가 높고(80-100%), 이산화탄소 분압이 높은 경우가 많다. 석회 동굴에는 주로 탄산칼슘(CaCO3)으로 구성된 종유관(soda straw), 석순(stalactite), 종유석(stalagmite), 월유(Moonmilk)와 같은 다양한 유형의 동굴 침전물(speleothems)이 있다. 월유(Moonmilk)는 다양한 국가와 기후를 포함하여 전 세계 석회암 동굴의 벽과 천장에서 일반적으로 관찰되는 흰색 침전물로, 수분함량에 따라 소프트한 파우더 형태의 침전물이다(Canaveras et al., 2006; Curry et al., 2009; Cacchio et al., 2012).
또한, 월유는 미생물 필라멘트(microbial filaments)와 유사하게 마이크로미터 또는 나노 미터 길이의 결정 또는 필라멘트를 갖는 다양한 형태로 구성되는 것이 특징이다(Canaveras et al., 2006; Curry et al., 2009; Cacchio et al., 2012; Canaberas et al., 1999; Hii and Forti, 2007).
월유 형성이 비생물학적 또는 생물학적 과정을 통해 발생하는지에 대하여 명확히 밝혀지지 않았으나, 다양한 진핵생물 및 원핵생물의 활성이 월유 형성에 발견되거나 관여하는 것에 대해 최근 많은 연구들이 보고된 바 있다(Canaveras et al., 2006; Cacchio et al., 2012; Canaberas et al. al., 1999; Northup and Lavioe, 2001; Barton and Northup, 2007; Portillo and Gonzalez, 2007; Rooney et al., 2010; Portillo and Gonzalez, 2011; Sanchez-Moral et al., 2012). 활발하게 형성되는 월유는 일반적으로 수분이 많은 특성(wet traits)이 있는데, 시간이 경과함에 따라 건조 특성(dry traits)으로 변하는 것으로 알려져 있다(Cacchio et al., 2012). 따라서, 동굴 생태계 내에 존재하는 월유의 활성 상태에 따라 다양한 미생물 군집이 존재하며, 특정 월유 활성 시기에 따라 일반 생태계에서 볼 수 없는 희귀 미생물을 관찰할 수 있다.
그러나, 아직까지 동굴 생태계에 존재하는 미생물에 대한 연구는 미미한 실정이고, 간혹 희귀 동굴 미생물 발굴 등의 성과가 보고된 적이 있으나, 동굴 미생물의 항균 활성과 관련된 연구 성과는 미미한 상태이며, 항균 효과가 뛰어나 상용화 가능성이 높은 미생물을 발굴하는 것이 필요한 실정이다.
이러한 배경 하에서, 본 발명자들은 희귀 동굴 미생물 중에서 항균 활성을 갖는 신규 균주를 찾기 위해 예의 노력한 결과, 강원도 평창의 백룡동굴의 월유에서 분리된 스트렙토마이세스 속 신규 균주가 우수한 항균 활성이 있어 항균 조성물로 유용하게 활용할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 주된 목적은 항균 활성을 갖는 스트렙토마이세스 속 신규 균주와, 상기 균주에서 유래하고 저온 특이적으로 항생물질의 생산을 촉진하는 조절유전자를 제공하는 데 있다.
또한, 본 본 발명의 다른 목적은 상기 스트렙토마이세스 속 신규 균주를 이용한 항균 조성물을 제공하는데 있다
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 항균 활성을 갖는 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P)을 제공한다.
본 발명의 용어 "스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004 균주"는 백룡동굴 월유에서 본 발명자들에 의해 새롭게 분리 동정된 신규한 스트렙토마이세스 스펠운캐 균주로서, “Streptomyces 4 from Baeg-nyong Cave”의 약자인 "SBC 4 균주" 또는 "SBC 4"와 혼용하여 사용할 수 있다.
본 발명자들은 국내 동굴에서 자생하는 여러 희귀 미생물의 생태와 미생물에서 분리된 생리활성 물질에 대해 수년간 조사 분석하였고, 그 결과 백룡동굴에서 유래한 스트렙토마이세스 속 균주의 항균 효과와 관련 유전자들의 유전자 발현 양상을 집중적으로 연구하였다. 그 결과, 본 발명의 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004 균주가 다른 분리 균주들과 달리 병원성 미생물에 대해 우수한 항균 활성을 갖는 것을 확인하였고, 추가적으로 상기 스트렙토마이세스 속 신균주가 저온 특이적으로 항생물질의 생산을 촉진하는 조절유전자(regulator gene)를 통해 항균물질의 생산 조절이 가능함을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명자들은 스트렙토마이세스 속 신균주와 종래 공지된 균주들의 MLST 분석과 세포막을 구성하는 지방산(Fatty acid) 성분을 비교 분석한 결과, 본 발명의 균주가 스트렙토마이세스 속에 속하는 새로운 균주임을 확인하여 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004로 명명하였고, 한국생명공학연구원 생물자원센터에 2020년 1월 7일자로 기탁하고, 수탁번호 KCTC 18803P를 부여받았다.
본 발명에서, 상기 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P)는 14℃ 내지 16℃의 저온 특이적으로 항생물질의 생산을 촉진하는 서열번호 1의 조절유전자(regulator gene) 서열을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 균주, 또는 그 배양액을 유효성분으로 함유하는 항균 조성물을 제공한다.
본 발명에서, 상기 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 균주 또는 그 배양액은 그 자체로 항균 활성을 나타내는 것을 특징으로 한다.
상기 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 균주 또는 그 배양액은 다양한 병원성 미생물에 대해 항균 활성이 있다. 본 발명의 균주 또는 그 배양액은 그람 양성균 및 그람 음성균에 대하여 항균 활성을 갖고 있으며, 구체적으로 그람 양성균인 바실러스 속 균주, 스타필로코커스 속 균주, 리스테리아 속 균주, 스타필로코쿠스 속 균주 등에 대해 항균 활성을 갖고, 보다 구체적으로 바실러스 서브틸리스(B. subtilis), 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus), 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria monocytogenes), 메티실린 내성 스타필로코쿠스 아우레우스(MRSA, methicillin-resistant Staphylococcus aureus) 등의 그람 양성균에 항균 활성이 있다. 또한, 본 발명의 균주 또는 그 배양액은 그람 음성균인 에세리키아 속 균주, 슈도모나스 속 균주, 살모넬라 균주, 클렙시엘라 속 균주, 결핵균 등에 대해 항균 활성을 갖고, 보다 구체적으로 대장균(Escherichia coli), 슈도모나스 아에루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 살모넬라 타이피뮤리움(Salmonella Typhimurium), 클렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumoniae), 결핵균(BCG, Mycobacterium bovis bacille Calmette-Gu
Figure 112020027460825-pat00001
rin) 등의 그람 음성균에 항균 활성이 있으며, 진균류인 칸디다 속 균주, 구체적으로 칸디다 알비칸스(Candida albicans)에 항균 활성을 나타내나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에서는 본 발명에 따른 균주의 배양액이 다양한 병원성 세균에 대해 생장 억제 효능이 있는 것을 확인하였다(도 9 및 표 1 참조).
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 항균 활성을 갖는 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 균주 또는 그 배양액을 유효성분으로 포함하는 항균용 약학적 조성물을 제공한다. 본 발명의 항균 활성을 갖는 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 균주 또는 그 배양액은 유해 미생물에 직접 영향을 미치는 것을 통해 탁월한 항균 활성을 나타내므로 항균 및 항진균용 약학적 조성물로 유용하게 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 항균 활성을 갖는 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 배양액 또는 이의 추출물은 약학적으로 허용 가능한 염의 형태로 제조될 수 있다. 구체적으로 산을 첨가함으로써 염을 형성할 수 있고, 예를 들어 무기산(예: 염산, 히드로브롬산, 인산, 질산, 황산 등), 유기 카르복실산(예: 아세트산, 트리플루오로아세트산과 같은 할로 아세트산, 프로피온산, 말레산, 숙신산, 말산, 시트르산, 타르타르산, 살리실산), 및 산성 당(글루쿠론산, 갈락투론산, 글루콘산, 아스코르브산), 산성 폴리사카리드(예: 히알우론산, 콘드로이틴 술페이트, 아르기닌산), 콘드로이틴 술페이트와 같은 술폰산 당 에스테르를 포함하는 유기 술폰산(예: 메탄, 술폰산, p-톨루엔 술폰산) 등을 첨가하여 염을 형성할 수 있다.
본 발명의 항균 활성을 갖는 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 균주 또는 그 배양액은 임상투여시 경구 또는 비경구로 투여가 가능하며 일반적인 의약품 제제의 형태로 사용될 수 있다.
즉, 본 발명의 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 균주 또는 그 배양액은 실제로 경구 또는 비경구의 여러 가지 제형으로 투여될 수 있는데, 제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제된다. 비경구투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조제제, 좌제가 포함된다. 비수성용제, 현탁용제로는 프로필렌글리콜(Propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(witepsol), 마크로골, 트윈(tween) 61, 카카오지, 리우린지, 글리세로제라틴 등이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 균주 또는 그 배양액은 생리식염수 또는 유기용매와 같이 약제로 허용된 여러 전달체(carrier)와 혼합하여 사용될 수 있고, 안정성이나 흡수성을 증가시키기 위하여 글루코스, 수크로스 또는 덱스트란과 같은 카보하이드레이트, 아스코르브 산(ascorbic acid) 또는 글루타치온과 같은 항산화제(antioxidants), 킬레이트화제(chelating agents), 저분자 단백질 또는 다른 안정화제(stabilizers)들이 약제로 사용될 수 있다.
본 발명의 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 균주 또는 그 배양액의 유효용량은 0.01 내지 10 ㎎/㎏이고, 바람직하게는 0.1 내지 1 ㎎/㎏ 이며, 하루 1회 내지 3회 투여될 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물에서 또는 그 배양액은 총 유효량은 볼루스(bolus) 형태 혹은 상대적으로 짧은 기간 동안 주입(infusion) 등에 의해 단일 투여량(single does)으로 환자에게 투여될 수 있으며, 다중 투여량(multiple does)이 장기간 투여되는 분할 치료 방법(fractionated treatment protocol)에 의해 투여될 수 있다. 상기 농도는 약의 투여 경로 및 치료 횟수뿐만 아니라 환자의 나이 및 건강상태 등 다양한 요인들을 고려하여 환자의 유효 투여량이 결정되는 것이므로 이러한 점을 고려할 때, 이 분야의 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 신균주 JS-169 또는 그 배양액의 약학적 조성물로서의 특정한 용도에 따른 적절한 유효 투여량을 결정할 수 있을 것이다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 항균 활성을 갖는 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 또는 그 배양액를 유효성분으로 함유하는 항균용 화장료 조성물을 제공한다.
본 발명의 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 또는 그 배양액은 유해 미생물에 직접 영향을 미치는 것을 통해 탁월한 항균 활성을 나타내므로 항균용 화장료 조성물로 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 화장료 조성물은 유효성분으로 상기 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 균주 또는 그 배양액 이외에 화장료 조성물에 통상적으로 이용되는 성분들이 포함되며, 예컨대 항산화제, 안정화제, 용해화제, 비타민, 안료 및 향료와 같은 통상적인 보조제, 그리고 담체를 포함한다.
본 발명의 화장료 조성물은 당업계에서 통상적으로 제조되는 어떠한 제형으로도 제조될 수 있으며, 예를 들어, 용액, 현탁액, 유탁액, 페이스트, 겔, 크림, 로션, 파우더, 비누, 계면활성제-함유 클렌징, 오일, 분말 파운데이션, 유탁액 파운데이션, 왁스 파운데이션 및 스프레이 등으로 제형화될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 보다 상세하게는, 유연 화장수(스킨), 영양 화장수(밀크로션), 영양 크림, 맛사지 크림, 에센스, 아이크림, 클렌징 크림, 클렌징 포옴, 클렌징 워터, 팩, 스프레이 또는 파우더의 제형으로 제조될 수 있다.
본 발명의 제형이 페이스트, 크림 또는 겔인 경우에는 담체 성분으로서 동물성 유, 식물성 유, 왁스, 파라핀, 전분, 트라가칸타, 셀룰로오스 유도체, 폴리에틸렌 글리콜, 실리콘, 벤토나이트, 실리카, 탈크 또는 산화아연 등이 이용될 수 있다.
본 발명의 제형이 파우더 또는 스프레이인 경우에는 담체 성분으로서 락토스, 탈크, 실리카, 알루미늄 히드록시드, 칼슘 실리케이트 또는 폴리아미드 파우더가 이용될 수 있고, 특히 스프레이인 경우에는 추가적으로 클로로플루오로히드로카본, 프로판/부탄 또는 디메틸 에테르와 같은 추진체를 포함할 수 있다.
본 발명의 제형이 용액 또는 유탁액인 경우에는 담체 성분으로서 용매, 용해화제 또는 유탁화제가 이용되고, 예컨대 물, 에탄올, 이소프로판올, 에틸 카보네이트, 에틸 아세테이트, 벤질 알코올, 벤질 벤조에이트, 프로필렌글리콜, 1,3-부틸글리콜 오일, 글리세롤 지방족 에스테르, 폴리에틸렌 글리콜 또는 소르비탄의 지방산 에스테르가 있다.
본 발명의 제형이 현탁액인 경우에는 담체 성분으로서 물, 에탄올 또는 프로필렌 글리콜과 같은 액상의 희석제, 에톡실화 이소스테아릴 알코올, 폴리옥시에틸렌 소르비톨 에스테르 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄 에스테르와 같은 현탁제, 미소 결정성 셀룰로오스, 알루미늄 메타히드록시드, 벤토나이트, 아가 또는 트라가칸타 등이 이용될 수 있다.
본 발명의 제형이 계면-활성제 함유 클렌징인 경우에는 담체 성분으로서 지방족 알코올 설페이트, 지방족 알코올 에테르 설페이트, 설포숙신산 모노에스테르, 이세티오네이트, 이미다졸리늄 유도체, 메틸타우레이트, 사르코시네이트, 지방산 아미드 에테르 설페이트, 알킬아미도베타인, 지방족 알코올, 지방산 글리세리드, 지방산 디에탄올아미드, 식물성 유, 라놀린 유도체 또는 에톡실화 글리세롤 지방산 에스테르 등이 이용될 수 있다.
본 발명의 화장품의 구체예로서는 세안크림, 세안폼, 클렌징크림, 클렌징밀크, 클렌징로션, 마사지크림, 콜드크림, 모이스처크림, 유액, 화장수, 팩, 에프터세이빙크림, 썬텐방지크림, 썬텐용 오일, 비누, 보디샴푸, 헤어샴푸, 헤어린스, 헤어트리트먼트, 양모료, 육모료, 헤어크림, 헤어리퀴드, 세트로션, 헤어스프레이, 헤어브리지, 컬러린스, 컬러스프레이, 퍼머넌트웨이브액, 프레스파우더, 루스파우더, 아이섀도, 핸드크림, 립스틱 등을 들 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 균주 또는 그 배양액을 유효성분으로 함유하는 식품 또는 사료 보존용 조성물을 제공한다.
식품이나 사료의 보존제는 식품이나 사료의 변질, 부패, 변색 및 화학변화를 방지하기 위해 사용되는 첨가물로서 살균제, 산화방지제가 이에 포함되며, 세균, 곰팡이, 효모 등 미생물의 증식을 억제하여 식품, 사료, 화장품, 의약품 등에서 부패미생물의 발육저지 또는 살균작용을 하는 등의 기능성 항균제도 포함된다. 이러한 식품이나 사료의 방부제의 이상적인 조건으로는 독성이 없어야 하며, 미량으로도 효과가 있어야 한다. 본 발명의 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 균주 또는 그 배양액은 유해 미생물에 직접 영향을 미치는 것을 통해 탁월한 항균 활성을 나타므로 상기의 식품이나 사료의 보존제, 화장품 보존제 및 의약품 보존제 등에 폭넓게 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 균주 또는 그 배양액을 함유하는 조성물을 치료를 필요로 하는 개체에 투여하여 병원성 세균을 사멸시키는 단계를 포함하는, 인간을 제외한 동물의 세균성 감염 질환을 치료하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 상기 치료방법은 비록 인간을 제외한 동물을 치료하는 방법이나, 인간에 있어 이러한 치료 방법이 효과가 없음을 의미하는 것은 아니다. 또한, 인간의 경우 있어서 본 발명에 따른 치료용 조성물의 투여로 증상이 호전될 수 있는 세균 감염에 의한 질환을 갖는 것을 고려할 때, 인간의 치료에 있어서도 충분히 사용될 수 있다.
본 발명에서 용어 "인간을 제외한 동물"은 본 발명에 따른 치료용 조성물의 투여로 증상이 호전될 수 있는 세균 감염에 의해 유발되는 질환을 갖는 인간만을 제외한 말, 양, 돼지, 염소, 낙타, 영양, 개 등의 동물을 의미한다. 본 발명에 따른 치료용 조성물을 인간을 제외한 동물에게 투여함으로써, 세균 감염에 의한 질환을 효과적으로 예방 및 치료할 수 있다.
본 발명에서 용어 "투여"는 어떠한 적절한 방법으로 동물에게 소정의 물질을 도입하는 것을 의미하며, 본 발명에 따른 치료용 조성물의 투여 경로는 목적 조직에 도달할 수 있는 한 어떠한 일반적인 경로를 통하여 경구 또는 비경구 투여될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 치료용 조성물은 유효성분이 표적 세포로 이동할 수 있는 임의의 장치에 의해 투여될 수 있다.
본 발명에 따른 치료용 조성물의 바람직한 투여량은 치료 대상 동물의 상태 및 체중, 질병의 정도, 약물형태, 투여경로 및 기간에 따라 다르지만, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다. 그러나, 바람직한 효과를 위해서, 본 발명의 약학적 조성물은 0.01 내지 10 ㎎/㎏이고, 바람직하게는 0.1 내지 1 ㎎/㎏ 이며, 하루 1회 내지 3회 투여할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 항균 활성을 갖는 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P)에서 분리되고, 서열번호 1로 표시되는 14℃ 내지 16℃의 저온 특이적으로 항생물질의 생산을 촉진하는 조절유전자(regulator gene)를 제공한다.
본 발명자들은 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 균주의 전체 게놈 시퀀싱(whole genome sequencing) 분석 결과, 15℃ 및 30℃ 온도 조건에 따른 유전자 발현과 관련된 전사체(transriptome) 분석을 통해 A factor synthase A 유전자가 저온에서 유전자 발현이 증가하는 것을 확인 할 수 있었다(도 15 참조).
상기와 같이 저온에서 유전자 발현이 증가하는 A factor synthase A 유전자는 γ-뷰티로락톤(butyrolactone) 호르몬에 의해 조절되며, 다양한 미생물 종에서 항생제 생산을 조절할 수 있다. 실제로 A factor synthase A 유전자에 의해 합성되는 “A factor”는 스트렙토마이세스 그리세우스(Streptomyces griseus)에서 항생제 생산의 마스터 조절인자(master regulator)의 활성을 촉진하는 것으로 잘 알려져 있다(도 16 참조). 따라서, 본 발명의 상기 조절유전자(regulator gene)는 저온 특이적으로 항생물질의 생산을 촉진하는 조절유전자(regulator gene)로, 다양한 균주의 유전자에 재조합되어 항균물질의 생산을 조절하는데 이용될 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:
(a) 본 발명은 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 균주 또는 그 배양액을 유효성분으로 포함하는 항균 조성물을 제공한다.
(b) 본 발명의 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P) 균주 또는 그 배양액을 포함하는 조성물은 다양한 균들에 대해 항균를 나타내며, 본 발명의 조성물은 병원성 유해 세균에 의해 발생하는 다양한 세균 감염증에 적용이 가능하다.
(c) 또한, 본 발명의 조성물은 화장료 조성물, 식품 또는 사료 보존용 첨가제 조성물 등의 다양한 분야에서 항균 및 방부 목적으로 유용하게 이용가능하다.
도 1은 백룡동굴의 위치와 모습(A, B)을 나타낸 모식도와, 채취한 Dry 월유(C) 및 Wet 월유(D) 집락의 사진이다(샘플이 수집된 위치는 (B)에 빨간색 (moonmilk) 및 파란색 점(토양)으로 표시되었고, 약어 D.M.은 dry moonmilk, 약어 W.M.은 wet moonmilk, C.S.는 calcite soil을 의미).
도 2는 백룡동굴에서 채취한 Dry 월유 및 Wet 월유의 x-ray diffraction 분석 결과이다.
도 3은 백룡동굴에서 채취한 Dry 월유 및 Wet 월유의 SEM 분석 결과이다.
도 4는 Dry 월유, Wet 월유, 및 토양샘플에 존재하는 미생물들에 대한 메타게놈 분석 결과이다.
도 5는 Dry 월유 및 Wet 월유에 비중있게 존재하는 미생물들을 도시한 그림이다.
도 6은 Dry 월유 및 Wet 월유에서 분리된 스트렙토마이세스(streptomyces) 균주 형태를 갖는 9종 균주(SBC 1 내지 9)를 촬영한 사진이다.
도 7은 9종의 분리균주(isolate)에 대한 16S rRNA 분석 결과를 토대로 작성한 계통도이다.
도 8은 Cross streak assay를 설명하는 모식도이다.
도 9는 9종의 분리균주(isolate)의 병원성 미생물에 대한 Cross streak assay 결과를 촬영한 사진이다.
도 10은 SBC 4 균주의 MLST 분석 결과를 정리하여 나타낸 표이다.
도 11은 SBC 4 균주의 전체 게놈 서열을 분석한 결과를 정리하여 나타낸 표이다.
도 12는 SBC 4 균주와 스트렙토마이세스 가드너리 균주의 세포막을 구성하는 Fatty acid 성분을 비교 분석하여 나타낸 그림이다.
도 13은 15℃ 및 30℃ 온도 조건에 따른 SBC 4 균주의 항균 활성을 비교 분석하여 나타낸 사진이다.
도 14는 15℃ 및 30℃ 온도 조건에 따른 SBC 4 균주의 항균 활성을 비교분석하기 위해 다양한 병원성 미생물에 대한 MIC 값을 측정하여 비교 분석한 그림이다.
도 15는 SBC 4 균주의 전체 게놈 시퀀싱(whole genome sequencing) 분석 결과를 토대로 28개의 생합성 유전자 클러스터(biosynthetic gene cluster)를 정리하여 나타낸 그림이다.
도 16은 15℃ 및 30℃ 온도 조건에 생합성 유전자 클러스터의 발현 변화를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 17은 SBC 4 균주에서 저온 특이적인 A factor synthase A 유전자 발현 조절 메커니즘을 설명하는 모식도이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
실시예 1. 백룡동굴에서 월유(Moonmilk) 채취
1-1. 채취 장소
본 연구를 수행하기 위해 샘플링 이 이루어진 동굴은 강원도 평창군에 위치한 백룡동굴(37°16' 19.65"N, 128°34' 46.03"E, 1,875m)로 백운산 아래에 위치해 있고, 천연기념물로 지정되어 있으며, 한국에서 최초로 Critical zone observatory(CZO) 연구지점이 있는 동굴이다.
백룡동굴은 총 4개의 굴로 이루어져 있는데 동쪽에서 서쪽으로 길게 형성된 주굴과 3개의 가지굴로 이루어져 있다. 백룡동굴의 대표적인 특징은 입구에서 15m 직진 후 90°로 꺾이는 지형을 가지고 있어서 햇빛과 같은 외부 환경요소의 변화가 나타나고, 동굴 내부의 미세 환경은 매우 안정적이다. 백령동굴 안의 내부 온도는 계절과 상관없이 항상 11.0℃ 내지 13.5℃를 유지하고 있으며, 상대습도는 70% 내지 100%이다. 일부 구간이 관광을 목적으로 사람의 출입이 가능하지만 하루 출입 인원수는 제한되어 있고, 그 외 다른 구간의 출입은 철저히 제한된 상태이다.
1-2. 월유 채취
백룡동굴은 종유석, 석순, 종유관, 석화, 월유 등 다양한 동굴생성물들 가지고 있으나, 그 중에서도 미생물의 존재가 많이 밝혀진 월유에서 미생물을 채취하였다.
월유는 석회동굴의 천장, 벽면 그리고 암석의 표면에서 많이 발견되는 하얀색의 침전물로, 수분을 머금을 때 찐득찐득한 형태의 텍스쳐(texture)를 보이며, 수분이 점점 없어지면서 건조하게 되면 잘 바스러지는 가루 형태로 존재한다. 전 세계의 여러 동굴에 있는 월유(Moonmilk)에서 다양한 종류의 미생물의 흔적이 발견되었고, 월유(moonmilk)의 형성에 어떤 물리적인 요인뿐만 아니라 미생물의 의한 작용이 있을 것으로 추측된다. 실제로 미생물은 동굴 표면의 물질이 여러 과정을 통해 산화되면서 만들어진 CO2 성분이 벽면의 Ca2+ 이온과 결합하면서 미생물 밖에 CaCO3 결정을 형성시킬 수 있다는 것이 잘 알려져 있다.
백룡동굴은 총 1.8km 로 A 지역인 메인굴과 나머지 B, C, D의 4개 굴로 이루어져 있다. 본 연구진들은 사람의 출입이 제한된 B굴에서 dry 형태(도 1 C 참조)와 wet 형태(도 1 D 참조)의 월유를 샘플링할 수 있었고, 이들에 존재하는 미생물 구조를 외부 환경과 비교하기 위하여 동굴 입구부에서 토양 샘플을 획득하였다.
실시예 2. 월유 및 미생물에 대한 메타게놈 분석
2-1. 월유 분석
먼저 x-ray diffraction 분석을 통해 두 종류의 월유가 방해석(calcite) 성분으로 이루어져 있음을 확인하였고(도 2), SEM 분석을 통해서 두 종류의 월유가 서로 다른 구조의 미생물의 흔적을 가지고 있는 것을 확인할 수 있었다(도 3).
구체적으로 Dry 월유는 동그란 형태의 미생물이 군집을 형성하여 존재하였던 것이 확인되었고, Wet 월유에서는 필라멘트 구조의 미생물이 군집을 형성하여 존재하였던 것이 확인되었다. 그리고, 이런 특이한 구조들이 실제로 CaCO3 성분으로 구성되어 있음을 확인하였다.
따라서, 상기와 같은 결과를 토대로 Dry 및 Wet 월유에 서로 다른 종류의 미생물 군집이 존재함에 대한 가설을 세울 수 있었고, Dry 및 Wet 월유에 존재하는 미생물에 대한 메타게놈(metagenomic) 분석을 수행하였다.
2-2. 미생물 메타게놈 분석
균주를 분리하기 위하여 채취한 월유를 멸균된 생리식염수(0.85% NaCl)에 희석한 뒤, 100㎕의 상등액을 ISP4(International Streptomyces Project 4) 배지에 도말하고, 30℃의 배양기에서 35일 정도 배양하였다. 균주의 싱글 콜로니를 선택하여, ISP4 배지에 도말하고, 다시 30℃의 배양기에서 35일 정도 배양하였다.
Dry 및 Wet 월유 샘플은 각각 3개씩, 토양샘플은 4개씩 분석을 수행하였는데, 각각의 샘플들의 원핵 미생물의 군집구조가 잘 Grouping 되는 것을 확인할 수 있었고 Dry 및 Wet 월유에 존재하는 미생물 군집의 구조가 토양에서와는 확연히 다른 것을 확인할 수 있었다. 또한, 우점하고 있는 미생물의 종류가 proteobacteria, actinobacteria, acidobacteria 순으로 많은 것을 확인할 수 있었다(도 4 참조).
또한, Dry 및 Wet 월유에서 분석된 미생물을 좀 더 자세히 살펴보면, 두 종류의 월유는 서로 다른 종류의 미생물이 우점하여 존재하는 것을 확인할 수 있었고, 큰 비중을 차지하는 미생물들은 기존에 다른 동굴이나 월유에서 분석된 적이 있는 미생물로 이들이 월유와 방해석(calcite) 형성에 중요한 역할을 할 수 있는 미생물로 추측된다. 특히, Dry 월유에서 발견된 크로마티알레스(chromatiales) 속 균주는 다른 많은 석회동굴에서 발견되는 종이고, 스트렙토마이세스(Streptomyces) 속 균주는 실제로 미네랄 퇴적(deposit) 작용을 하는 것으로 알려져 있다(도 5).
따라서, 비록 두 종류의 Dry 및 Wet 월유가 같은 빈영양(oligotrophic) 환경에 있지만, 수분함량과 같은 어떤 세부적인 요인이 서로 다른 미생물 군집 형성을 하는 데에 많은 영향을 주었음을 짐작할 수 있었다.
다음으로 동굴 환경에 특이적으로 반응하는 모델 미생물을 선택하기 위하여 월유 특이적으로 우점하고 있는 미생물을 확인하였다. 모델 미생물로 사용되기 위해서는 실험실 환경에서 잘 배양될 수 있으며, 실험 조작이 가능해야 하고 눈에 띄는 특징을 가지고 있어야 한다. 따라서, 본 연구진들은 실험실 환경에서 상대적으로 배양이 용이하고, 다양한 이차대사 산물(secondary metabolite)을 분비하는 스트렙토마이세스(streptomyces) 속 균주를 모델 균주로 선택하였다.
실시예 3. 스트렙토마이세스 속 균주 분리
월유를 멸균된 노말 식염수(normal saline)에 희석하여, 상층액을 영양분이 충분하지 않은 빈영양(oligotrophic) 배지에 위에 도말하고, 3일 내지 5일 정도 배양하여 다양한 종류의 미생물 형태를 얻을 수 있었다. 다음으로 육안으로 관찰하였을 때, 스트렙토마이세스(streptomyces) 균주 형태를 갖는 콜로니들을 선택하여 분리(isolation)하고 배양하였다(도 6 참조).
또한, 총 9종의 분리균주(isolate)에 대한 16S rRNA 분석을 통해 이들이 스트렙토마이세스(streptomyces) 속의 미생물임을 확인하였다(도 7 참조).
실시예 4. 스트렙토마이세스 속 균주의 항균활성 분석
4-1. Cross streak assay
스트렙토마이세스(streptomyces) 속 균주는 항균물질(antibiotics)이나 색소 등과 같은 다양한 이차대사 산물(secondary metabolite)을 생산하는 특징을 갖는 것으로 잘 알려져 있다.
따라서, 분리된 9종 균주가 항균 활성(antimicrobial activity)을 갖는지 확인하기 위하여 Cross streak assay 실험을 진행하였다.
Cross streak assay는 9종 분리 균주를 배지에 정중앙에 스트리킹하고, 30℃에서 5일간 배양한 후, 9종 분리 균주의 수평 방향으로 병원성 미생물을 스트리킹하여 하루 동안 37℃에서 배양하는 방법으로 수행하였다(도 8 참조).
그 결과, 9종 분리 균주 중 유일하게 SBC4 균주만이 병원성 미생물인 그람 양성(gram positive) B. subtilis 균주와 그람 음성(gram negative) E. coli 및 Salmonella 균주들의 성장을 억제하는 것을 확인할 수 있었다(도 9 참조).
4-2. 최소저해농도 실험
Cross streak assay 결과 항균 활성을 나타내는 SBC4 균주를 Large culture 환경에서 배양한 후, 이의 상등액에 대한 미생물 생장 최소억제농도(MIC)를 평가하였다.
유해세균은 바실러스 서브틸리스(B. subtilis), 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus), 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria monocytogenes), MRSA, BCG, 대장균(E. coli), 살모넬라 타이피뮤리움(Salmonella Typhimurium), 클렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumoniae), 슈도모나스 아에루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 칸디다 알비칸스(Candida albicans) 균주를 사용하였다. 각 세균은 2~3개의 집락(5×107 CFU/mL)을 얻어 접종하였다. MIC 측정은 고형 한천 배지에서 각 세균과 진균을 배양한 후 1×105~6 CFU/mL에 준하여 5개의 집락을 얻고 배지에 희석하여 접종한 후 37℃에서 2~3시간 동안 유지하였다. 본 실험에 사용한 SBC 4 균주의 배양 상등액은 2mg/mL 농도로 적정하여 각각 2배 계열로 희석하였다. 각 유해 세균들과 시료가 함유된 배지를 96 well plate에 옮기고 37℃에서 16~24시간 동안 배양한 후, 600nm에서 Multi label Counter(Bio-rad Microplate reader)로 측정하여 각 유해 세균들에 대한 SBC 4 균주 배양 상등액의 최소저해농도 값을 구하고, 이를 하기 [표 1]에 나타내었다.
[표 1]
Figure 112020027460825-pat00002
그 결과, 본 발명의 SBC 4 균주의 배양 상등액은 바실러스 서브틸리스(B. subtilis), 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus), 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria monocytogenes), MRSA 등의 그람 양성균과, 대장균, 슈도모나스 아에루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 살모넬라 타이피뮤리움(Salmonella Typhimurium), 클렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumoniae), 결핵균(BCG) 등의 그람 음성균에 항균 활성이 있으며, 진균류인 칸디다 알비칸스(Candida albicans)에도 항균 활성을 나타내는 것으로 확인되었다.
실시예 5. 스트렙토마이세스 속 SBC 4 균주의 동정
다음으로 SBC 4 균주의 유전자 정보를 확인하기 위해, SBC 4 균주의 16S rRNA 분석을 수행하였다.
보통 16S rRNA 유전자의 유사도(Similarity)가 97%에서 98% 정도이면 같은 종이라고 판단할 수 있는데, 미생물의 종류에 따라 16S rRNA 서열만으로 충분히 구별되지 못하는 경우가 있다. SBC 4 균주의 경우에도 99% 이상의 16S rRNA 서열 유사도를 보이는 유사종이 10개 이상으로 확인되어 16S rRNA 서열 분석만으로 종 분류 및 동정을 할 수 없었다.
[표 2]
Figure 112020027460825-pat00003
이에 따라, 좀 더 진보된 종 구분 방법인 MLST 분석을 수행하였다. MLST 분석은 “Multilocus sequence typing”의 약자로 여러 개의 하우스키핑(housekeeping) 유전자(atpD, gyrB, recA, rpoB, trpB, and 16S rRNA genes)들의 서열을 정렬(align)하여 미생물의 유전자 서열상의 거리를 계산하는 방법이다. 통상 분석된 서열상의 거리가 0.007 이하이면 같은 종으로 판단한다.
도 10을 참조하면, SBC 4 균주는 MLST 분석 결과 제일 가까운 type strain인 S. gardneri 균주와의 거리가 0.018로 분석되었다.
상기 MLST 분석을 통해 SBC 4 균주가 신종 스트렙토마이세스(Streptomyces) 속의 신종 균주임을 확인할 수 있었다.
또한, 두 개의 유전체 사이에서 뉴클레오타이드 수준으로 게놈 유사도를 분석하는 ANI(Average Nucleotide Identity) 분석 결과, SBC 4 균주가 신종 균주임을 확인할 수 있었다.
마지막으로, SBC 4 균주의 세포막을 구성하고 있는 지방산 성분을 조사하였다. 그 결과 유전자 서열상의 거리가 가까운 스트렙토마이세스 가드너리(Streptomyces gardneri) 균주와 본 발명의 SBC4 균주의 세포막을 구성하는 Fatty acid 성분의 차이가 확연하게 있음을 확인할 수 있었고, 이를 통해 SBC 4 균주가 신종 균주임을 재확인할 수 있었다(도 12 참조).
따라서, 본 발명자들은 우수한 항균 활성을 갖는 본 발명의 균주를 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004로 명명하고, 한국생명공학연구원 생물자원센터에 기탁번호(KCTC 18803P)로 기탁하였다.
실시예 6. 스트렙토마이세스 속 SBC 4 균주의 유전자 발현 조절 분석
동굴 환경에 살며 항균 활성을 갖는 스트렙토마이세스 속 SBC 4 균주의 동정을 완료하고, 이 미생물의 동굴 환경 특이적인 후성유전학적 유전자 발현 조절 현상을 추가적으로 분석하였다. 동 균주가 사는 동굴 환경은 여러가지 환경적 요인(environmental factor)이 있으나, 우리는 상대적으로 낮은 온도를 주목하였다. 백룡동굴의 내부는 10℃ 내지 12℃를 유지하고 있지만, 실제로 SBC 4 균주를 10℃ 내지 12℃의 온도에서 배양하였을 때 성장 활성이 낮았으므로, 15℃로 온도를 설정하였고, 비교 온도로는 일반적으로 스트렙토마이세스 속 균주들의 최적 배양온도라고 알려진 30℃를 설정하였다. 그리고 이들의 배양액으로부터 항균물질을 추출하여 그 효과를 확인해 보았고, 동시에 같은 조건에서 이들의 전사체(transcriptome) 분석을 수행하여 어떤 항생물질인지 찾아내었다.
그 결과, 표 3 및 도 13을 참조하면, 두 온도에서 항생물질을 추출한 결과 15℃에서 배양되는 경우, 병원성 균주인 E. coli와 Salmonella Typhimurium, 그리고 Bacillus subtilis 와 Stapylococcus aureus 모두에 더 효과적인 항균 활성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[표 3]
Figure 112020027460825-pat00004
또한, 도 14를 참조하면, 실험한 모든 병원성 세균에 대해 15℃ 조건의 온도에서 항생물질을 추출한 결과 더 효과적인 항균 활성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
추가적으로 SBC 4 균주의 전체 게놈 시퀀싱(whole genome sequencing) 분석 결과를 통해, 28개의 생합성 유전자 클러스터(biosynthetic gene cluster)가 분석되었고(도 15 참조), 15℃ 및 30℃ 온도 조건에 따른 유전자 발현과 관련된 전사체(transriptome) 분석을 통해 오직 하나의 생합성 유전자(biosynthetic gene)만이 15℃에서 유전자 발현이 증가하는 것을 확인 할 수 있었다(도 16 참조).
상기와 같이 15℃에서 유전자 발현이 증가하는 유전자는 A factor synthase A 유전자로, γ-뷰티로락톤(butyrolactone) 호르몬에 의해 조절되며, 다양한 미생물 종에서 항생제 생산을 조절할 수 있다고 알려진 유전자이다. 실제로 A factor synthase A 유전자에 의해 합성되는 “A factor”는 스트렙토마이세스 그리세우스(Streptomyces griseus)에서 항생제 생산의 마스터 조절인자(master regulator)의 활성을 촉진하는 것으로 잘 알려져 있다(도 17 참조).
따라서, 상기와 같은 결과를 통해 본 발명의 스트렙토마이세스 속 SBC 4 신균주는 15℃에서 저온 특이적으로 항생물질의 생산을 촉진하는 조절유전자(regulator gene)를 통해 후성유전학적으로 항균물질의 생산을 조절하는 현상을 확인할 수 있었다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
한국생명공학연구원 KCTC18803 20200107
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Claims (8)

  1. 바실러스 서브틸리스, 스타필로코커스 아우레우스, 및 대장균에 대하여 항균 활성을 갖고,
    14℃ 내지 16℃의 저온 특이적으로 항생물질의 생산을 촉진하는 서열번호 1의 조절유전자(regulator gene) 서열을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 항균 활성을 갖는 스트렙토마이세스 스펠운캐(Streptomyces speluncae) KNU-JSL-004(수탁번호: KCTC 18803P)에서 분리되고,
    서열번호 1로 표시되는 14℃ 내지 16℃의 저온 특이적으로 항생물질의 생산을 촉진하는 조절유전자(regulator gene).
KR1020200031979A 2020-03-16 2020-03-16 항균 활성을 갖는 신균주 스트렙토마이세스 sbc-4 및 이의 용도 KR102408301B1 (ko)

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