손바닥 선인장(Opuntia humifusa) 줄기 열수와 75% 에탄올 추출물의 일부 생리활성을 조사한 결과는 다음과 같다. DPPH 전자공여능은 열수 추출물에서 79.07%, 에탄올 추출물에서 82.54%를 보였다. 각 세포주에 대한 세포독성은 열수 추출물이 에탄올 추출물을 처리(100 ${\mu}g/well$)한 경우에서 보다 전반적으로 높게 나타났다. 열수 추출물은 HeLa와 AGS 세포주에서 50% 이상 세포 독성을 나타내었다. 항균 효과를 조사한 결과 그람 음성세균인 S. aureus KCCM 11593에 대해서는 물과 75% 에탄올 추출물에 있어서 항균효과를 나타내었으나 나머지 세균에 있어서는 항균 효과가 없었으며, 오히려 세포 생장효과가 있는 것으로 나타났다. 또한 NO 생성 저해 효과에 있어서는 물 추출물(34.31%)이 에탄올 추출물(25.59%)에서 보다 더 항염증효과가 높은 것으로 나타났다. 전구지방세포(3T3-L-1)의 분화에 미치는 영향에서는 처리 농도가 증가할수록 지방세포의 분화가 증가되어 물과 에탄올 추출물 모두 80과 100 ${\mu}g/mL$처리구 에서는 분화촉진제인 IBMX + dexamethasone의 처리구보다 다소 높은 분화정도를 보였다. 이와 같은 결과로 볼 때 천년초 줄기는 항염, 항균, 항산화, 항암효과에서 우수한 활성을 나타내어 앞으로 여러 가지 유용한 기능성 식품과 화장품 소재로의 개발을 기대할 수 있을 것으로 보인다.
손바닥 선인장(Opuntia humifusa) 줄기 열수와 75% 에탄올 추출물의 일부 생리활성을 조사한 결과는 다음과 같다. DPPH 전자공여능은 열수 추출물에서 79.07%, 에탄올 추출물에서 82.54%를 보였다. 각 세포주에 대한 세포독성은 열수 추출물이 에탄올 추출물을 처리(100 ${\mu}g/well$)한 경우에서 보다 전반적으로 높게 나타났다. 열수 추출물은 HeLa와 AGS 세포주에서 50% 이상 세포 독성을 나타내었다. 항균 효과를 조사한 결과 그람 음성세균인 S. aureus KCCM 11593에 대해서는 물과 75% 에탄올 추출물에 있어서 항균효과를 나타내었으나 나머지 세균에 있어서는 항균 효과가 없었으며, 오히려 세포 생장효과가 있는 것으로 나타났다. 또한 NO 생성 저해 효과에 있어서는 물 추출물(34.31%)이 에탄올 추출물(25.59%)에서 보다 더 항염증효과가 높은 것으로 나타났다. 전구지방세포(3T3-L-1)의 분화에 미치는 영향에서는 처리 농도가 증가할수록 지방세포의 분화가 증가되어 물과 에탄올 추출물 모두 80과 100 ${\mu}g/mL$처리구 에서는 분화촉진제인 IBMX + dexamethasone의 처리구보다 다소 높은 분화정도를 보였다. 이와 같은 결과로 볼 때 천년초 줄기는 항염, 항균, 항산화, 항암효과에서 우수한 활성을 나타내어 앞으로 여러 가지 유용한 기능성 식품과 화장품 소재로의 개발을 기대할 수 있을 것으로 보인다.
Biological activities of the hot water and ethanol extracts from Opuntia humifusa cladodes were investigated. 1,1-diphenyl-2-picryl hadrazyl (DPPH) electron donating ability of hot water and ethanol extracts was 79.07 and 82.54%, respectively. Hot water extract generally showed better cytotoxic acti...
Biological activities of the hot water and ethanol extracts from Opuntia humifusa cladodes were investigated. 1,1-diphenyl-2-picryl hadrazyl (DPPH) electron donating ability of hot water and ethanol extracts was 79.07 and 82.54%, respectively. Hot water extract generally showed better cytotoxic activity than ethanol extract against each cell line. HeLa and AGS cell lines treated with hot water extract had more than 50% cytotoxic activities. Based on the antimicrobial activities against four microbial strains, both extracts inhibited growth of Staphylococcus aureus KCCM 11593, whereas affected cell growth of three other microorganisms, Escherichia coli (KCCM 11234), Pseudomonas aeruginosa (ATCC 27853), and Salmonella typhimurium (ATCC 11862), in proportion to the concentration of extracts. The inflammatory activities against hot water extract (34.31%) showed higher than that of ethanol extract (25.59%). The effect of extracts on 3T3-L1 preadipocytes differentiation showed that differentiation of treated group with 80 and 100 ${\mu}g/mL$ of hot and ethanol extracts were increased more than treated group with isobutyl methyl xanthine (IBMX) + dexamethasone. These results indicate that the O. humifusa cladodes extracts can be used as a functional material due to their effective biological activities.
Biological activities of the hot water and ethanol extracts from Opuntia humifusa cladodes were investigated. 1,1-diphenyl-2-picryl hadrazyl (DPPH) electron donating ability of hot water and ethanol extracts was 79.07 and 82.54%, respectively. Hot water extract generally showed better cytotoxic activity than ethanol extract against each cell line. HeLa and AGS cell lines treated with hot water extract had more than 50% cytotoxic activities. Based on the antimicrobial activities against four microbial strains, both extracts inhibited growth of Staphylococcus aureus KCCM 11593, whereas affected cell growth of three other microorganisms, Escherichia coli (KCCM 11234), Pseudomonas aeruginosa (ATCC 27853), and Salmonella typhimurium (ATCC 11862), in proportion to the concentration of extracts. The inflammatory activities against hot water extract (34.31%) showed higher than that of ethanol extract (25.59%). The effect of extracts on 3T3-L1 preadipocytes differentiation showed that differentiation of treated group with 80 and 100 ${\mu}g/mL$ of hot and ethanol extracts were increased more than treated group with isobutyl methyl xanthine (IBMX) + dexamethasone. These results indicate that the O. humifusa cladodes extracts can be used as a functional material due to their effective biological activities.
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문제 정의
손바닥 선인장은 예로부터 민간 약제로 이용되었을 뿐만 아니라 현재는 손바닥 선인장의 재배에 있어서 생산이 어렵지 않아 대량생산이 가능한 식물이다. 따라서 손바닥 선인장의 다양한 생리 활성을 검토함으로서 기능성 식품과 화장품 원료로서의 가능성을 검토하고자 다음과 같이 일부 생리 활성을 조사하였다.
따라서 이 연구에서는 영하 20℃에서도 생존이 가능해 한반도 전역에서 대량 경작이 가능하고, 또한 손바닥 선인장(O. humifusa) 생체의 대부분을 차지하고 있는 줄기성분을 추출하여 일부 생리 활성을 조사하므로 추후 기능성 식품 개발 및 화장품 원료로서의 사용 가능성을 검토하고자 한다.
제안 방법
각각의 세포주 배양은 Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM)에 10% fetal bovine serum (FBS)와 1% penicillinstreptomycin을 첨가한 배지를 사용하였다.
다음 각각의 멸균 배지가 들어있는 시험관에 0, 100, 500, 700, 1,000 µg/mL 농도로 조절하여 각각의 균체를 1 백금이 접종한 다음 37℃ 항온기에서 하룻밤 배양하였다.
다음 각각의 멸균 배지가 들어있는 시험관에 0, 100, 500, 700, 1,000 µg/mL 농도로 조절하여 각각의 균체를 1 백금이 접종한 다음 37℃ 항온기에서 하룻밤 배양하였다. 배양 후 균체의 생장 억제 정도의 측정은 Spectrophotometer (Shimadzu Co. UV-1601, Japan)를 사용하여 540 nm에서 흡광도를 측정하였다.
손바닥 선인장 줄기 추출물의 세포독성을 조사 하기 위하여 정상세포주(NIH3T3)와 암세포주들에 100 µg/well의 농도로 처리하여 48 시간 배양한 결과는 Fig. 1과 같다.
손바닥 선인장 줄기 추출물의 전구지방세포 분화 정도를 조사하기 위해서 전구 지방세포인 3T3-L1을 사용하였고, 세포배양은 10% FBS와 1% penicillin/streptomycin이 첨가된 DMEM을 표준배지를 사용하였다. 처리농도는 0, 10, 20, 40, 60, 80, 100 µg/mL이었고, 지방세포의 분화 실험은 Choi (2007)의 방법에 따라 실시하였다.
시료는 동결건조 후 파쇄하여 열수와 75% ethanol로 추출하였다. 열수추출물은 시료에 10배(20 g/200 mL water) 증류수를 첨가한 후 환류냉각장치를 부착하여 100℃에서 3시간, 에탄올추출물은 시료의 10배(20 g/200 mL 에탄올)에 해당하는 에탄올을 첨가한 후 환류냉각장치를 부착하여 80–85℃에서 3시간 동안 추출한 것을 여과(No.
전자공여효과는 시료첨가구와 첨가하지 않은 경우의 흡광도를 아래 식에 따라 백분율로 나타내었다. 양성 대조구로는 butylated hydroxy anisole (BHA)와 butylated hydroxy toluene (BHT)를 사용하여 비교하였다.
열수추출물은 시료에 10배(20 g/200 mL water) 증류수를 첨가한 후 환류냉각장치를 부착하여 100℃에서 3시간, 에탄올추출물은 시료의 10배(20 g/200 mL 에탄올)에 해당하는 에탄올을 첨가한 후 환류냉각장치를 부착하여 80–85℃에서 3시간 동안 추출한 것을 여과(No. 2)하여 사용하였다.
다시 이를 5% CO2 incubator에서 1일 동안 배양한 다음 배지를 교환하고, 손바닥 선인장 줄기 추출물을 첨가(100 µg/well) 한 후 37℃, 5% CO2 incubator에서 48 시간 동안 배양하였다. 이 후 세포독성 정도는 450 nm 흡광도로 Enhanced Cell viability Assay Kit (Itsbio, Korea)를 사용하여 세포의 생존율을 측정하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용한 손바닥 선인장(천년초, O. humifusa)은 2010년 전북 익산시 성당에서 유기재배한 것을 사용하였다.
손바닥 선인장 줄기 추출물의 동물 세포주에 대한 세포독성을 검토하기 위하여 정상세포(NIH3T3)와 암세포주인 AGS(위암), HeLA(자궁암), HT-29, HepG2(간암) 및 A549(폐암)는 한국세포주은행(KCLB)에서 분양 받아 사용하였다. 각각의 세포주 배양은 Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM)에 10% fetal bovine serum (FBS)와 1% penicillinstreptomycin을 첨가한 배지를 사용하였다.
실험에 사용한 세균은 그람양성 세균으로는 Staphylococcus aureus (KCCM 11593)와 그람음성 세균으로는 Escherichia coli (KCCM 11234), Pseudomonas aeruginosa (ATCC 27853), Salmonella typhimurium (ATCC 11862)을 사용하였다.
데이터처리
본 연구의 결과는 Statistical Analysis System (SAS) 통계 package (SAS Institute, USA)를 이용하여 평균과 표준편차를 구하였으며, ANOVA분석(duncan’s multiple range test)으로 통계학적인 유의성을 검정하였고, 유의수준은 0.05 미만으로 하였다.
이론/모형
시료 처리 농도는 100 µg/well로 처리하였고, 측정방법은 Yoon 등(2007)의 방법에 준하였다.
처리농도는 0, 10, 20, 40, 60, 80, 100 µg/mL이었고, 지방세포의 분화 실험은 Choi (2007)의 방법에 따라 실시하였다.
성능/효과
LPS 처리 후 발생되는 NO의 생성량을 각각의 추출물 100 µg/well로 처리한 다음 48 시간 배양 후 NO 생성량을 조사한 결과 열수 추출물은 대조구에 비해 34.31% 저해 되었으며, 에탄올 추출물을 처리한 경우에 있어서는 25.59% 저해효과를 나타내어 열수 추출물은 에탄올 추출물보다 약 8.7% NO 생성 저해효과가 높았다.
P. aeruginosa ATCC 27853도 처리 농도에 비례하여 생장이 증가하였으며, 1,000 µg는 무처리구에 비해 무려 60.5% 증가하였다.
P. aeruginosa ATCC 27853도 처리농도에 비례하여 생장이 증가하여 1,000 µg/mL 무처리구에 비해 37.3% 증가하였다.
4%의 세포독성이 작은 것으로 나타났다. 그러나 암세포주인 A549 세포에 대해서는 세포독성은 나타나지 않았으나, HepG2 세포주에 대해서는 12.76%이었고, HT-2924.61%, HeLa 27.91%, AGS 28.24%로 나타났다. 따라서 이와 같은 결과를 종합해 볼 때 천년초 줄기 열수 추출물은 에탄올 추출물에 비해 전반적으로 세포독성이 약 20–30% 더 많은 것으로 나타났다.
typhimurium ATCC 11862도 처리농도에 비례하여 약간씩 생장이 증가하는 경향이었으나 크게 증가하지는 않았다. 따라서 이와 같은 결과로 볼 때 기능성 식품과 화장품에 천연 방부제로의 기능은 낮은 것으로 보이나 특정 균 즉, S. aureus 제어에 있어서는 천연 방부제로서의 역할을 할 수 있을 것으로 판단되어진다.
typhimurium ATCC 11862도 처리농도에 비례하여 약간씩 생장이 증가하는 경향으로 나타났다. 따라서 이와 같은 결과로 볼 때 손바닥 줄기 열수 추출물을 처리한 결과 그람 음성 세균인 S. aureus KCCM 11593은 처리농도가 증가할수록 생장을 저해하였으나, 그람 양성세균들은 오히려 처리 농도에 비례하여 생장을 증가시키는 것으로 나타났다.
따라서 이와 같은 결과를 종합해 볼 때 천년초 줄기 열수 추출물은 에탄올 추출물에 비해 전반적으로 세포독성이 약 20–30% 더 많은 것으로 나타났다.
7% NO 생성 저해효과가 높았다. 따라서 천년초 열수 추출물은 기능성 식품 및 화장품 원료로의 사용 가능성이 높을 것으로 판단되었다.
3% 증가하였다. 또한 S. typhimurium ATCC 11862도 처리농도에 비례하여 약간씩 생장이 증가하는 경향으로 나타났다. 따라서 이와 같은 결과로 볼 때 손바닥 줄기 열수 추출물을 처리한 결과 그람 음성 세균인 S.
또한 에탄올 추출물 처리의 경우에 있어서는 80 µg/mL 처리시의 경우 107%이었고, 100 µg/mL 처리의 경우에 있어서는 111%로 대조구에 비해 약 11% 정도 분화를 촉진 하는 것으로 나타났다.
96%로 나타나 AGS와 HeLa 세포주에서는 50% 이상의 세포독성을 보여 이들 암세포주의 생장을 억제하는 데에는 효과적일 것으로 보이나 정상세포주인 NIH3T3에도 세포독성이 나타나는 것으로 볼 때 기능성 식품이나 화장품 원료로 사용하기 위해서는 정상세포주에 대한 세포독성 경감을 위한 연구가 더 선행되어야 할 것으로 사료된다. 반면 에탄올 추출물을 처리한 경우에 있어서는 NIH3T3 세포주에 대한 세포독성은 대조구에 비해 약 4.04%로 아주 미비하였으나 열수 추출물에서 보다는 약 24.4%의 세포독성이 작은 것으로 나타났다. 그러나 암세포주인 A549 세포에 대해서는 세포독성은 나타나지 않았으나, HepG2 세포주에 대해서는 12.
1과 같다. 손바닥 선인장 줄기 열수 추출물을 처리한 결과 정상세포주인 NIH3T3은 세포 생존율이 71.56%로 각 대조구 세포주에 비해 28.44%의 세포독성이 있었다. 또한 암세포주에 대한 세포독성에서 A549는 21.
손바닥 선인장 줄기 열수와 에탄올 추출물이 3T3-L1 전구지방세포의 분화에 미치는 영향을 살펴본 결과 모두 농도가 증가할수록 지방세포의 분화가 증가되었으며, 열수와 에탄올 추출물 모두 80과 100 µg에서는 분화촉진제인 isobutyl methyl xanthine (IBMX) + dexamethasone의 처리구보다 다소 높은 분화정도를 보였다(Fig. 4).
손바닥 선인장 줄기의 75% 에탄올 추출물에 대한 항균 효과는 Fig. 2에서 보는 바와 같이 에탄올 추출물에서는 그람 양성 세균인 S. aureus KCCM 11593는 열수 추출물 처리구에서와 마찬가지로 100 µg 처리 농도까지는 무처리구와 비슷하였으나 500 µg 처리구에서는 약 43.2%생장 저해 현상이 나타나다가 1,000 µg 처리구에서는 약 90.7%의 생장 저해 효과를 보였다.
열수 추출물에서는 그람 양성 세균인 S. aureus KCCM 11593는 700 µg/mL처리 농도까지는 무처리구와 비슷하였으나 1,000 µg/mL처리구에서는 무처리구에 비해 약 33% 생장이 저해되는 것으로 나타났다.
따라서 손바닥 선인장 줄기의 열수와 에탄올 추출물의 전자공여효과를 DPPH법으로 측정한 결과는 Table 1과 같다. 열수추출물에서의 전자공여능은 79.07%이었으며, 에탄올 추출물에서는 82.54%로 나타났다. 이와 같은 결과로 볼 때 손바닥 선인장 줄기의 열수 및 에탄올 추출물은 대조구로 사용한 BHA, BHT와 유사할 정도로 높은 전자공여능이 있는 것으로 나타났다.
54%로 나타났다. 이와 같은 결과로 볼 때 손바닥 선인장 줄기의 열수 및 에탄올 추출물은 대조구로 사용한 BHA, BHT와 유사할 정도로 높은 전자공여능이 있는 것으로 나타났다. 이와 유사한 연구로는 Chung (2000)이 O.
즉, 열수 추출물을 처리한 경우에 있어서는 80 µg/mL 처리시 104%로 나타났고, 100 µg/mL 처리시에는 123%로 나타나 100 µg/mL 처리의 경우에 있어서는 대조구(IBMX + dexamethasone)에 비해 약 23% 증가하였다.
후속연구
그러나 본 연구에서는 100 µg/well을 처리한 결과로 Choi 등(2005)의 결과와는 처리 농도에 있어서 약간의 차이가 있으며, 또한 Choi 등(2005)의 결과에서 보는 바와 같이 선인장 성분이 효모에 의한 2차 발효 산물을 통해 항암활성을 나타낼 수 있다고 보고한 바 있어 이 부분에 대한 추가적인 연구도 추후 필요할 것으로 사료되어진다.
따라서 손바닥 선인장 줄기 추출물은 전구지방세포 분화에 있어서 80 µg/mL 이상 처리 시 분화가 촉진되는 것으로 나타나, 당뇨병 및 고지혈증 관리에 있어서 손바닥 선인장 줄기 추출물은 효과가 있는 것으로 나타나 기능성 식품의 개발 등 관련 분야의 지속적인 연구의 필요성이 제기된다.
humifusa)에 대한 항산화 효과는 이미 Cho 등(2006)이 연구한 바 있는데 이는 시료처리에 있어서 methanol을 사용한 것으로 본 실험결과와는 약간 차이가 있다. 따라서 손바닥 선인장 줄기의 열수와 에탄올 추출물은 모두 기능성 식품 또는 화장품원료의 천연 항산화제 소재로 사용할 수 있을 정도로 항산화력이 양호한 것으로 판단되나 실제 응용시에는 처리기간, 온도 등 여러 가지 측면에서 검토가 필요할 것으로 생각된다.
44%의 세포독성이 있었다. 또한 암세포주에 대한 세포독성에서 A549는 21.08%, HepG2 29.83%, HT-29 44.44%, AGS 53.63%, HeLa 54.96%로 나타나 AGS와 HeLa 세포주에서는 50% 이상의 세포독성을 보여 이들 암세포주의 생장을 억제하는 데에는 효과적일 것으로 보이나 정상세포주인 NIH3T3에도 세포독성이 나타나는 것으로 볼 때 기능성 식품이나 화장품 원료로 사용하기 위해서는 정상세포주에 대한 세포독성 경감을 위한 연구가 더 선행되어야 할 것으로 사료된다. 반면 에탄올 추출물을 처리한 경우에 있어서는 NIH3T3 세포주에 대한 세포독성은 대조구에 비해 약 4.
humifusa)의 항염증에 대한 연구는 이미 Cho 등(2006)이 연구한 바 있는데 이들은 추출용매로서 MeOH을 사용한 바 본 연구와는 구분된다. 이외에도 천연물에서의 항염증 효과에 대한 연구는 많은 연구자들이 계속적으로 탐색하고 있으며, 또한 많은 식물들에서 항염증 정도가 확인되고 있어 이 분야에 대한 연구가 계속 진행되어야할 것으로 사료되어진다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
천년초의 특징은 무엇인가?
O. humifusa(천년초)는 O. ficus-indica(백년초)와 비슷한 손바닥 선인장으로 충남 지역을 중심으로 현재 전국적으로 상당량이 재배되고 있으며, 영하 20℃에서도 얼지 않는 속성을 지니고 있어 제주도에서 재배되고 있는 백년초와는 다른 특징을 보인다(Choi 등, 2005). 일반적으로 손바닥 선인장 줄기는 강한 점액 다당체를 함유하고 있어 타 재료들과의 혼합이 매우 어렵기는 하지만 백년초와는 다른 생리활성을 보여 기능성 식품 및 화장품 소재로도 기대되는 식물이기는 하나 다양한 가공처리 방법이 요구되고 있는 실정이다.
손바닥 선인장의 뿌리와 줄기는 어떻게 이용되고 있는가?
손바닥 선인장(Opuntia ficus-indica)은 선인장과(Cactaceae)에 속하는 열대 식물로 우리나라에서는 제주도 등지에서 재배되며 백년초라고도 잘 알려져 있다(Choi 등, 2005). 이것의 뿌리와 줄기는 약으로도 이용되어 이질, 치질, 해수 및 화상 등의 치료에도 이용되고(Lee, 1994) 있을 뿐만 아니라 줄기와 열매는 동맥경화, 당뇨병, 위장염, 고혈당 등의 치료에 사용되고 있다(Florian과 Reinhold, 2005).
손바닥 선인장이란 무엇인가?
선인장은 지구상에 약 4,000 여종이 알려져 있으며, 이중 열매를 맺는 선인장을 손바닥 선인장이라고 불린다(Lee 등, 2005). 손바닥 선인장(Opuntia ficus-indica)은 선인장과(Cactaceae)에 속하는 열대 식물로 우리나라에서는 제주도 등지에서 재배되며 백년초라고도 잘 알려져 있다(Choi 등, 2005). 이것의 뿌리와 줄기는 약으로도 이용되어 이질, 치질, 해수 및 화상 등의 치료에도 이용되고(Lee, 1994) 있을 뿐만 아니라 줄기와 열매는 동맥경화, 당뇨병, 위장염, 고혈당 등의 치료에 사용되고 있다(Florian과 Reinhold, 2005).
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