[학위논문]Anticariogenic activity of macelignan isolated from Myristica fragrans (Nutmeg) against Streptococcus mutans : Myristica fragrans로부터 분리된 macelignan의 충치 유발 원인균 및 구강 미생물에 대한 항균 활성원문보기
정재윤
(The Graduate School Yonsei University
DGraduate Program in Biomaterials Science and Engineering
국내석사)
본 연구에서는 충치 유발 원인균인 Streptococcus mutans에 대한 항균 활성을 갖는 물질을 약용식물로부터 탐색하여 분리하고, 식품 및 의약품에의 적용 가능성을 검토하였다. 총 100여종의 열대 약용식물의 methanol 추출물을 well diffusion assay법에 의하여 항균 활성을 검색한 결과 Alpinia officinarum (whole plant), Amomi semen (whole plant), Amomum globosum (whole plant), Curcuma aromatia (root), ...
본 연구에서는 충치 유발 원인균인 Streptococcus mutans에 대한 항균 활성을 갖는 물질을 약용식물로부터 탐색하여 분리하고, 식품 및 의약품에의 적용 가능성을 검토하였다. 총 100여종의 열대 약용식물의 methanol 추출물을 well diffusion assay법에 의하여 항균 활성을 검색한 결과 Alpinia officinarum (whole plant), Amomi semen (whole plant), Amomum globosum (whole plant), Curcuma aromatia (root), Curcuma longa (root), Myristica fragrans (fruit), Sophora flavescens (root) 의 7개의 식물이 높은 항균 활성을 보였다. 또한, 7개의 식물을 minimum inhibitory concentration (MIC) 테스트를 수행하여 정량화한 결과, S. mutans에 대한 항균 활성이 가장 높게 나타난 Myristica fragrans (nutmeg)를 최종적으로 선정하였다. 그 결과 Myristica fragrans methanol 추출물의 MIC 값은 62.5 ㎍/㎖로 나타났고, 구강 미생물에 활성이 있다고 보고된 green tea extract의 125 ㎍/㎖에 비해 상대적으로 높은 항균 활성을 나타냈다. Myristica fragrans의 용매 분획별 항균 활성을 검토한 결과 ethyl acetate 분획물에서 31.3㎍/㎖를 나타냈고, 다른 분획물에서는 활성이 나타나지 않았다. 단일 활성 물질을 분리하기 위해 ethyl acetate 분획물을 silica gel column chromatography을 수행하였으며, Rp-18 column chromatography을 통하여 활성물질을 최종적으로 분리하였다. 분리된 물질을 1D-NMR, 2D-NMR and EI-MS 등의 기기 분석과 문헌을 통하여 lignan 계통의 macelignan (C_(20)H_(24)O_4)임을 밝혀냈다. S. mutans에 대한 macelignan의 MIC 값은 3.9 ㎍㎖/로 매우 높은 항균 활성을 나타냈으며, 20 ㎍/㎖의 농도에서 1분 안에 균을 거의 사멸 시키는 bactericidal의 효과를 나타내었다. 현재 산업적으로 사용되고 있는 천연 항균물질들과의 비교에서도 macelignan은 MIC 값이 15.6 ㎍/㎖인 sanguinarine, 250 ㎍/㎖인 eucalyptol, 500 ㎍/㎖인 thymol 과 menthol, 1000 ㎍/㎖인 methyl salicylate 보다 항균 활성이 높은 것으로 나타났다. Macelignan은 S. mutans이 외에도 다른 유해 구강미생물에 대한 항균실험 결과, Lactobacillus acidophilus에 대해서는 2㎍/㎖, Lactobacillus casei에 대해서는 3.9 ㎍/㎖, Streptococcus sanguinis에 대해서는 2 ㎍/㎖, Streptococcus sobrinus에 대해서는 15.6 ㎍/㎖, Streptococcus salivarius에 대해서는 31.3 ㎍/㎖ 높은 항균 활성을 나타냈다. Macelignan은 0.2%의 농도에서 구강 질환의 주요 원인이 되는 dental biofilm 형성을1분 안에 저해시키는 것을 confocal laser scanning microscopy (CLSM)로 확인하였다. 결론적으로, Myristica fragrans에서 분리한 macelignan은 충치 억제 효과뿐만 아니라, 유해 구강미생물에 대해 특이적으로 높은 항균 활성을 보여 앞으로 구강용 소재나 의약품에 산업적 활용성이 높을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 충치 유발 원인균인 Streptococcus mutans에 대한 항균 활성을 갖는 물질을 약용식물로부터 탐색하여 분리하고, 식품 및 의약품에의 적용 가능성을 검토하였다. 총 100여종의 열대 약용식물의 methanol 추출물을 well diffusion assay법에 의하여 항균 활성을 검색한 결과 Alpinia officinarum (whole plant), Amomi semen (whole plant), Amomum globosum (whole plant), Curcuma aromatia (root), Curcuma longa (root), Myristica fragrans (fruit), Sophora flavescens (root) 의 7개의 식물이 높은 항균 활성을 보였다. 또한, 7개의 식물을 minimum inhibitory concentration (MIC) 테스트를 수행하여 정량화한 결과, S. mutans에 대한 항균 활성이 가장 높게 나타난 Myristica fragrans (nutmeg)를 최종적으로 선정하였다. 그 결과 Myristica fragrans methanol 추출물의 MIC 값은 62.5 ㎍/㎖로 나타났고, 구강 미생물에 활성이 있다고 보고된 green tea extract의 125 ㎍/㎖에 비해 상대적으로 높은 항균 활성을 나타냈다. Myristica fragrans의 용매 분획별 항균 활성을 검토한 결과 ethyl acetate 분획물에서 31.3㎍/㎖를 나타냈고, 다른 분획물에서는 활성이 나타나지 않았다. 단일 활성 물질을 분리하기 위해 ethyl acetate 분획물을 silica gel column chromatography을 수행하였으며, Rp-18 column chromatography을 통하여 활성물질을 최종적으로 분리하였다. 분리된 물질을 1D-NMR, 2D-NMR and EI-MS 등의 기기 분석과 문헌을 통하여 lignan 계통의 macelignan (C_(20)H_(24)O_4)임을 밝혀냈다. S. mutans에 대한 macelignan의 MIC 값은 3.9 ㎍㎖/로 매우 높은 항균 활성을 나타냈으며, 20 ㎍/㎖의 농도에서 1분 안에 균을 거의 사멸 시키는 bactericidal의 효과를 나타내었다. 현재 산업적으로 사용되고 있는 천연 항균물질들과의 비교에서도 macelignan은 MIC 값이 15.6 ㎍/㎖인 sanguinarine, 250 ㎍/㎖인 eucalyptol, 500 ㎍/㎖인 thymol 과 menthol, 1000 ㎍/㎖인 methyl salicylate 보다 항균 활성이 높은 것으로 나타났다. Macelignan은 S. mutans이 외에도 다른 유해 구강미생물에 대한 항균실험 결과, Lactobacillus acidophilus에 대해서는 2㎍/㎖, Lactobacillus casei에 대해서는 3.9 ㎍/㎖, Streptococcus sanguinis에 대해서는 2 ㎍/㎖, Streptococcus sobrinus에 대해서는 15.6 ㎍/㎖, Streptococcus salivarius에 대해서는 31.3 ㎍/㎖ 높은 항균 활성을 나타냈다. Macelignan은 0.2%의 농도에서 구강 질환의 주요 원인이 되는 dental biofilm 형성을1분 안에 저해시키는 것을 confocal laser scanning microscopy (CLSM)로 확인하였다. 결론적으로, Myristica fragrans에서 분리한 macelignan은 충치 억제 효과뿐만 아니라, 유해 구강미생물에 대해 특이적으로 높은 항균 활성을 보여 앞으로 구강용 소재나 의약품에 산업적 활용성이 높을 것으로 기대된다.
The occurrence of dental caries is mainly associated to oral pathogens, especially Streptococcus mutans. Due to various side effects of antiseptics and antibiotics used for treatment of dental caries, recent attempts have been conducted to search for natural products. Myristica fragrans (nutmeg), be...
The occurrence of dental caries is mainly associated to oral pathogens, especially Streptococcus mutans. Due to various side effects of antiseptics and antibiotics used for treatment of dental caries, recent attempts have been conducted to search for natural products. Myristica fragrans (nutmeg), being widely used for the spice and flavor of food materials, showed the strongest antibacterial activity among 100 tropical medicinal plants tested. The methanol extract of Myristica fragrans was fractionated with ethyl acetate, butanol and water, in which the ethyl acetate fraction exhibited comparatively higher inhibition than the others. The active compound was isolated by silica gel column chromatography and Rp-18 column chromatography, and its structure was identified as macelignan (C_(20)H_(24)O_4) by instrumental analyses using 1D-NMR, 2D-NMR and EI-MS. The minimum inhibitory concentration (MIC) value of macelignan (3.9 ㎍/㎖) against S. mutans was much lower than those of other natural anticariogenic agents, such as 15.6 ㎍/㎖ of sanguinarine, 125 ㎍/㎖ of green tea extract, 250 ㎍/㎖ of eucalyptol, 500 ㎍/㎖ of menthol and thymol, and 1000 ㎍/㎖ of methyl salicylate. Macelignan also possessed preferential activity against other oral bacteria such as 2 ㎍/㎖ for Lactobacillus acidophilus, 3.9 ㎍/㎖ for Lactobacillus casei, 2 ㎍/㎖ for Streptococcus sanguinis, 15.6 ㎍/㎖ for Streptococcus sobrinus and 31.3 ㎍/㎖ for Streptococcus salivarius. In particular, the bactericidal test showed that macelignan, with a concentration of 20 ㎍/㎖, completely inactivated S. mutans in one minute. Moreover, inactivation of oral microbial flora in dental biofilm by macelignan for one minute was clearly observed through confocal laser scanning microscopy (CLSM) of dental biofilm. This fast effect against dental biofilm by macelignan may be demonstrated as a major focus in prevention and control of oral diseases, particularly dental caries. In summary, the specific activity and fast-effectiveness of macelignan against oral bacteria strongly suggest that it could be developed as a natural antibacterial agent when applied to functional foods or oral care products.
The occurrence of dental caries is mainly associated to oral pathogens, especially Streptococcus mutans. Due to various side effects of antiseptics and antibiotics used for treatment of dental caries, recent attempts have been conducted to search for natural products. Myristica fragrans (nutmeg), being widely used for the spice and flavor of food materials, showed the strongest antibacterial activity among 100 tropical medicinal plants tested. The methanol extract of Myristica fragrans was fractionated with ethyl acetate, butanol and water, in which the ethyl acetate fraction exhibited comparatively higher inhibition than the others. The active compound was isolated by silica gel column chromatography and Rp-18 column chromatography, and its structure was identified as macelignan (C_(20)H_(24)O_4) by instrumental analyses using 1D-NMR, 2D-NMR and EI-MS. The minimum inhibitory concentration (MIC) value of macelignan (3.9 ㎍/㎖) against S. mutans was much lower than those of other natural anticariogenic agents, such as 15.6 ㎍/㎖ of sanguinarine, 125 ㎍/㎖ of green tea extract, 250 ㎍/㎖ of eucalyptol, 500 ㎍/㎖ of menthol and thymol, and 1000 ㎍/㎖ of methyl salicylate. Macelignan also possessed preferential activity against other oral bacteria such as 2 ㎍/㎖ for Lactobacillus acidophilus, 3.9 ㎍/㎖ for Lactobacillus casei, 2 ㎍/㎖ for Streptococcus sanguinis, 15.6 ㎍/㎖ for Streptococcus sobrinus and 31.3 ㎍/㎖ for Streptococcus salivarius. In particular, the bactericidal test showed that macelignan, with a concentration of 20 ㎍/㎖, completely inactivated S. mutans in one minute. Moreover, inactivation of oral microbial flora in dental biofilm by macelignan for one minute was clearly observed through confocal laser scanning microscopy (CLSM) of dental biofilm. This fast effect against dental biofilm by macelignan may be demonstrated as a major focus in prevention and control of oral diseases, particularly dental caries. In summary, the specific activity and fast-effectiveness of macelignan against oral bacteria strongly suggest that it could be developed as a natural antibacterial agent when applied to functional foods or oral care products.
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