KR102670270B1 - Composition for inhibiting biofilm formation and antibacterial against Gram-positive bacteria and fungi comprising indole derivatives - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인돌 유도체를 유효성분으로 함유하는 그람양성균 및 진균으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에 대한 생물막 형성 억제 및 항균용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인돌-3-카르비놀은 피부염증과 트러블을 유발시키는 그람양성 여드름균 (C. ances)과 황색포도상구균 (S. aureus) 및 칸디다 알비칸즈 (C. albicans)의 세포사멸 없이 생물막 형성을 억제하는 효과를 나타내었으며, 3,3’-디인돌릴메탄 (DIM)은 상기 균들에 대하여 강력한 항균 및 항생물막 활성을 나타내고, 항생제와의 병행사용을 통하여 항생제의 항균력 활성을 향상시키는 것을 확인함에 따라, 상기 인돌-3-카르비놀 또는 3,3’-디인돌릴메탄을 유효성분으로 함유하는 조성물은 항균제, 항생제 보조제 또는 항생물막 조성물로 제공될 수 있으며, 피부염증 질환 개선용 화장료 조성물로 제공될 수 있다.The present invention relates to a composition for inhibiting biofilm formation and antibacterial against one or more species selected from the group consisting of Gram-positive bacteria and fungi containing an indole derivative as an active ingredient. More specifically, indole-3-carbinol is used to treat skin inflammation and It showed the effect of suppressing biofilm formation without cell death of trouble-causing Gram-positive acne bacteria (C. ances), Staphylococcus aureus (S. aureus), and Candida albicans (C. albicans), and 3,3'- Diindolylmethane (DIM) exhibits strong antibacterial and antibiofilm activity against the above-mentioned bacteria, and as it has been confirmed that it improves the antibacterial activity of antibiotics through concurrent use with antibiotics, the indole-3-carbinol or 3,3 A composition containing '-diindolylmethane as an active ingredient may be provided as an antibacterial agent, antibiotic adjuvant, or antibiofilm composition, and may be provided as a cosmetic composition for improving skin inflammatory diseases.

Description

인돌 유도체를 유효성분으로 함유하는 그람양성균 및 진균에 대한 생물막 형성 억제 및 항균용 조성물{Composition for inhibiting biofilm formation and antibacterial against Gram-positive bacteria and fungi comprising indole derivatives}Composition for inhibiting biofilm formation and antibacterial against Gram-positive bacteria and fungi comprising indole derivatives}

본 발명은 인돌 유도체인 3,3’-디인돌릴메탄 (3,3’-diindolylmethane, DIM) 또는 인돌-3-카르비놀 (indole-3-carbinol)을 유효성분으로 함유하며, 그람양성균 및 진균에 대한 생물막 형성 억제 및 항균용 조성물에 관한 기술이다.The present invention contains an indole derivative, 3,3'-diindolylmethane (DIM) or indole-3-carbinol, as an active ingredient, and is effective against Gram-positive bacteria and fungi. This is a technology related to biofilm formation inhibition and antibacterial compositions.

세균이 감염된 부분에는, 다수의 세균이 군락을 이루어 형성하는 점액성 세균 집락이 점액질로 존재하는데 이런 점액질성의 세균 복합체를 바이오필름 (biofilm), 균막 또는 생물막이라고 부른다. 생물막은 생물학적 표면 (biological surface) 또는 비생물학적 표면 (non-biological surface)의 다양한 고체 (solid) 표면에 형성한다. 세균의 생물막은 다당류와 폴리펩타이드 및 다양한 생체물질로 이루어진 폴리머 (polymer) 기질 외막이 둘러싼 복합체이며, 생물막 내부에서 세균은 서로 의사소통을 하여 외부환경에 대하여 방어를 한다. 이를 통하여 생물막은 항생제를 포함한 여러 환경 스트레스 (environmental stress) 아래에서도 세균의 생존을 가능하게 한다. In areas infected with bacteria, mucous-like bacterial colonies formed by a large number of bacteria exist in the form of mucus. This mucous-like bacterial complex is called a biofilm, biofilm, or biofilm. Biofilms form on various solid surfaces, either biological or non-biological surfaces. Bacterial biofilm is a complex surrounded by a polymer matrix outer membrane composed of polysaccharides, polypeptides, and various biomaterials. Inside the biofilm, bacteria communicate with each other to defend against the external environment. Through this, biofilms enable bacteria to survive even under various environmental stresses, including antibiotics.

세균의 생물막은 일반 자연환경뿐만 아니라 세균감염성 질환과 관련한 의학 분야에서 매우 자주 발견된다. 사람의 피부 및 장기에 형성되기도 하고 치아에서 치석 형태로 나타나기도 하며, 산업용 장비나 의료용 장비 및 신체 이식 기구에 생길 수도 있다. 이런 문제로 인해 생물막은 충치와 치주 질환 (periodontal disease)이나 낭포성 섬유증 (cystic fibrosis)에 동반하는 폐렴, 중이 (middle ear)에 생기는 이통 (earache), 화상 등에 동반된 피부감염 및 무좀 등의 피부질환 등을 연구하는 학자들의 관심 대상이 되어 왔다. 미국 국립보건연구소는 2002년 보고에서 박테리아군의 최대 80%가 이 같은 생물막 형성을 통한 병원성 세균의 감염을 일으키고 있는 것으로 추산했다.Bacterial biofilms are very frequently found in the general natural environment as well as in the medical field related to bacterial infectious diseases. It can form on human skin and organs, appear in the form of tartar on teeth, and can also form on industrial equipment, medical equipment, and body implants. Due to these problems, biofilms cause cavities, periodontal disease, pneumonia accompanying cystic fibrosis, earache in the middle ear, skin infections accompanying burns, and skin infections such as athlete's foot. It has been a subject of interest for scholars studying diseases, etc. The U.S. National Institutes of Health estimated in a 2002 report that up to 80% of bacterial groups cause infection by pathogenic bacteria through the formation of biofilms.

생물막 형성과는 별개로 부유하던 세균 (planktonic bacteria)에 대해 약효를 나타내던 항생제도 세균이 생물막을 형성하면 효능을 상실하는 경향이 커진다. 세균이 생물막을 형성하면 두꺼운 생물막을 항체 등이 투과할 수 없어 항생제에 대한 세균의 저항성이 약 1,000배까지 높아질 수 있다. 이런 생물막 형성에 의한 항생제 저항성 증가 원인은 아직 정확하게 밝혀져 있지는 않으나 다음의 3가지 정도로 설명된다. 첫 번째는 "미생물의 생리학적 생활사의 변화" 이다. 생물막이 형성된 상태에서는 세균의 대사 및 증식이 저하되는 경향이 생긴다. 이때 생물막 내부의 세균들은 물질 대사 및 증식을 위한 주위 환경과의 교환 작용이 현저히 저하되어 항생제에 대한 감수성이 낮아지는 결과를 초래한다. 두 번째는 “다당류 및 단백질로 구성된 외막의 물리적 차단” 을 들 수 있다. 세균의 점액성 외막을 형성하는 다당류와 단백질 복합체의 전기적 성질이 항생 물질과 결합하려는 경향을 갖고 있어 항생 물질과 결합함으로써 항생 물질이 퍼지는 것을 물리적으로 방해한다. 즉 항생 물질이 각 세균으로 잘 전달되지 않아 그 효능이 저하되는 결과를 초래한다. 세 번째는 일반적 항생제 내성 획득 기작과 관련 있는 추정으로 "항생제 억제 인자의 생산" 이다. 항생 물질의 효능을 억제하는 항생제 분해 및 억제 인자로 가장 많이 알려진 물질로는 슈도모나스균 (pseudomonas)에 의하여 생산되는 베타-락타메이스 (β-lactamases)를 들 수 있다. 생물막이 형성되면 생물막 내부에 존재하는 항생제 내성이 없던 세균들도 주위의 항생제 내성 세균으로부터 수평 유전자 전이 (horizontal gene transfer)를 통해 내성 인자 유전자를 획득하여 내성을 가지게 되는 경향이 있다. 즉, 감염부위에 생물막이 형성되면 항생제 내성을 가지는 세균의 출현이 빈번해진다.Antibiotics that are effective against planktonic bacteria independently of biofilm formation tend to lose their effectiveness when bacteria form biofilm. When bacteria form a biofilm, antibodies etc. cannot penetrate the thick biofilm, so the bacteria's resistance to antibiotics can increase by about 1,000 times. The cause of this increase in antibiotic resistance due to biofilm formation is not yet clearly known, but can be explained in the following three ways. The first is “Changes in the physiological life cycle of microorganisms.” When a biofilm is formed, bacterial metabolism and proliferation tend to decrease. At this time, the bacteria inside the biofilm have a significantly reduced exchange rate with the surrounding environment for metabolism and proliferation, resulting in lowered susceptibility to antibiotics. The second is “physical blocking of the outer membrane composed of polysaccharides and proteins.” The electrical properties of the polysaccharide and protein complex that forms the mucoid outer membrane of bacteria have a tendency to bind to antibiotics, thereby physically preventing the spread of antibiotics. In other words, the antibiotic is not delivered well to each bacteria, resulting in a decrease in its efficacy. The third is a speculation related to the general mechanism of antibiotic resistance acquisition, which is “production of antibiotic inhibitory factors.” The most well-known substances as antibiotic decomposition and inhibitory factors that inhibit the efficacy of antibiotics include beta-lactamases produced by Pseudomonas bacteria. When a biofilm is formed, bacteria that were not antibiotic-resistant inside the biofilm tend to acquire resistance factor genes through horizontal gene transfer from surrounding antibiotic-resistant bacteria and become resistant. In other words, when a biofilm is formed at the site of infection, the appearance of antibiotic-resistant bacteria becomes frequent.

이러한 이유들로 인하여 생물막이 형성되면 감염증 치료에 널리 사용되던 항생제에 내성이 발생하여 항생제에 의한 치료 효과가 약화되며, 만성적인 세균 감염 상태에 돌입하게 된다. 이 경우 상기에 기술했듯이 세균들의 항생제에 대한 감수성이 낮아져 일반적인 양의 항생제를 사용해도 거의 세균감염의 퇴치가 어려워져 항생제를 과다처방하게 되는데 이 결과로서 세균의 항생제 내성만을 키우게 되고 항생제 내성 슈퍼박테리아의 양산이라는 무서운 결과를 초래하게 된다. 따라서, 생물막이 형성된 세균 감염증은 단순히 항생제로만 치료하는 것은 한계가 있고 효과적인 치료가 될 수 없음을 의미한다. 특히 생물막을 형성하고 있는 세균에 의한 감염은 여러 가지 항생제에 대해 내성을 갖는 다제내성 (multi-drug resistance) 균에 의한 경우가 많아 더욱 문제가 심각하다.For these reasons, when a biofilm is formed, resistance to antibiotics widely used to treat infectious diseases develops, weakening the treatment effect of antibiotics, and entering a state of chronic bacterial infection. In this case, as described above, the sensitivity of bacteria to antibiotics decreases, making it difficult to eradicate bacterial infections even when using a normal amount of antibiotics, leading to overprescription of antibiotics. As a result, the antibiotic resistance of bacteria only increases and the emergence of antibiotic-resistant superbugs occurs. This will lead to dire consequences such as mass production. Therefore, treating bacterial infections with biofilm formation simply with antibiotics has limitations and cannot be an effective treatment. In particular, infections caused by bacteria forming biofilms are more serious because they are often caused by multi-drug resistant bacteria that are resistant to various antibiotics.

따라서 상기 문제를 해결하기 위하여, 생물막 또는 생물막에 존재하는 외막생산을 억제하고 세균의 표면 성질을 바꾸거나 세균의 성장패턴에 변화를 유도하여 생물막 형성을 억제하여 항생제 및 항진균제의 효과를 극대화할 수 있는 치료제의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, in order to solve the above problem, the effect of antibiotics and antifungal agents can be maximized by suppressing biofilm formation by suppressing biofilm or outer membrane production present in the biofilm, changing the surface properties of bacteria, or inducing changes in the growth pattern of bacteria. The development of a treatment is necessary.

대한민국 공개특허 제10-2014-0044053호 (2014.04.14. 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0044053 (published on April 14, 2014)

본 발명은 피부염 질환 및 피부 트러블의 원인이 되는 그람양성균인 여드름균과 황색포도상구균 및 칸디다 알비칸즈 또는 이들의 생물막에 의해 발병되는 질환을 예방하거나 개선하기 위해 3,3’-디인돌릴메탄 (DIM) 및 인돌-3-카르비놀을 유효성분으로 함유하는 항균 및 생물막 형성 억제용 조성물을 제공하고자 한다.The present invention provides 3,3'-diindolylmethane (DIM) to prevent or improve diseases caused by Acne acne, Staphylococcus aureus and Candida albicans or their biofilms, which are Gram-positive bacteria that cause dermatitis diseases and skin troubles. ) and indole-3-carbinol to provide an antibacterial and biofilm formation-inhibiting composition containing as an active ingredient.

본 발명은 3,3’-디인돌릴메탄 (3,3’-diindolylmethane, DIM) 및 인돌-3-카르비놀 (indole-3-carbinol)로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상을 유효성분으로 함유하는 그람양성균 및 진균으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에 대한 생물막 형성 억제용 조성물을 제공한다.The present invention relates to a gram-positive bacteria containing one or two or more selected from 3,3'-diindolylmethane (DIM) and indole-3-carbinol as an active ingredient. And it provides a composition for inhibiting biofilm formation against one or more species selected from the group consisting of fungi.

본 발명은 3,3’-디인돌릴메탄 (3,3’-diindolylmethane, DIM)을 유효성분으로 함유하는 그람양성균 및 진균으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에 대한 항균제 조성물을 제공한다.The present invention provides an antibacterial composition for at least one selected from the group consisting of Gram-positive bacteria and fungi containing 3,3'-diindolylmethane (DIM) as an active ingredient.

또한, 본 발명은 3,3’-디인돌릴메탄 (3,3’-diindolylmethane, DIM) 및 인돌-3-카르비놀 (indole-3-carbinol)로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상을 유효성분으로 함유하며, 그람양성균 및 진균으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에 의해 유발되는 피부염 질환 또는 피부 트러블 예방 또는 개선용 화장료조성물을 제공한다.In addition, the present invention contains one or two or more selected from 3,3'-diindolylmethane (DIM) and indole-3-carbinol as active ingredients, Provides a cosmetic composition for preventing or improving dermatitis disease or skin trouble caused by one or more types selected from the group consisting of gram-positive bacteria and fungi.

본 발명에 따르면, 인돌-3-카르비놀은 피부염증과 트러블을 유발시키는 그람양성 여드름균 (C. ances)과 황색포도상구균 (S. aureus) 및 칸디다 알비칸즈 (C. albicans)의 세포사멸 없이 생물막 형성을 억제하는 효과를 나타내었으며, 3,3’-디인돌릴메탄 (DIM)은 상기 균들에 대하여 강력한 항생물막 활성을 나타내고, 항생제와의 병행사용을 통하여 항생제의 항균력 활성을 향상시키는 것을 확인함에 따라, 상기 인돌-3-카르비놀 또는 3,3’-디인돌릴메탄을 유효성분으로 함유하는 조성물은 항균제, 항생제 보조제, 항생물막 조성물로 제공될 수 있으며, 피부염증 질환 개선용 화장료 조성물로 제공될 수 있다.According to the present invention, indole-3-carbinol kills Gram-positive acne bacteria (C. ances), Staphylococcus aureus (S. aureus), and Candida albicans (C. albicans), which cause skin inflammation and trouble, without cell death. It showed an effect of suppressing biofilm formation, and 3,3'-diindolylmethane (DIM) showed strong antibiofilm activity against the above bacteria, and was confirmed to improve the antibacterial activity of antibiotics through concurrent use with antibiotics. Accordingly, the composition containing indole-3-carbinol or 3,3'-diindolylmethane as an active ingredient may be provided as an antibacterial agent, antibiotic adjuvant, or antibiofilm composition, and may be provided as a cosmetic composition for improving skin inflammatory diseases. You can.

도 1은 여드름균 (C. acne)의 세포 성장에 대한 다양한 인돌유도체의 영향을 확인한 결과로, 여드름균에 대한 각 인돌 유도체의 성장 저해 최소 농도인 MIC (minimal inhibition concentration)를 나타낸 결과이다.
도 2는 여드름균에 대한 인돌 유도체의 항생물막 활성을 확인한 결과로, 도 2A는 0.1 mM의 인돌 유도체의 존재 하에 여드름균의 생물막 형성을 스크리닝한 결과이며, 도 2B, 2C 및 2D는 각각 인돌, 3,3’-디인돌릴메탄 및 인돌-3-카르비놀의 존재 하에서의 여드름균의 성장을 농도별, 시간별로 나타낸 결과이고, 도 2E, 2F 및 2G는 각각 인돌, 3,3’-디인돌릴메탄 및 인돌-3-카르비놀 존재하에서 여드름균의 생물막 형성 및 억제 정도를 농도별로 실험한 결과이며, 오차막대는 표준편차를 나타낸다. (*, P < 0.05 대 비처리 대조군)
도 3은 3,3’-디인돌릴메탄의 유무에 따른 항생제에 의한 여드름균의 생물막 형성 억제를 확인한 결과로, 도 3A, 3B 및 3C는 여드름균 억제 및 사멸 항생제로 시판되고 있는 약물들인 과산화벤조일 (benzoyl peroxide), 겐타마이신 (gentamycin) 및 시프로플록사신 (ciprofloxacin)을 처리한 후 생물막 억제 정도를 확인한 결과이며, 도 3D, 3E 및 3F는 과산화벤조일, 겐타마이신 및 시프로플록사신의 생물막 형성 억제능이 40-70% 사이인 농도에서 3,3’-디인돌릴메탄이 농도별로 생물막 형성억제에 미치는 영향을 측정한 결과이며, 오차막대는 표준편차를 나타낸다. (*, P < 0.05 대 비처리 대조군)
도 4는 혐기성 및 호기성 조건에서 칸디다 알비칸즈 (C. albicans)와 황색포도상구균 (S. aureus)에 대한 3,3’-디인돌릴메탄의 항생물막 활성을 확인한 결과로, 도 4A 및 도 4B는 각각 칸디다 알비칸즈 및 황색포도상구균의 호기성 조건에서 생물막 형성 정도를 확인한 결과이며, 도 4C 및 4D는 각각 칸디다 알비칸즈 및 황색포도상구균의 혐기성 조건에서 배양 후 측정된 결과로, 오차막대는 표준편차를 나태낸다. (*, P < 0.05 대 비처리 대조군)
도 5는 여드름균에 대한 3,3’-디인돌릴메탄의 항생물막 효과를 확인한 결과로, 도 5A는 3,3’-디인돌릴메탄 (0, 0.02 또는 0.05 mM)에 의한 여드름균의 생물막 억제를 2D와 3D 이미지로 관찰한 것이며, 도 5B는 공초점레이저주사현미경 (Confocal laser scanning microscopy, CLSM)로 확인한 결과이며, 도 5C는 공초점레이저주사현미경으로 관찰한 이미지를 COMSTAT 프로그램을 통해 플라스틱 플래이트 바닥 표면에 형성된 생물막의 양 (biomass), 두께 (thickness) 및 생물막 형성 표면 범위 (coverage)를 분석한 결과로, 도 5B의 눈금자 크기는 100 μm 나타낸다. (*, P < 0.05 대 비처리 대조군) 도 5D는 3,3’-디인돌릴메탄 (0, 0.02 또는 0.05 mM) 유무 하에 형성된 주사전자현미경 (Scanning Electrone Microscope, SEM) 이미지로, 노란색 및 흰색 눈금자 크기는 각각 3 μm 와 750 nm를 나타내고, None은 처리되지 않은 대조군을 나타낸다.
도 6은 3,3’-디인돌릴메탄이 다균성 생물막에 미치는 영향을 확인한 결과로, 혐기성 조건 하에서 도 6A는 여드름균과 황색포도상구균, 도 6B는 여드름균과 칸디다 알비칸즈, 도 6C는 여드름균, 칸디다 알비칸즈 및 황색포도상구균의 다균성 생물막에 대한 3,3’-디인돌릴메탄의 생물막 형성 억제 활성을 확인한 결과이며, 도 6D는 3,3’-디인돌릴메탄 존재하에서 배양된 여드름균, 칸디다 알비칸즈 및 황색포도상구균이 섞여 있는 3종의 생물막을 2D와 3D에서 탐색한 결과이며, 도 6E는 공초점레이저주사현미경으로 관찰한 이미지이며, 도 6F는 COMSTAT 프로그램을 통해 플라스틱 플레이트 바닥 표면에 형성된 생물막의 양 (biomass), 두께 (thickness) 및 생물막 형성 표면 범위 (coverage)를 분석한 결과로, 눈금자 크기는 100 μm를 나타낸다. (*, P < 0.05 대 비처리 대조군) 도 6G는 3,3’-디인돌릴메탄의 농도에 따른 3종 세균이 형성한 생물막 정도를 주사전자현미경 (Scanning Electrone Microscope, SEM)으로 확인한 결과로, 노란색 및 흰색 눈금자 크기는 각각 10 및 3 μm를 나타내며, None은 처리되지 않은 대조군을 나타낸다.
도 7은 여드름균의 세포외막기질 (extracellular polymeric substances, EPS) 생산에 대한 인돌, 3,3’-디인돌릴메탄 및 인돌-3-카르비놀의 효과를 확인한 결과로, 도 7A, 7B 및 7C는 각각 인돌, 3,3’-디인돌릴메탄 및 인돌-3-카르비놀의 존재 하에서의 세포외막기질 (EPS) 생산량을 측정한 결과이다. (*, P < 0.05 대 비처리 대조군)
도 8은 3,3’-디인돌릴메탄은 칸디다 알비칸즈의 균사 필라멘트화 및 응집에 대한 억제효과를 확인한 결과로, 도 8A는 PDB 배지에서 사상균사 성장을 억제하는 것을 확인한 결과이며, 도 8B는 10% 소혈청을 함유하는 RPMI-1640 배지에서 진균세포 응집을 억제하는 것을 확인한 결과로, 눈금자 크기는 도 8A와 도 8B에서 100 μm을 나타내며, None은 처리되지 않은 대조군을 나타낸다.
도 9는 3,3’-디인돌릴메탄을 처리한 여드름균의 유전자 발현 정도를 확인한 결과로, 여드름균에 3,3’-디인돌릴메탄을 처리하고 여드름균의 전체 RNA를 추출하여 real-time reverse transcription PCR (qRT-PCR)을 이용하여 분석한 결과이다. (* = P < 0.05 대 비처리 대조군)
도 10은 십자화과 식물에서 유래하는 인돌-3-카르비놀과 3,3’-디인돌릴메탄이 여드름균, 칸디다 알비칸즈 및 황색포도상구균의 단일 및 다균성 생물막에 미치는 영향과 그 작용 기전을 나타낸 본 발명의 연구 결과를 나타낸 것이다.
Figure 1 shows the results of confirming the effect of various indole derivatives on the cell growth of C. acnes, showing the minimal inhibition concentration (MIC), which is the minimum growth inhibition concentration of each indole derivative for C. acnes.
Figure 2 shows the results of confirming the anti-biofilm activity of indole derivatives against Acne acnes, Figure 2A shows the results of screening biofilm formation of Acne acnes in the presence of 0.1 mM indole derivatives, Figures 2B, 2C and 2D show indole, 2C and 2D respectively. The results show the growth of acne bacteria in the presence of 3,3'-diindolylmethane and indole-3-carbinol by concentration and time, and Figures 2E, 2F and 2G show indole and 3,3'-diindolylmethane, respectively. and indole-3-carbinol, the degree of biofilm formation and inhibition of acne bacteria was tested at each concentration, and the error bars represent the standard deviation. (*, P < 0.05 vs. untreated control)
Figure 3 shows the results confirming the inhibition of biofilm formation of acne bacteria by antibiotics in the presence or absence of 3,3'-diindolylmethane, and Figures 3A, 3B and 3C show benzoyl peroxide, a drug commercially available as an antibiotic for inhibiting and killing acne bacteria. This is the result of confirming the degree of biofilm inhibition after treatment with benzoyl peroxide, gentamycin, and ciprofloxacin. Figures 3D, 3E, and 3F show that the biofilm formation inhibition ability of benzoyl peroxide, gentamicin, and ciprofloxacin is 40-70%. This is the result of measuring the effect of 3,3'-diindolylmethane on inhibiting biofilm formation at different concentrations, and the error bar represents the standard deviation. (*, P < 0.05 vs. untreated control)
Figure 4 shows the results of confirming the antibiofilm activity of 3,3'-diindolylmethane against Candida albicans (C. albicans) and Staphylococcus aureus (S. aureus) under anaerobic and aerobic conditions. Figures 4A and 4B are These are the results of confirming the degree of biofilm formation under aerobic conditions for Candida albicans and Staphylococcus aureus, respectively. Figures 4C and 4D are the results measured after culturing Candida albicans and Staphylococcus aureus under anaerobic conditions, respectively, and the error bars represent the standard deviation. It shows. (*, P < 0.05 vs. untreated control)
Figure 5 shows the results confirming the anti-biofilm effect of 3,3'-diindolylmethane on Acne bacteria, and Figure 5A shows the inhibition of biofilm of Acne bacteria by 3,3'-diindolylmethane (0, 0.02 or 0.05 mM). was observed as 2D and 3D images, Figure 5B is the result confirmed by confocal laser scanning microscopy (CLSM), and Figure 5C is the image observed by confocal laser scanning microscopy of the plastic plate through the COMSTAT program. As a result of analyzing the amount (biomass), thickness (thickness), and biofilm formation surface area (coverage) of the biofilm formed on the floor surface, the scale size in Figure 5B is 100 μm. (*, P < 0.05 vs. untreated control) Figure 5D is a Scanning Electrone Microscope (SEM) image formed with or without 3,3'-diindolylmethane (0, 0.02, or 0.05 mM), with yellow and white rulers. Sizes represent 3 μm and 750 nm, respectively, and None represents the untreated control.
Figure 6 shows the results confirming the effect of 3,3'-diindolylmethane on multibacterial biofilm. Figure 6A shows acne bacteria and Staphylococcus aureus, Figure 6B shows acne bacteria and Candida albicans, and Figure 6C shows acne under anaerobic conditions. This is the result of confirming the biofilm formation inhibitory activity of 3,3'-diindolylmethane on multibacterial biofilms of bacteria, Candida albicans, and Staphylococcus aureus, and Figure 6D shows acne bacteria cultured in the presence of 3,3'-diindolylmethane. , This is the result of exploring three types of biofilm containing Candida albicans and Staphylococcus aureus in 2D and 3D. Figure 6E is an image observed with a confocal laser scanning microscope, and Figure 6F is the bottom surface of a plastic plate through the COMSTAT program. As a result of analyzing the amount (biomass), thickness (thickness), and biofilm formation surface area (coverage) of the biofilm formed, the scale size indicates 100 μm. (*, P < 0.05 vs. untreated control group) Figure 6G shows the results of scanning electron microscopy (SEM) confirmation of the degree of biofilm formed by three types of bacteria according to the concentration of 3,3'-diindolylmethane. Yellow and white ruler sizes represent 10 and 3 μm, respectively, and None represents the untreated control.
Figure 7 shows the results of confirming the effect of indole, 3,3'-diindolylmethane and indole-3-carbinol on the production of extracellular polymeric substances (EPS) of Acne acne. Figures 7A, 7B and 7C are This is the result of measuring extracellular membrane matrix (EPS) production in the presence of indole, 3,3'-diindolylmethane, and indole-3-carbinol, respectively. (*, P < 0.05 vs. untreated control)
Figure 8 shows the results confirming the inhibitory effect of 3,3'-diindolylmethane on hyphal filamentation and aggregation of Candida albicans, Figure 8A shows the results confirming that 3,3'-diindolylmethane inhibits filamentous hyphal growth in PDB medium, and Figure 8B shows As a result of confirming that fungal cell aggregation was inhibited in RPMI-1640 medium containing 10% bovine serum, the scale size indicates 100 μm in Figures 8A and 8B, and None indicates the untreated control group.
Figure 9 shows the results of confirming the level of gene expression of acne bacteria treated with 3,3'-diindolylmethane. Acne bacteria were treated with 3,3'-diindolylmethane and the total RNA of acne bacteria was extracted and analyzed in real-time. This is the result of analysis using reverse transcription PCR (qRT-PCR). (* = P < 0.05 vs. untreated control)
Figure 10 shows the effect and mechanism of action of indole-3-carbinol and 3,3'-diindolylmethane derived from cruciferous plants on single and polymicrobial biofilms of Acne acne, Candida albicans, and Staphylococcus aureus. It shows the research results of the invention.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 발명자들은 인돌유도체인 3,3’-디인돌릴메탄 (DIM) 또는 인돌-3-카르비놀이 피부염 질환 및 피부트러블의 원인이 되는 그람양성균인 여드름균과 황색포도상구균 및 칸디다 알비칸즈 또는 이들의 생물막 형성을 억제하는 효과를 나타내는 것을 확임함에 따라, 그람양성균 및 진균에 의해 발병되는 질환을 예방하거나 개선하기 위해 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention believe that the indole derivatives, 3,3'-diindolylmethane (DIM) or indole-3-carbinol, are Gram-positive bacteria that cause dermatitis diseases and skin troubles, such as Acne acne, Staphylococcus aureus, Candida albicans or As it was confirmed that it has the effect of suppressing biofilm formation, the present invention was completed to prevent or improve diseases caused by Gram-positive bacteria and fungi.

본 발명은 3,3’-디인돌릴메탄 (3,3’-diindolylmethane, DIM) 및 인돌-3-카르비놀 (indole-3-carbinol)로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상을 유효성분으로 함유하는 그람양성균 및 진균으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에 대한 생물막 형성 억제용 조성물을 제공할 수 있다.The present invention relates to a gram-positive bacteria containing one or two or more selected from 3,3'-diindolylmethane (DIM) and indole-3-carbinol as an active ingredient. And it is possible to provide a composition for inhibiting biofilm formation against one or more species selected from the group consisting of fungi.

상기 그람양성균은 큐티박테리움 아크네스 (Cutibacterium acnes, C. acnes) KCCM 41747 (ATCC 6919) 및 황색포도상구균 (Staphylococcus strains)으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으며, 보다 상세하게는 상기 황색포도상구균은 메치실린 감수성 및 내성 황색포도상구균일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The Gram-positive bacteria may be selected from the group consisting of Cutibacterium acnes (C. acnes) KCCM 41747 (ATCC 6919) and Staphylococcus strains. More specifically, the Staphylococcus aureus is It may be methicillin-susceptible and resistant Staphylococcus aureus, but is not limited thereto.

상기 진균은 칸디다 알비칸즈 (Candida albicans)일 수 있으며, 보다 상세하게는 상기 칸디다 알비칸즈는 플루코나졸 내성 칸디다 알비칸즈 DAY185 진균일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The fungus may be Candida albicans, and more specifically, the Candida albicans may be a fluconazole-resistant Candida albicans DAY185 fungus, but is not limited thereto.

상기 인돌-3-카르비놀은 세포 사멸 없이 생물막 형성을 억제하는 것일 수 있다.The indole-3-carbinol may inhibit biofilm formation without cell death.

상기 3,3’-디인돌릴메탄은 큐티박테리움 아크네스 (Cutibacterium acnes, C. acnes), 칸디다 알비칸스(C. albicans) 및 황색포도상구균(S. aureus)이 함께 생물막을 형성하는 다중 종 생물막 형성을 억제하는 것일 수 있다.The 3,3'-diindolylmethane is a multi-species biofilm in which Cutibacterium acnes (C. acnes), Candida albicans (C. albicans), and Staphylococcus aureus (S. aureus) form a biofilm together. This may inhibit its formation.

본 발명은 3,3’-디인돌릴메탄 (3,3’-diindolylmethane, DIM)을 유효성분으로 함유하는 그람양성균 및 진균으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에 대한 항균용 조성물을 제공할 수 있다.The present invention can provide an antibacterial composition for at least one selected from the group consisting of Gram-positive bacteria and fungi containing 3,3'-diindolylmethane (DIM) as an active ingredient.

상기 3,3’-디인돌릴메탄은 그람양성균 큐티박테리움 아크네스 (Cutibacterium acnes, C. acnes), 메치실린 감수성 및 내성 황색포도상구균 (Staphylococcus strains) 및 플루코나졸 내성 칸디다 알비칸즈 (Candida albicans)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 균을 사멸시키는 도움을 줄 수 있다.The 3,3'-diindolylmethane is composed of Gram-positive bacteria Cutibacterium acnes (C. acnes), methicillin-susceptible and resistant Staphylococcus strains, and fluconazole-resistant Candida albicans. It can help kill one or more bacteria selected from the group.

또한, 상기 3,3’-디인돌릴메탄 (3,3’-diindolylmethane, DIM)을 유효성분으로 함유하는 그람양성균 및 진균으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에 대한 항생제 또는 항균제의 항균 효과 증진용 보조제로 제공될 수 있다.In addition, an adjuvant for enhancing the antibacterial effect of an antibiotic or antibacterial agent against one or more types selected from the group consisting of Gram-positive bacteria and fungi containing 3,3'-diindolylmethane (DIM) as an active ingredient. It can be provided as .

상기 보조제는 항생제 또는 항균제와 병용 처리하여 항생제 또는 항균제의 항균 효과를 향상시키는 것일 수 있으며, 상기 항생제는 겐타마이신 (Gentamycin) 및 시프로플록사신(Ciprofloxacin)으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The adjuvant may be treated in combination with an antibiotic or antibacterial agent to improve the antibacterial effect of the antibiotic or antibacterial agent, and the antibiotic may be selected from the group consisting of Gentamycin and Ciprofloxacin, but is not limited thereto. no.

또한, 본 발명은 3,3’-디인돌릴메탄 (3,3’-diindolylmethane, DIM) 및 인돌-3-카르비놀 (indole-3-carbinol)로 부터 선택되는 하나 또는 둘 이상을 유효성분으로 함유하며, 그람양성균 및 진균으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에 의해 유발되는 피부염 질환 또는 피부 트러블 예방 또는 개선용 화장료조성물을 제공할 수 있다.In addition, the present invention contains one or two or more selected from 3,3'-diindolylmethane (DIM) and indole-3-carbinol as an active ingredient. It is possible to provide a cosmetic composition for preventing or improving dermatitis disease or skin trouble caused by one or more types selected from the group consisting of gram-positive bacteria and fungi.

상기 피부염 질환 또는 피부 트러블은 큐티박테리움 아크네스 (Cutibacterium acnes), 황색포도상구균 (Staphylococcus strains), 칸디다 알비칸즈 (Candida albicans) 또는 이들의 생물막에 의해 발병하는 것일 수 있다.The dermatitis disease or skin trouble may be caused by Cutibacterium acnes, Staphylococcus strains, Candida albicans, or their biofilm.

상기 피부염 질환은 면포성 여드름, 구진성 여드름, 농포성 여드름, 결정성 여드름, 낭포성 여드름, 심상성 여드름, 전격성 여드름, 응괴성 여드름, 켈로이드성 여드름, 건선증, 아토피성 피부염, 지루성 피부염, 접촉성 피부염, 화폐성 피부염, 포도구균성열상피부증후군, 모낭염, 농가진, 농양, 연조직염, 독성표피 괴사용해, 표피 박리 증후군, 칸디다증, 칸디다성 손발톱 무좀 및 일반 피부염으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.The dermatitis diseases include comedonal acne, papular acne, pustular acne, crystalline acne, cystic acne, acne vulgaris, acne fulminans, coagulative acne, keloid acne, psoriasis, atopic dermatitis, seborrheic dermatitis, It may be selected from the group consisting of contact dermatitis, nummular dermatitis, staphylococcal scalded skin syndrome, folliculitis, impetigo, abscess, cellulitis, toxic epidermal necrolysis, epidermolysis syndrome, candidiasis, candidal nail fungus, and general dermatitis. there is.

상기 화장료조성물은 유효성분인 3,3’-디인돌릴메탄 (3,3’-diindolylmethane, DIM) 및 인돌-3-카르비놀 (indole-3-carbinol) 외에 안정화제, 용해화제, 비타민, 안료 및 향료와 같은 통상적인 보조제, 그리고 담체를 포함할 수 있다.The cosmetic composition contains, in addition to the active ingredients 3,3'-diindolylmethane (DIM) and indole-3-carbinol, stabilizers, solubilizers, vitamins, pigments and It may contain conventional auxiliaries such as flavorings, and carriers.

상기 화장료 조성물은 당업계에서 통상적으로 제조되는 어떠한 제형으로도 제조될 수 있으며, 예를 들어, 용액, 현탁액, 유탁액, 페이스트, 겔, 크림, 로션, 파우더, 오일, 분말 파운데이션, 유탁액 파운데이션, 왁스 파운데이션 및 스프레이 등으로 제형화될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 보다 상세하게는, 썬 크림, 유연 화장수, 수렴 화장수, 영양 화장수, 영양 크림, 마사지 크림, 에센스, 아이 크림, 팩, 스프레이 또는 파우더의 제형으로 제조될 수 있다.The cosmetic composition can be prepared in any formulation commonly prepared in the art, for example, solution, suspension, emulsion, paste, gel, cream, lotion, powder, oil, powder foundation, emulsion foundation, It may be formulated as a wax foundation or spray, but is not limited thereto. More specifically, it can be manufactured in the form of sun cream, softening lotion, astringent lotion, nourishing lotion, nourishing cream, massage cream, essence, eye cream, pack, spray, or powder.

상기 제형이 페이스트, 크림 또는 겔인 경우에는 담체 성분으로서 동물성유, 식물성유, 왁스, 파라핀, 전분, 트라칸트, 셀룰로오스 유도체, 폴리에틸렌 글리콜,실리콘, 벤토나이트, 실리카, 탈크 또는 산화아연 등이 이용될 수 있다.When the formulation is a paste, cream or gel, animal oil, vegetable oil, wax, paraffin, starch, tracant, cellulose derivatives, polyethylene glycol, silicon, bentonite, silica, talc or zinc oxide can be used as the carrier ingredient. .

상기 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.If the formulation is a powder or spray, lactose, talc, silica, aluminum hydroxide, calcium silicate, or polyamide powder may be used as the carrier ingredient. In particular, in the case of a spray, chlorofluorohydrocarbon, propane/butane may be used as the carrier ingredient. Alternatively, it may include a propellant such as dimethyl ether.

상기 제형이 용액 또는 유탁액인 경우에는 담체 성분으로서 용매, 용해 화제 또는 유탁화제가 이용되고, 예컨대 물, 에탄올, 이소프로판올, 에틸 카보네이트, 에틸 아세테이트, 벤질 알코올, 벤질 벤조에이트, 프로필렌 글리콜, 1,3-부틸글리콜 오일, 글리세롤 지방족 에스테르, 폴리에틸렌 글리콜 또는 소르비탄의 지방산 에스테르가 있다.When the formulation is a solution or emulsion, a solvent, solubilizing agent or emulsifying agent is used as a carrier component, such as water, ethanol, isopropanol, ethyl carbonate, ethyl acetate, benzyl alcohol, benzyl benzoate, propylene glycol, 1,3 -Butyl glycol oil, fatty esters of glycerol, fatty acid esters of polyethylene glycol or sorbitan.

상기 제형이 현탁액인 경우에는 담체 성분으로서 물, 에탄올 또는 프로필렌글리콜과 같은 액상의 희석제, 에톡실화 이소스테아릴 알코올, 폴리옥시에틸렌 소르비톨 에스테르 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄 에스테르와 같은 현탁제, 미소결정성 셀룰로오스, 알루미늄 메타히드록시드, 벤토나이트, 아가 또는 트라칸트 등이 이용될 수 있다.When the formulation is a suspension, the carrier ingredients include water, a liquid diluent such as ethanol or propylene glycol, a suspending agent such as ethoxylated isostearyl alcohol, polyoxyethylene sorbitol ester and polyoxyethylene sorbitan ester, and microcrystalline cellulose. , aluminum metahydroxide, bentonite, agar or tracant, etc. can be used.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples to aid understanding. However, the following examples only illustrate the content of the present invention and the scope of the present invention is not limited to the following examples. Examples of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

<실험예><Experimental example>

하기의 실험예들은 본 발명에 따른 각각의 실시예에 공통적으로 적용되는 실험예를 제공하기 위한 것이다.The following experimental examples are intended to provide experimental examples commonly applied to each embodiment according to the present invention.

1. 균주, 화합물 및 배양 조건1. Strains, compounds and culture conditions

여드름균으로는 큐티박테리움 아크네스 (Cutibacterium acnes) 균주 KCCM 41747 (ATCC 6919) 그람양성균 (isolated from human facial acne), 황색포도상구균으로는 메티실린 감수성 황색포도상구균주 (Staphylococcus aureus), 칸디다 알비칸즈로는 프루코나졸 내성(fluconazole-resistance) 칸디다 알비칸즈 (Candida albicans) 균주 DAY 185를 이용하였다. 여드름 균주 배양을 위한 배지로 Reinforced Clostridium Media (RCM)에 agar를 첨가한 고체 배지와 agar 첨가 없는 액체 배지를 사용하였고 37℃, 혐기성 조건에서 실험을 수행하였다. 혐기성 조건을 위해서 BD GasPak™ EZ Gas Generating Anaerobic Pouch Systems (Fisher Scientific, Pittsburgh, USA) 파우치를 이용하였다. 황색포도상구균 균주는 37℃의 LB(Lysogeny broth) 배지에서 배양하였고, 칸디다 알비칸즈 균주는 37℃의 PDB(potato dextrose broth) 배지에서 배양하였다. Acne bacteria include Cutibacterium acnes strain KCCM 41747 (ATCC 6919) Gram-positive bacteria (isolated from human facial acne), and Staphylococcus aureus include methicillin-susceptible Staphylococcus aureus and Candida albicans. The fluconazole-resistant Candida albicans strain DAY 185 was used. Solid media with agar added to Reinforced Clostridium Media (RCM) and liquid media without agar were used as media for culturing acne strains, and the experiment was performed at 37°C under anaerobic conditions. For anaerobic conditions, BD GasPak™ EZ Gas Generating Anaerobic Pouch Systems (Fisher Scientific, Pittsburgh, USA) pouches were used. Staphylococcus aureus strains were cultured in LB (Lysogeny broth) medium at 37°C, and Candida albicans strains were cultured in PDB (potato dextrose broth) medium at 37°C.

전체 20개의 인돌은 7-azaindole, 7-benzyloxyindole, 3,3-diindolylmethane (DIM), 7-formylindole, 7-hydroxyindole, indole, indole-3-acetamide, indole-3-acetic acid, indole-3-acetonitrile, indole-3-butyric acid, indole-3-carbinol, indole-3-carboxyaldehyde, indole-7-carboxylic acid, indole-3-propionic acid, isatin, 7-methoxyindole, 7-methylindole, methyl indole-7-carboxylate, 7-nitroindole 및 2-oxindole을 Sigma Aldrich(St. Louis, MO, USA), Wako Chemicals Inc.(Richmond, VA, USA) 또는 Combi-Blocks, Inc.(San Diego, CA, USA)에서 구입하여 사용하였다.A total of 20 indoles are 7-azaindole, 7-benzyloxyindole, 3,3-diindolylmethane (DIM), 7-formylindole, 7-hydroxyindole, indole, indole-3-acetamide, indole-3-acetic acid, indole-3-acetonitrile , indole-3-butyric acid, indole-3-carbinol, indole-3-carboxyaldehyde, indole-7-carboxylic acid, indole-3-propionic acid, isatin, 7-methoxyindole, 7-methylindole, methyl indole-7-carboxylate , 7-nitroindole and 2-oxindole were purchased from Sigma Aldrich (St. Louis, MO, USA), Wako Chemicals Inc. (Richmond, VA, USA), or Combi-Blocks, Inc. (San Diego, CA, USA). used.

모든 인돌 유도체들을 용해하기 위한 용매로 디메틸설폭사이드 (DMSO)를 사용하였으며, DMSO (0.1% v/v)를 음성대조군으로 사용하였다. 0.1% 이하의 DMSO는 박테리아 성장 또는 생물막 형성에 영향이 나타내지 않았다.Dimethyl sulfoxide (DMSO) was used as a solvent to dissolve all indole derivatives, and DMSO (0.1% v/v) was used as a negative control. DMSO below 0.1% showed no effect on bacterial growth or biofilm formation.

2. 플랑크톤 세포 성장 측정 및 최소성장억제농도(MIC) 확인2. Measurement of planktonic cell growth and confirmation of minimum growth inhibitory concentration (MIC)

여드름균의 플랑크톤 성장에 있어서 인돌의 효과를 확인하기 위해, 96-웰 플레이트(96-well plate)에 6일간 배양된 세포배양액을 1:50으로 신선한 RCM 배지에 희석하여 재접종하고 각각의 농도의 인돌 유도체들을 처리하였다. 플레이트를 37℃, 혐기성 조건으로 배양하였으며, 혐기성 파우치를 이용하여 혐기 상태를 유지시켰다. 96시간 배양 후 분광광도계(Optizen 2120UV spectrophotometer)를 이용하여 600 nm에서 세포 혼탁도를 확인하였다. To confirm the effect of indole on the planktonic growth of acne bacteria, cell culture medium cultured for 6 days in a 96-well plate was diluted 1:50 in fresh RCM medium and re-inoculated. Indole derivatives were treated. The plate was cultured at 37°C under anaerobic conditions, and anaerobic conditions were maintained using an anaerobic pouch. After 96 hours of incubation, cell turbidity was checked at 600 nm using a spectrophotometer (Optizen 2120UV spectrophotometer).

3. 생물막 형성 억제 분석3. Biofilm formation inhibition assay

크리스탈 바이올렛 분석을 수행하여 생물막 형성을 정량하였다. 간략하게, 96시간 배양된 여드름균을 멸균된 RCM 배지로 1:50으로 희석하고, 인돌이 존재하거나 존재하지 않는 조건으로 37℃, 혐기성 조건하에서 6일 동안 배양하였다.Crystal violet analysis was performed to quantify biofilm formation. Briefly, acne bacteria cultured for 96 hours were diluted 1:50 with sterilized RCM medium and cultured for 6 days under anaerobic conditions at 37°C in the presence or absence of indole.

생물막을 정량은 플레이트를 증류수로 세 번 세척하여 플랑크톤 세포를 폐기하고 웰에 부착된 생물막 세포만을 0.1% 크리스탈 바이올렛으로 20분간 염색하였다. 그 후, 플레이트를 멸균 증류수로 3회 세척하고 95% 에탄올을 이용하여 크리스탈 바이올렛을 추출하여 분과광도계(Multiskan EX microplate reader (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA))를 이용하여 570 nm에서 흡광도를 측정하였다. 최소 12개의 반복 웰의 평균값으로 결과를 나타내었다.To quantify biofilm, the plate was washed three times with distilled water, planktonic cells were discarded, and only the biofilm cells attached to the well were stained with 0.1% crystal violet for 20 minutes. Afterwards, the plate was washed three times with sterile distilled water, crystal violet was extracted using 95% ethanol, and the absorbance was measured at 570 nm using a spectrophotometer (Multiskan EX microplate reader (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA). . Results are expressed as the average value of at least 12 replicate wells.

억제율의 백분율은 상대적인 생물막 형성을 나타낸다 (100 x biofilm formation with chemical/biofilm formation of untreated control). 또한 여드름 치료제로 잘 알려진 항생제인 benxoyl peroxide, gentamycin, ciprofloxacin과 3,3-diindolylmethane의 항균 및 항생물막 효능을 비교하였다.The percentage of inhibition indicates relative biofilm formation (100 x biofilm formation with chemical/biofilm formation of untreated control). In addition, the antibacterial and antibiofilm efficacy of benxoyl peroxide, gentamycin, and ciprofloxacin, which are well-known acne treatment antibiotics, and 3,3-diindolylmethane were compared.

4. 여드름균, 황색포도상구균 및 칸디다 알비칸즈의 다종 생물막 형성 분석4. Analysis of multi-species biofilm formation of Acne acne, Staphylococcus aureus and Candida albicans

여드름균, 황색포도상구균 및 칸디다 알비칸즈의 다종 생물막을 생성하기 위해, 여드름균 (59 ± 4 × 107 CFU), 황색포도상구균 세포 (59 ± 4 × 107 CFU), 칸디다 알비칸즈 세포 (23 ± 3 × 105 CFU)를 혼합 RCM/LB/PDB 배지 (1:1:1)에 동시에 접종하고 배양하였다. 혐기성 파우치를 사용하여 37℃에서 6일 동안 혐기성 조건하에서 바이오필름 형성을 분석하였다. 2종 생물막 형성을 위해, 여드름균과 황색포도상구균 또는 여드름균과 칸디다 알비칸즈를 96-웰 플레이트의 RCM/LB (1:1) 또는 RCM/PDB 배지 (1:1)에 접종하고 혐기성 조건에서 37℃에서 6일 동안 배양하였다.To generate multispecies biofilms of Acne acnes, Staphylococcus aureus, and Candida albicans, Acne acnes (59 ± 4 × 10 7 CFU), Staphylococcus aureus cells (59 ± 4 × 10 7 CFU), and Candida albicans cells (23 ± 3 × 10 5 CFU) were simultaneously inoculated into mixed RCM/LB/PDB medium (1:1:1) and cultured. Biofilm formation was analyzed under anaerobic conditions at 37°C for 6 days using anaerobic pouches. To form two types of biofilm, Acne acne and Staphylococcus aureus or Acne acne and Candida albicans were inoculated into RCM/LB (1:1) or RCM/PDB medium (1:1) in a 96-well plate and incubated under anaerobic conditions. Cultured for 6 days at 37°C.

5. 실시간 영상 현미경 (live imaging microscopy), 공초점 레이저 주사현미경 (CLSM) 및 주사전자현미경 (SEM) 관찰5. Observation by live imaging microscopy, confocal laser scanning microscopy (CLSM), and scanning electron microscopy (SEM)

3,3-diindolylmethane의 존재 유무에 따른 여드름균의 생물막 또는 여드름균/황색포도상구균/칸디다 알비칸즈의 혼합 생물막을 정량화하기 위해, 혐기성 파우치를 사용하여 혐기성 조건 하에서 37℃에서 6일 동안 배양하였다. 그 후, PBS로 3회 세척하여 플랑크톤 세포를 제거하고 광학현미경 iRiSTM Digital Cell Imaging System을 사용하여 다양한 배율에서 실시간 생물막을 확인하였다. 생물막 이미지는 ImageJ를 사용하여 2D 및 3D 그림으로 재구성되었다.To quantify the biofilm of P. acnes or the mixed biofilm of P. acnes/Staphylococcus aureus/Candida albicans in the presence or absence of 3,3-diindolylmethane, the samples were cultured at 37°C for 6 days under anaerobic conditions using anaerobic pouches. Afterwards, planktonic cells were removed by washing three times with PBS, and real-time biofilm was confirmed at various magnifications using an optical microscope iRiS TM Digital Cell Imaging System. Biofilm images were reconstructed into 2D and 3D pictures using ImageJ.

여드름균 생물막 또는 혼합 여드름균/황색포도상구균 또는 여드름균/황색포도상구균/칸디다 알비칸즈의 생물막은 6일 동안 혐기성 조건에서 교반없이 96-웰 폴리스티렌 플레이트에서 3,3-diindolylmethane를 농도별로 첨가하여 배양하였다. 그 후, 플랑크톤 세포를 물로 3회 세척하여 버리고 카복시플루오레신 다이아세테이트 석신이미딜 에스터 (carboxyfluorescein diacetate succinimidyl ester)로 염색하였다. 플레이트 위의 생물막 세포는 공초점 레이저 주사현미경(Confocal Laser Scanning Microscope, Nikon Eclipse Ti, Tokyo, Japan)을 사용하여 488 nm Ar 레이저 (방출 파장 500~550 nm)로 시각화했다. COMSTAT 소프트웨어는 생물막 부피 (μm3/μm2), 평균 생물막 두께 (μM) 및 기질 범위 (%)를 결정하는데 사용되었다. 각각의 실험 샘플에 대해 2개의 독립적인 배양 세균을 사용하고 10개 이상의 무작위 지점을 분석했다.Acne biofilm or mixed Acne acne/Staphylococcus aureus or Acne acne/Staphylococcus aureus/Candida albicans biofilm was cultured in 96-well polystyrene plates without agitation under anaerobic conditions for 6 days by adding 3,3-diindolylmethane at different concentrations. did. Afterwards, the planktonic cells were washed three times with water, discarded, and stained with carboxyfluorescein diacetate succinimidyl ester. Biofilm cells on the plate were visualized with a 488 nm Ar laser (emission wavelength 500–550 nm) using a confocal laser scanning microscope (Nikon Eclipse Ti, Tokyo, Japan). COMSTAT software was used to determine biofilm volume (μm 3 /μm 2 ), average biofilm thickness (μM) and substrate coverage (%). For each experimental sample, two independent cultures of bacteria were used and at least 10 random spots were analyzed.

주사 전자 현미경 (SEM)으로 나일론 멤브레인에서의 다종 생물막을 관찰하였다. 간략하게, 단일 또는 혼합 종을 96-웰 플레이트에 3,3-diindolylmethane이 존재하거나 존재하지 않는 조건으로 처리하고, 각 웰에 나일론 멤브레인(0.4 x 0.4 mm 정사각형)을 첨가하였다.Multispecies biofilms on nylon membranes were observed using scanning electron microscopy (SEM). Briefly, single or mixed species were treated in the presence or absence of 3,3-diindolylmethane in 96-well plates, and a nylon membrane (0.4 × 0.4 mm square) was added to each well.

37℃, 혐기성 조건하에서 교반 없이 6일 동안 함께 배양하여 나일론 멤브레인 위에 생물막을 성장시켰다. 그 후, 나일론 멤브레인에 부착된 생물막 세포를 2.5% 글루타알데하이드 및 2% 포름알데하이드로 20시간 동안 고정시키고, 사산화오스뮴으로 연속적으로 고정시키고, 에탄올 시리즈(50, 70, 80, 90, 95 및 100%)로 각각 30분, 아세트산 이소아밀(isoamyl acetate)을 이용하여 20시간 탈수시켰다. Biofilms were grown on nylon membranes by culturing together for 6 days at 37°C under anaerobic conditions without agitation. Afterwards, the biofilm cells attached to the nylon membrane were fixed with 2.5% glutaraldehyde and 2% formaldehyde for 20 h, successively fixed with osmium tetroxide, and incubated in an ethanol series (50, 70, 80, 90, 95, and 100%) for 30 minutes each, and isoamyl acetate for 20 hours.

임계점 건조 후, 필터상 세포를 팔라디움/금으로 코팅하고, S-4800 scanning electron microscope (Hitachi, Tokyo, Japan)하에서 15 kV의 전압을 이용하여 세포를 관찰하고 이미지화하였다.After critical point drying, the cells on the filter were coated with palladium/gold, and the cells were observed and imaged using a voltage of 15 kV under an S-4800 scanning electron microscope (Hitachi, Tokyo, Japan).

6. 세포외기질 생산 (extracellular polymeric substance, EPS) 분석6. Extracellular matrix production (extracellular polymeric substance, EPS) analysis

EPS 정량을 위해, 50 ml의 대조군 및 인돌이 처리된 여드름균을 37℃에서 6일 동안 배양하였다. 배양 후 배양물을 8,228×g 로 10분간 원심분리하고 상층액을 분리하였다.For EPS quantification, 50 ml of control and indole-treated Acne bacteria were cultured at 37°C for 6 days. After incubation, the culture was centrifuged at 8,228 × g for 10 minutes and the supernatant was separated.

침전세포를 멸균된 PBS로 세척하여 배양 상층액을 제거하였다. 등장성 완충액 (10 mM Tris/HCl, pH 8.0, 10 mM EDTA, 2.5% NaCl) 50 ml를 세포 펠렛에 첨가하고, 혼합한 세균을 4℃에서 하룻밤 동안 방치하였다. 이후, 세포 현탁액을 5분간 믹싱하고 8,228×g에서 10분간 원심분리하였다. 세포에 결합되어 있던 EPS가 포함된 상층액을 세포로부터 분리하였다. 차가운 에탄올을 1:3의 비율로 상기 상층액에 첨가하고 -20℃에서 하룻밤 동안 정치시켰다. 4℃에서 18,514×g 로 30분간 원심분리하여 침전된 EPS를 수집한 후, 침전물을 70% 에탄올로 세척하여 건조시키고 무게를 측정하였다. 인돌에 의한 EPS 생성 억제 백분율은 처리된 EPS 중량을 대조군 중량의 백분율로 표현하여 계산하였다.The precipitated cells were washed with sterilized PBS to remove the culture supernatant. 50 ml of isotonic buffer (10mM Tris/HCl, pH 8.0, 10mM EDTA, 2.5% NaCl) was added to the cell pellet, and the mixed bacteria were left at 4°C overnight. Afterwards, the cell suspension was mixed for 5 minutes and centrifuged at 8,228 × g for 10 minutes. The supernatant containing EPS bound to the cells was separated from the cells. Cold ethanol was added to the supernatant at a ratio of 1:3 and left at -20°C overnight. The precipitated EPS was collected by centrifugation at 18,514 × g for 30 minutes at 4°C, and the precipitate was washed with 70% ethanol, dried, and weighed. The percentage inhibition of EPS production by indole was calculated by expressing the treated EPS weight as a percentage of the control weight.

7. 칸디다 알비칸즈에 대한 균사 형성 및 세포 응집 분석7. Hyphal formation and cell aggregation assay for Candida albicans

사상체의 성장과 균사 형성을 관찰하기 위해, 실시간 영상 현미경 시스템을 사용하였다. 간략하게, 칸디다 알비칸즈 세포를 다양한 농도의 인돌, indole-3-carbinol 또는 3,3-diindolylmethane을 함유하는 1 ml의 PDB 배지에 1:50으로 희석하고 재접종한 후, 교반 없이 37℃에서 24시간 동안 배양하였다. 그 후, 제조업체의 설명에 따라 iRiSTM Digital Cell Imaging System을 사용하여 세포를 시각화하였다. 이때 최소한 4개의 배양물이 사용되었으며, 세포 응집 분석을 위해 칸디다 알비칸즈는 10% 소 혈청이 보충된 1 ml의 균사 촉진 배지 (RPMI-1640, GE Healthcare Bio-Sciences, Pittsburgh, PA)에 밤새 배양한 배양물을 1:50으로 희석하였다. To observe filamentous growth and hyphal formation, a real-time video microscopy system was used. Briefly, Candida albicans cells were diluted 1:50 in 1 ml of PDB medium containing various concentrations of indole, indole-3-carbinol, or 3,3-diindolylmethane, re-inoculated, and incubated at 37°C for 24 hours without agitation. It was cultured for some time. Cells were then visualized using the iRiS Digital Cell Imaging System according to the manufacturer's instructions. At least four cultures were used. For cell aggregation analysis, Candida albicans was cultured overnight in 1 ml of mycelium promotion medium (RPMI-1640, GE Healthcare Bio-Sciences, Pittsburgh, PA) supplemented with 10% bovine serum. One culture was diluted 1:50.

세포 응집 평가를 위해 칸디다 알비칸즈 세포를 1.7 ml 튜브에 10% 소 혈청 (GE Healthcare Bio-Sciences)이 보충된 1 ml의 균사 촉진 배지 (RPMI-1640, GE Healthcare Bio-Sciences, Pittsburgh, PA)에 20시간 배양하여 1:50으로 희석하여 접종하고 37℃에서 24시간 동안 교반하지 않고 배양하였다. 배양 후, 세포는 4× 및 10× 배율에서 iRiSTM Digital Cell Imaging을 사용하여 시각화되었고, 최소 5번의 독립적인 실험이 수행되었다.For cell aggregation assessment, Candida albicans cells were seeded in 1 ml of hyphal promotion medium (RPMI-1640, GE Healthcare Bio-Sciences, Pittsburgh, PA) supplemented with 10% bovine serum (GE Healthcare Bio-Sciences) in 1.7 ml tubes. After culturing for 20 hours, it was diluted 1:50, inoculated, and cultured at 37°C for 24 hours without stirring. After incubation, cells were visualized using iRiS Digital Cell Imaging at 4× and 10× magnification, and at least five independent experiments were performed.

8. 유전자발현 연구를 위한 정량적 실시간 역전사 PCR (qRT-PCR)8. Quantitative real-time reverse transcription PCR (qRT-PCR) for gene expression studies

유전자 발현 분석을 위해 OD600 (23 ± 3 × 105 CFU)에서 초기 탁도가 0.05인 여드름균 15 ml를 15 ml 튜브의 RCM 액체 배지에 접종하고 혐기성 조건에서 교반 없이 37℃에서 3일 동안 배양하였다. 배양 후, 세포를 교반 없이 37℃에서 추가 24시간 동안 3,3-diindolylmethane (0.1mM)의 존재하거나 존재하지 않는 조건으로 배양하였다. RNA 분해를 방지하기 위해 RNAlater (RNase inhibitor, Ambion, TX, USA)를 세포를 수확하기 전에 사용하였다. Qiagen RNeasy mini Kit (Valencia, CA, USA)를 사용하여 전체 RNA를 추출하고 세척하였다.For gene expression analysis, 15 ml of P. acnes with an initial turbidity of 0.05 at OD600 (23 ± 3 × 10 5 CFU) was inoculated into RCM liquid medium in a 15 ml tube and cultured for 3 days at 37°C without agitation under anaerobic conditions. After incubation, cells were cultured in the presence or absence of 3,3-diindolylmethane (0.1mM) for an additional 24 h at 37°C without agitation. To prevent RNA degradation, RNAlater (RNase inhibitor, Ambion, TX, USA) was used before harvesting cells. Total RNA was extracted and washed using the Qiagen RNeasy mini Kit (Valencia, CA, USA).

qRT-PCR을 사용하여 생물막 및 독성 관련 유전자, 즉 PPA1761, PPA1796, PPA2105, PPA380, hly, PPA0149, btuR, cbiL, roxP, tly 및 PPA0349의 발현을 결정하였다. 16s rRNA의 발현은 3,3-diindolylmethane에 의해 영향을 받지 않았다. SYBR Green 마스터 믹스 (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA)와 ABI StepOne Real-Time PCR System (Applied Biosystems)을 사용하여 수행되었다. 최소 2개의 독립적인 배양물 및 4개의 PCR 반응이 사용되었다.qRT-PCR was used to determine the expression of biofilm- and virulence-related genes, namely PPA1761, PPA1796, PPA2105, PPA380, hly, PPA0149, btuR, cbiL, roxP, tly and PPA0349. Expression of 16s rRNA was not affected by 3,3-diindolylmethane. It was performed using SYBR Green master mix (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA) and the ABI StepOne Real-Time PCR System (Applied Biosystems). At least two independent cultures and four PCR reactions were used.

9. 통계 분석9. Statistical analysis

각 실험에 대한 복제 수는 각 방법에 제공되며, 결과는 평균 ± 표준 편차로 표시되었다. 일원 분산 분석 후 SPSS 버전을 사용한 Dunnett의 검정을 통계 분석을 위해 수행하였다. < 0.05의 P 값은 유의미한 것으로 간주되었다. 그림에서 *표는 처리된 샘플과 처리되지 않은 샘플 간의 상당한 변화를 나타낸다.The number of replicates for each experiment is provided for each method, and results were expressed as mean ± standard deviation. One-way analysis of variance followed by Dunnett's test using SPSS version was performed for statistical analysis. A P value of <0.05 was considered significant. In the figure, * marks indicate significant changes between treated and untreated samples.

<실시예 1> 여드름균에 대한 인돌의 항균성 및 항생물막 활성 확인<Example 1> Confirmation of antibacterial and antibiofilm activity of indole against acne bacteria

여드름균에 대한 항생물막 특성을 평가하기 위해 0.1 mM 농도의 20개의 인돌을 96-웰 플레이트에 도 1과 같이 스크리닝하였다.To evaluate the antibiofilm properties against acne bacteria, 20 indoles at a concentration of 0.1 mM were screened in a 96-well plate as shown in Figure 1.

그 결과, 도 2A와 같이 테스트한 인돌 유도체들 중에서 0.1 mM 농도의 7-azaindole, 7-benzyloxyindole, 3,3’-diindolylmethane (DIM) 및 indole-3-carbinol은 여드름균에 의한 생물막 형성을 유의하게 억제한 반면, 인돌 및 기타 인돌은 덜 효과적이었다. As a result, among the indole derivatives tested as shown in Figure 2A, 7-azaindole, 7-benzyloxyindole, 3,3'-diindolylmethane (DIM), and indole-3-carbinol at a concentration of 0.1 mM significantly inhibited biofilm formation by Acne bacteria. whereas indole and other indoles were less effective.

최소성장저해농도(MIC) 분석을 사용하여 여드름균에 대한 20개의 인돌유사체들의 항균 농도를 조사하였다. 그 결과, 도 1과 같이 대부분 인돌유사체들의 MIC는 >5 mM인 반면, indole-3-carbinol, 3,3’-diindolylmethane, 7-methylindole, 및 7-nitroindole의 MIC는 배양 6일 후 각각 >5 mM, 0.1 mM, 1.0 mM 및 2 mM이었다.The antibacterial concentration of 20 indole analogs against Acne acne was investigated using minimum growth inhibitory concentration (MIC) analysis. As a result, as shown in Figure 1, the MICs of most indole analogs were >5 mM, while the MICs of indole-3-carbinol, 3,3'-diindolylmethane, 7-methylindole, and 7-nitroindole were each >5 after 6 days of culture. mM, 0.1mM, 1.0mM and 2mM.

또한, 도 2의 플랑크톤 성장 곡선을 참고하면, 0.1 mM까지의 인돌은 세포 성장을 억제하지 않고, 0.1 mM에서의 3,3’-diindolylmethane은 세포 성장을 완전히 억제하며, 0.1 mM에서의 indole-3-carbinol은 부분적으로 세포 성장을 억제하는 것을 확인할 수 있었다.Additionally, referring to the planktonic growth curve in Figure 2, indole up to 0.1 mM does not inhibit cell growth, 3,3'-diindolylmethane at 0.1 mM completely inhibits cell growth, and indole-3 at 0.1 mM -Carbinol was confirmed to partially inhibit cell growth.

상기 결과로부터 3,3’-diindolylmethane 및 indole-3-carbinol의 항균활성으로 인해 부분적으로 여드름균의 생물막 형성이 억제되는 것을 확인할 수 있었다.From the above results, it was confirmed that biofilm formation of acne bacteria was partially suppressed due to the antibacterial activity of 3,3'-diindolylmethane and indole-3-carbinol.

<실시예 2> Indole-3-carbinol, 3,3’-diindolylmethane 및 항생제의 여드름균 생물막 억제 효과 확인<Example 2> Confirmation of the acne biofilm inhibition effect of indole-3-carbinol, 3,3’-diindolylmethane and antibiotics

앞서 확인된 생물막 실험 결과로부터 인돌, Indole-3-carbinol 및 3,3’-diindolylmethane이 농도 의존적으로 여드름균의 생물막 형성이 억제되는 것이 확인되었다.From the previously confirmed biofilm experiment results, it was confirmed that indole, indole-3-carbinol, and 3,3'-diindolylmethane inhibit the biofilm formation of acne bacteria in a concentration-dependent manner.

보다 상세하게, 도 2E와 같이 1 mM (117 μg/ml)의 인돌은 여드름균 생물막 형성을 유의하게 억제하였으며, 상기 결과는 Indole이 여드름균에 대한 항균막 활성을 갖는다는 첫 번째 보고이다. 그러나 도 2F와 같이 0.1 mM (32 μg/ml)의 3,3’-diindolylmethane은 생물막 형성을 거의 억제한 반면, Indole-3-carbinol은 도 2G와 같이 농도 의존적으로 여드름균 생물막 형성을 억제하였지만 3,3’-diindolylmethane 보다 낮았다. More specifically, as shown in Figure 2E, 1 mM (117 μg/ml) of indole significantly inhibited the formation of P. acnes biofilm, and this result is the first report that indole has antibacterial film activity against P. acnes. However, as shown in Figure 2F, 0.1mM (32 μg/ml) of 3,3'-diindolylmethane almost inhibited biofilm formation, while Indole-3-carbinol inhibited the formation of P. acnes biofilm in a concentration-dependent manner as shown in Figure 2G. , lower than that of 3'-diindolylmethane.

한편, 3,3’-diindolylmethane의 항생물막 활성은 일반적인 여드름 치료제로 사용되는 항생제인 benzoyl peroxide, gentamycin 및 ciprofloxacin의 3가지 항생제와 비교하였다. 도 3을 참고하면, 여드름균의 생물막 형성을 농도 의존적으로 억제되었다. 여드름 치료에 흔히 사용되는 benzoyl peroxide은 3,3’-diindolylmethane 보다 낮은 여드름 세균의 생물막 형성 억제 효과를 나타낸 반면, gentamycin과 광범위한 항생제 ciprofloxacin은 여드름균의 세포 성장과 바이오 필름 형성을 억제하는데 더 효과적이었다. 예를 들어, 도 3A 내지 도 3C와 같이 200 μg/ml의 benzoyl peroxide는 MIC가 400 μg/ml로 생물막 형성을 60% 억제했다. 20 μg/ml의 gentamycin은 MIC 100 μg/ml에서 생물막 형성을 98% 억제하고, 1 μg/ml의 ciprofloxacin은 MIC 5 μg/ml에서 생물막 형성을 94% 억제하였다.Meanwhile, the antibiofilm activity of 3,3'-diindolylmethane was compared with three antibiotics used as common acne treatments: benzoyl peroxide, gentamycin, and ciprofloxacin. Referring to Figure 3, biofilm formation of acne bacteria was suppressed in a concentration-dependent manner. Benzoyl peroxide, commonly used in the treatment of acne, showed a lower inhibitory effect on biofilm formation of acne bacteria than 3,3'-diindolylmethane, while gentamycin and the broad-spectrum antibiotic ciprofloxacin were more effective in inhibiting cell growth and biofilm formation of acne bacteria. For example, as shown in Figures 3A to 3C, 200 μg/ml of benzoyl peroxide inhibited biofilm formation by 60% with an MIC of 400 μg/ml. 20 μg/ml of gentamycin inhibited biofilm formation by 98% at an MIC of 100 μg/ml, and 1 μg/ml of ciprofloxacin inhibited biofilm formation by 94% at an MIC of 5 μg/ml.

<실시예 3> 여드름균에 대한 3,3’-diindolylmethane과 항생제의 조합이 항생물막 효과에 미치는 영향 확인<Example 3> Confirmation of the effect of the combination of 3,3'-diindolylmethane and antibiotics on the anti-biofilm effect against acne bacteria

여드름균에 대한 3,3’-diindolylmethane과 항생제의 조합이 항생물막 효과에 미치는 영향을 확인하였다. 그 결과, 3,3’-diindolylmethane과 항생제를 병용하였을 때 항생물막 활성이 향상되었다. 보다 상세하게, 도 3E와 같이 5 μg/ml의 Gentamycin은 생물막 형성을 53% 감소시킨 반면, Gentamycin (0.5 ㎍/ml) 및 3,3’-diindolylmethane (0.05 mM)은 생물막 형성을 93% 감소시켰다. 또한, 도 3F와 같이 0.5 ㎍/ml의 ciprofloxacin은 생물막 형성을 37% 감소시킨 반면, ciprofloxacin (0.5 ㎍/ml) 및 3,3’-diindolylmethane (0.05 mM) 처리는 생물막 형성을 84% 감소시켰다. 그러나 도 3D와 같이 3,3’-diindolylmethane은 benzoyl peroxide 효능을 향상시키지 못하였다.The effect of the combination of 3,3'-diindolylmethane and antibiotics on the antibiofilm effect against acne bacteria was confirmed. As a result, antibiofilm activity was improved when 3,3'-diindolylmethane and antibiotics were used together. More specifically, as shown in Figure 3E, 5 μg/ml of Gentamycin reduced biofilm formation by 53%, while Gentamycin (0.5 μg/ml) and 3,3'-diindolylmethane (0.05 mM) reduced biofilm formation by 93%. . Additionally, as shown in Figure 3F, 0.5 μg/ml of ciprofloxacin reduced biofilm formation by 37%, while treatment with ciprofloxacin (0.5 μg/ml) and 3,3’-diindolylmethane (0.05 mM) reduced biofilm formation by 84%. However, as shown in Figure 3D, 3,3'-diindolylmethane did not improve the efficacy of benzoyl peroxide.

<실시예 4> 칸디다 알비칸즈 및 황색포도상구균의 생물막 형성에 대한 3,3’-diindolylmethane의 항생물막 활성 확인<Example 4> Confirmation of anti-biofilm activity of 3,3’-diindolylmethane against biofilm formation of Candida albicans and Staphylococcus aureus

여드름균은 종종 황색포도상구균 또는 칸디다 알비칸즈와 같은 다른 미생물과 함께 피부에 생물막을 형성하며, 이러한 생물막들은 항균제에 더 내성이 있는 경향이 있다. 따라서 호기성 및 혐기성 조건에서 황색포도상구균 또는 칸디다 알비칸즈 생물막에 대한 3,3’-diindolylmethane의 억제 효과를 조사하였다.Acne acne often forms biofilms on the skin with other microorganisms, such as Staphylococcus aureus or Candida albicans, and these biofilms tend to be more resistant to antibacterial agents. Therefore, the inhibitory effect of 3,3'-diindolylmethane on Staphylococcus aureus or Candida albicans biofilms was investigated under aerobic and anaerobic conditions.

그 결과, 도 4A 및 도 4B와 같이 칸디다 알비칸즈 및 황색포도상구균에 의한 생물막 형성은 호기성 조건에서 1일 동안 배양한 후 3,3’-diindolylmethane에 의해 용량 의존적으로 억제되었다. 보다 상세하게, 0.1 mM의 3,3’-diindolylmethane은 호기성 조건에서 칸디다 알비칸즈 생물막 형성을 94% 억제하였고, 황색포도상구균 생물막 형성을 71% 억제하였다. 또한, 3,3’-diindolylmethane은 혐기성 조건에서 6일 동안 배양한 후 칸디다 알비칸즈 및 황색포도상구균에 의한 생물막 형성을 유의하게 억제하였다.As a result, as shown in Figures 4A and 4B, biofilm formation by Candida albicans and Staphylococcus aureus was inhibited in a dose-dependent manner by 3,3'-diindolylmethane after culturing for 1 day under aerobic conditions. More specifically, 0.1mM of 3,3'-diindolylmethane inhibited Candida albicans biofilm formation by 94% and Staphylococcus aureus biofilm formation by 71% under aerobic conditions. Additionally, 3,3'-diindolylmethane significantly inhibited biofilm formation by Candida albicans and Staphylococcus aureus after culturing for 6 days under anaerobic conditions.

칸디다 알비칸즈 및 황색포도상구균에 대한 3,3’-diindolylmethane의 최소성장억제농도(MIC)는 각각 >1 mM로 확인됨에 따라, 3,3’-diindolylmethane의 항균 활성이 항생물막 활성에 부분적으로 영향을 미쳤을 것으로 제안될 수 있다.As the minimum growth inhibitory concentration (MIC) of 3,3'-diindolylmethane for Candida albicans and Staphylococcus aureus was confirmed to be >1mM, the antibacterial activity of 3,3'-diindolylmethane partially affects the antibiofilm activity. It could be suggested that he was crazy.

<실시예 5> 현미경 관찰을 통한 3,3’-diindolylmethane에 의한 여드름균의 생물막 억제 확인<Example 5> Confirmation of biofilm inhibition of acne bacteria by 3,3’-diindolylmethane through microscopic observation

생물막 억제는 live cell imaging system과 CSLM 및 SEM을 사용하여 분석하였다. 도 5A를 참고하면, 3-D 컬러 메쉬 플롯은 0.02 또는 0.05 mM에서 3,3’-diindolylmethane이 여드름균에 의한 생물막 형성을 억제하는 것이 확인되었다. Biofilm inhibition was analyzed using a live cell imaging system and CSLM and SEM. Referring to Figure 5A, the 3-D color mesh plot confirmed that 3,3'-diindolylmethane inhibits biofilm formation by Acne bacteria at 0.02 or 0.05 mM.

또한, 도 5B 및 도 5C와 같이 CLSM 및 COMSTAT 분석은 생물막 변화를 더 잘 나타내었다. 또한, 처리되지 않은 여드름균은 고밀도 생물막(두께가 40μm 이상이고 표면 커버리지가 거의 100%)을 형성했으며, 0.02 또는 0.05 mM의 3,3’-diindolylmethane을 처리한 여드름균은 생물막 밀도와 두께를 크게 감소시켰다. 보다 상세하게, 생물막 바이오매스, 두께 및 표면 커버리지는 0.05 mM의 3,3’-diindolylmethane가 처리되지 않은 대조군에 비해 각각 >88, 87 및 95% 감소시켰다.Additionally, as shown in Figures 5B and 5C, CLSM and COMSTAT analyzes better revealed biofilm changes. Additionally, untreated Acne acnes formed high-density biofilms (thickness greater than 40 μm and surface coverage of nearly 100%), while Acne acnes treated with 0.02 or 0.05 mM 3,3'-diindolylmethane significantly reduced biofilm density and thickness. decreased. More specifically, biofilm biomass, thickness, and surface coverage were reduced >88, 87, and 95%, respectively, by 0.05 mM 3,3'-diindolylmethane compared to the untreated control.

또한, 5D의 SEM 분석을 통하여 3,3’-diindolylmethane이 생물막에서 EPS의 생성을 감소시키고, 여드름균의 세포 밀도 및 생물막 형성을 감소시키는 것이 확인되었다. 흥미롭게도 3,3’-diindolylmethane 처리는 세포 길이를 증가시켜 세포 분열의 억제를 나타내었다. 보다 상세하게, 여드름균의 세포 크기는 처리되지 않은 대조군 (1.25 ± 0.4 μm)과 비교하여 0.02 또는 0.05 mM의 3,3’-diindolylmethane 존재 하에 각각 240% (3.0 ± 0.3 μm) 및 252% (3.2 ± 0.2 μm) 증가되었다.In addition, through 5D SEM analysis, it was confirmed that 3,3'-diindolylmethane reduces the production of EPS in biofilms and reduces the cell density and biofilm formation of acne bacteria. Interestingly, 3,3’-diindolylmethane treatment increased cell length, indicating inhibition of cell division. More specifically, the cell size of P. acnes increased by 240% (3.0 ± 0.3 μm) and 252% (3.2 μm) in the presence of 0.02 or 0.05 mM 3,3′-diindolylmethane, respectively, compared to the untreated control (1.25 ± 0.4 μm). ± 0.2 μm) increased.

<실시예 6> 여드름균, 칸디다 알비칸즈 및 황색포도상구균의 다종 생물막에 대한 3,3’-diindolylmethane의 항생물막 활성<Example 6> Antibiofilm activity of 3,3'-diindolylmethane against multiple biofilms of Acne acne, Candida albicans, and Staphylococcus aureus

3,3’-diindolylmethane이 여드름균, 칸디다 알비칸즈 및 황색포도상구균에 의한 생물막 형성을 효과적으로 억제함에 따라, 2~3종을 포함하는 다균 생물막에 대한 3,3’-diindolylmethane의 항생물막 효과를 확인하였다. As 3,3'-diindolylmethane effectively inhibits biofilm formation by Acne acne, Candida albicans, and Staphylococcus aureus, the anti-biofilm effect of 3,3'-diindolylmethane on multibacterial biofilm containing 2-3 species was confirmed. did.

RCM과 LB의 1:1 혼합에서 여드름균과 황색포도상구균, RCM과 PDB의 1:1 혼합에서 여드름균과 칸디다 알비칸즈, RCM, LB 그리고 PDB의 1:1:1 혼합에서 여드름균과 황색포도상구균 그리고 칸디다 알비칸즈를 사용하였으며, 상기 2종의 혼합 2개와 3종의 혼합 1개에서 배지에 접종하였으며, 3,3’-diindolylmethane이 상기 생물막 형성에 미치는 영향을 확인하였다.Acne and Staphylococcus aureus in a 1:1 mix of RCM and LB, Acne acne and Candida albicans in a 1:1 mix of RCM and PDB, and Staphylococcus aureus in a 1:1:1 mix of RCM, LB, and PDB. Cocci and Candida albicans were used, and two mixtures of the two species and one mixture of the three species were inoculated into the medium, and the effect of 3,3'-diindolylmethane on the biofilm formation was confirmed.

그 결과, 도 6A 내지 도 6C와 같이 3,3’-diindolylmethane은 모든 경우에 농도 의존적으로 생물막 형성을 억제하였다. 특히, 도 6C와 같이 혐기성 조건에서 6일 동안 배양한 후의 0.05 mM의 3,3’-diindolylmethane에서는 생물막 형성을 69% 억제하였다. 상기 결과는 여드름균, 칸디다 알비칸즈 및 황색포도상구균의 3종 생물막에 대한 첫 번째 보고이다.As a result, as shown in Figures 6A to 6C, 3,3'-diindolylmethane inhibited biofilm formation in a concentration-dependent manner in all cases. In particular, as shown in Figure 6C, 0.05 mM 3,3'-diindolylmethane inhibited biofilm formation by 69% after culturing for 6 days under anaerobic conditions. The above results are the first report on three types of biofilms: Acne acne, Candida albicans, and Staphylococcus aureus.

또한, Live cell imaging system과 CLSM 및 SEM을 사용하여 다종 생물막이 관찰하였다. 그 결과, 세 가지 방식에서 모두 3,3’-diindolylmethane이 3종의 생물막을 억제하는 것으로 나타났다. 보다 상세하게, 도 6D 내지 도 6F와 같이 비처리군에서는 거의 100% 표면 커버리지로 두께 약 19μm의 바이오 필름을 형성했지만, 0.02 또는 0.05 mM 농도의 3,3’-diindolylmethane은 농도 의존적으로 생물막 밀도와 두께를 감소시켰다. 반면, 도 6F와 같이 3종의 생물막은 단일 여드름균 생물막보다 밀도가 낮고 얇았다. 또한, 도 5B와 같이 SEM은 혼합 생물막에서 여드름균, 칸디다 알비칸즈 및 황색포도상구균의 존재를 시각화하였다. 반면, 도 6G와 같이 처리하지 않은 대조군에서는 칸디다 알비칸즈는 황색포도상구균의 원형 세포 또는 여드름균의 막대형 세포보다 훨씬 큰 pseudohyphae와 yeast 세포를 형성하였다. 한편, 0.02 mM의 3,3’-diindolylmethane 처리는 대부분의 칸디다 알비칸즈 세포들의 유착을 막았으며, 황색포도상구균세포 중 여드름균 세포는 거의 관찰되지 않았다. 특히 0.05 mM의 DIM은 3종의 생물막에서 EPS의 생산을 유의하게 감소시켰고, 황색포도상구균 세포는 몇 개만 남아있는 반면 칸디다 알비칸즈 세포 및 여드름균 세포는 남아있지 않았다.In addition, multi-species biofilms were observed using a live cell imaging system, CLSM, and SEM. As a result, 3,3'-diindolylmethane was found to inhibit three types of biofilm in all three methods. More specifically, as shown in Figures 6D to 6F, the untreated group formed a biofilm with a thickness of approximately 19 μm with almost 100% surface coverage, but 3,3'-diindolylmethane at a concentration of 0.02 or 0.05 mM decreased biofilm density and biofilm density in a concentration-dependent manner. thickness was reduced. On the other hand, as shown in Figure 6F, the three types of biofilms were less dense and thinner than the single P. acnes biofilm. Additionally, as shown in Figure 5B, SEM visualized the presence of Acne acne, Candida albicans, and Staphylococcus aureus in the mixed biofilm. On the other hand, in the untreated control group as shown in Figure 6G, Candida albicans formed pseudohyphae and yeast cells that were much larger than the round cells of Staphylococcus aureus or the rod-shaped cells of Acne acne. Meanwhile, treatment with 0.02 mM 3,3'-diindolylmethane prevented adhesion of most Candida albicans cells, and few Staphylococcus aureus cells were observed. In particular, 0.05 mM DIM significantly reduced the production of EPS in the three biofilms, and only a few Staphylococcus aureus cells remained, while no Candida albicans cells and Acne acne cells remained.

<실시예 7> 3,3’-diindolylmethane의 여드름균 생물막에서 세포외기질(EPS) 생산 감소 효과 확인<Example 7> Confirmation of the effect of 3,3’-diindolylmethane on reducing extracellular matrix (EPS) production in acne bacteria biofilm

세포외기질(EPS) 생산은 생물막 형성의 주요 특징으로, 외부의 환경 문제로부터 세포를 보호하도록 돕는다. 여드름균에 의한 세포외기질 생산은 인돌, 3,3’-diindolylmethane 및 indole-3-carbinol의 존재 하에서 측정되었다. Extracellular matrix (EPS) production is a key feature of biofilm formation and helps protect cells from external environmental challenges. Extracellular matrix production by P. acnes was measured in the presence of indole, 3,3’-diindolylmethane, and indole-3-carbinol.

도 7A 내지 도 7C를 참고하면, 최대 2 mM 농도의 인돌은 EPS 생산에 영향을 미치지 않았지만, 3,3’-diindolylmethane 과 indole-3-carbinol은 여드름균의 세포외기질 생산을 용량 의존적으로 감소시켰고, 0.05 mM의 3,3’-diindolylmethane은 여드름균의 세포외기질 생산을 90%까지 감소시켰다. Referring to Figures 7A to 7C, indole at a concentration of up to 2 mM had no effect on EPS production, but 3,3'-diindolylmethane and indole-3-carbinol reduced extracellular matrix production in Acne acnes in a dose-dependent manner. , 0.05mM of 3,3'-diindolylmethane reduced the extracellular matrix production of Acne bacteria by up to 90%.

상기 결과로부터 3,3’-diindolylmethane의 항생물막 활성은 부분적으로 세포외기질 생산을 억제시킴에 의해 기인함을 확인할 수 있었다.From the above results, it was confirmed that the antibiofilm activity of 3,3'-diindolylmethane was partially caused by inhibiting extracellular matrix production.

<실시예 8> 3,3’-diindolylmethane과 indole-3-carbinol 칸디다 알비칸즈의 균사 성장 및 세포의 응집 억제 확인<Example 8> Confirmation of inhibition of mycelial growth and cell aggregation of Candida albicans with 3,3'-diindolylmethane and indole-3-carbinol

효모 세포의 균사 세포로의 이형 전환 및 세포 응집은 칸디다 알비칸즈 생물막 발달의 전제 조건임이 따라, 인돌의 칸디다 알비칸즈 형태에 대한 영향을 연구하기 위해 현미경과 세포 응집 분석을 수행하였다. As heterozygous conversion of yeast cells into hyphal cells and cell aggregation are prerequisites for Candida albicans biofilm development, microscopy and cell aggregation assays were performed to study the effect of indole on Candida albicans morphology.

그 결과, 처리되지 않은 칸디다 알비칸즈에서는 24시간 후에 균사 및 균사에 의해 얽혀 있는 큰 세포 응집체가 관찰되었다. 보다 상세하게, 도 8A와 같이 0.1 mM의 3,3’-diindolylmethane 또는 indole-3-carbinol 처리한 것에서는 모두 균사 형성을 억제하였으며, 효모와 가성균사 세포가 대부분 관찰되었다. 또한, 도 8B와 같이 최대 0.2 mM 농도의 인돌은 이 이형 전환에 영향을 미치지 않았지만, 0.05 mM의 3,3’-diindolylmethane은 균사 형성과 세포 응집이 분명하게 억제되었다.As a result, large cell aggregates entangled by hyphae and hyphae were observed in untreated Candida albicans after 24 hours. In more detail, as shown in Figure 8A, treatment with 0.1 mM 3,3'-diindolylmethane or indole-3-carbinol inhibited hyphae formation, and most yeast and pseudohyphal cells were observed. Additionally, as shown in Figure 8B, indole at concentrations up to 0.2 mM had no effect on this heterotypic transition, but 0.05 mM 3,3'-diindolylmethane clearly inhibited hyphal formation and cell aggregation.

상기 결과로부터 3,3’-diindolylmethane이 균사 형성 및 세포 응집을 억제함으로써 3,3’-diindolylmethane 생물막 형성을 강력하게 억제하는 것이 확인되었다.From the above results, it was confirmed that 3,3'-diindolylmethane strongly inhibits 3,3'-diindolylmethane biofilm formation by inhibiting hyphae formation and cell aggregation.

<실시예 9> 여드름균에서의 3,3’-diindolylmethane에 의한 유전자 발현의 변화<Example 9> Changes in gene expression caused by 3,3’-diindolylmethane in acne bacteria

qRT-PCR을 수행하여 여드름균에서의 11개의 생물막 및 독성 관련 유전자의 발현에 대한 3,3’-diindolylmethane의 영향을 확인하였다. 전반적으로 3,3’-diindolylmethane은 여러 lipase 유전자, hyaluronate lyase 유전자 및 독성 관련 유전자의 발현을 조절한 반면, 도 9와 같이 housekeeping 유전자 (16s rRNA)의 발현 변화는 확인되지 않았다. 특히 lipase genes (PPA1796 및 PPA2105), hyaluronate lyase (hly) 및 precorrin-2 C(20)-methyltransferase (cbiL) 유전자의 발현은 저하된 반면, hemolysin (tly)의 발현은 0.1 mM의 3,3’-diindolylmethane에 의해 3배 상승되었다.qRT-PCR was performed to confirm the effect of 3,3'-diindolylmethane on the expression of 11 biofilm and virulence-related genes in Acne acne. Overall, 3,3'-diindolylmethane regulated the expression of several lipase genes, hyaluronate lyase genes, and toxicity-related genes, while no changes in the expression of housekeeping genes (16s rRNA) were confirmed, as shown in Figure 9. In particular, the expression of lipase genes (PPA1796 and PPA2105), hyaluronate lyase (hly), and precorrin-2 C(20)-methyltransferase (cbiL) genes was decreased, while the expression of hemolysin (tly) was decreased by 0.1 mM of 3,3'- It was increased 3-fold by diindolylmethane.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As the specific parts of the present invention have been described in detail above, it is clear to those skilled in the art that these specific techniques are merely preferred embodiments and do not limit the scope of the present invention. something to do. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (9)

3,3’-디인돌릴메탄 (3,3’-diindolylmethane, DIM) 0.05mM 내지 0.2 mM을 유효성분으로 함유하며, 큐티박테리움 아크네스 (Cutibacterium acnes, C. acnes) , 황색포도상구균 (Staphylococcus strains) 및 플루코나졸 내성 칸디다 알비칸즈의 생물막 형성 억제용 조성물.Contains 0.05mM to 0.2mM of 3,3'-diindolylmethane (DIM) as an active ingredient, and contains Cutibacterium acnes (C. acnes) and Staphylococcus strains. ) and a composition for inhibiting biofilm formation of fluconazole-resistant Candida albicans. 청구항 1에 있어서, 상기 조성물은 인돌-3-카르비놀 (indole-3-carbinol)을 유효성분으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생물막 형성 억제용 조성물.The composition for inhibiting biofilm formation according to claim 1, wherein the composition further comprises indole-3-carbinol as an active ingredient. 청구항 1에 있어서, 상기 황색포도상구균은 메치실린 감수성 및 내성 황색포도상구균인 것을 특징으로 하는 생물막 형성 억제용 조성물.The composition for inhibiting biofilm formation according to claim 1, wherein the Staphylococcus aureus is methicillin-susceptible and resistant Staphylococcus aureus. 삭제delete 청구항 2에 있어서, 상기 인돌-3-카르비놀은 세포 사멸 없이 생물막 형성을 억제하는 것을 특징으로 하는 생물막 형성 억제용 조성물.The composition for inhibiting biofilm formation according to claim 2, wherein the indole-3-carbinol inhibits biofilm formation without cell death. 청구항 1에 있어서, 상기 3,3’-디인돌릴메탄은 큐티박테리움 아크네스 (C. acnes), 칸디다 알비칸스(C. albicans) 및 황색포도상구균(S. aureus)이 함께 생물막을 형성하는 다중 종 생물막 형성을 억제하는 것을 특징으로 하는 생물막 형성 억제용 조성물.The method according to claim 1, wherein the 3,3'-diindolylmethane is a multi-biofilm in which Cutibacterium acnes (C. acnes), Candida albicans (C. albicans), and Staphylococcus aureus (S. aureus) form a biofilm together. A composition for inhibiting biofilm formation, characterized in that it inhibits species biofilm formation. 3,3’-디인돌릴메탄 (3,3’-diindolylmethane, DIM) 0.05mM 내지 0.2 mM을 유효성분으로 함유하며, 큐티박테리움 아크네스 (Cutibacterium acnes, C. acnes), 황색포도상구균 (Staphylococcus strains) 및 플루코나졸 내성 칸디다 알비칸즈의 생물막에 의해 유발되는 피부염 질환 또는 피부 트러블 예방 또는 개선용 화장료조성물.Contains 0.05mM to 0.2mM of 3,3'-diindolylmethane (DIM) as an active ingredient, and protects against Cutibacterium acnes (C. acnes) and Staphylococcus strains. ) and a cosmetic composition for preventing or improving dermatitis disease or skin trouble caused by biofilm of fluconazole-resistant Candida albicans. 청구항 7에 있어서, 상기 조성물은 인돌-3-카르비놀 (indole-3-carbinol)을 유효성분으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화장료조성물.The cosmetic composition of claim 7, wherein the composition further comprises indole-3-carbinol as an active ingredient. 청구항 7에 있어서, 상기 피부염 질환은 면포성 여드름, 구진성 여드름, 농포성 여드름, 결정성 여드름, 낭포성 여드름, 심상성 여드름, 전격성 여드름, 응괴성 여드름, 켈로이드성 여드름, 건선증, 지루성 피부염, 화폐성 피부염, 포도구균성열상피부증후군, 모낭염, 농가진, 농양, 연조직염, 독성표피 괴사용해, 표피 박리 증후군, 칸디다증, 칸디다성 손발톱 무좀 및 일반 피부염으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 화장료조성물.The method of claim 7, wherein the dermatitis disease includes comedonal acne, papular acne, pustular acne, crystalline acne, cystic acne, acne vulgaris, acne fulminans, agglutinative acne, keloid acne, psoriasis, and seborrheic dermatitis. , nummular dermatitis, staphylococcal scalded skin syndrome, folliculitis, impetigo, abscess, cellulitis, toxic epidermal necrolysis, epidermal exfoliation syndrome, candidiasis, candidal nail fungus, and general dermatitis. Composition.
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