[논문]혼합영양 배양에서 Chlorella protothecoides의 GABA를 포함한 아미노산 함량 분석

정유정; 김성학; 민희경; 김성천

doi:10.15433/ksmb.201810.1.018

혼합영양 배양에서 Chlorella protothecoides의 GABA를 포함한 아미노산 함량 분석
The Content Analysis of Amino Acids Including GABA of Chlorella protothecoides under Mixtrophic Culture 원문보기

한국해양바이오학회지 = Journal of marine bioscience and biotechnology, v.10 no.1, 2018년, pp.18 - 25

정유정 (주식회사 바이오이즈) , 김성학 (주식회사 바이오이즈) , 민희경 (주식회사 바이오이즈) , 김성천 (주식회사 바이오이즈)

Abstract ▼ AI-Helper

Chlorella is quantitatively and qualitatively high in protein with balanced essential amino acid profiles, vitamins and minerals. ${\gamma}-Aminobutyric$ acid (GABA) is broadly distributed in nature and fulfills multi-physiological functions including effect such as a health-promoting functional compound. To improve the GABA production, Chlorella protothecoides were grown through the modified mixtrophic culture medium containing 2L of sterilized bristol medium with 0.01% urea and 4.0% glucose in a 5L fermenter. The results showed that nineteen kinds of amino acid including GABA at C. protothecoides sample were analyzed using high performance liquid chromatography (HPLC). Glutamic acid in total concentration (%) of amino acid is the most abundant amino acid (33.10%), followed by alanine (20.48%) and GABA (17.48%). Three amino acids including GABA were responsible for more than 70% total concentration in C. protothecoides sample including eight essential and nine non-essential amino acids: aspartic acid, asparagine, serine, glutamine, histidine, glycine, threonine, arginine, tyrosine, valine, methionine, tryptophan, phenylalanine, isoleucine, leucine, lysine. As a result of this experiment, it is expected that Chlorella will be developed to a critical product having high value as, GABA, functional food materials.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

목적하는 기능성 소재를 생산하기 위해서는 무엇보다 배양방식이 중요하다. 본 연구에서는 기능성 소재 개발을 목적으로 비교적 쉽게 배양이 가능한 C. protothecoides 의 혼합영양 배양방식을 통하여 GABA 및 아미노산 조성과 함량을 분석하였다. 분석된 GABA 함량을 통해 고부가가치 기능성 미세 조류로써 발전 가능성을 검토하고자 한다.
protothecoides 의 혼합영양 배양방식을 통하여 GABA 및 아미노산 조성과 함량을 분석하였다. 분석된 GABA 함량을 통해 고부가가치 기능성 미세 조류로써 발전 가능성을 검토하고자 한다.

제안 방법

C. protothecoides 혼합영양 배양 시스템은 Bristol 기본 배지에 질소원과 탄소원으로 각각 0.01% urea 및 4.0% glucose가 첨가된 Bristol 배지 2L가 기본으로 제조된 5L 배양장치 (LiFlus GX, Biotron Inc., Korea)를 이용하여 121℃에서 15분간 멸균, 냉각 후 사용하였다. 이 장치에 전 배양액을 접종 후 교반 속도 150 rpm으로, 광주기 14 h:10 h (light:dark), 배양 온도 20°C, 광도 3200 lux 가 공급되는 저온배양기에 서 3일간 배양하였다.
아미노산 분석을 위하여 추출된 분석 시료와 아미노산 표준품 aspartic acid, glutamic acid, serine, histi- dine, glycine, threonine, alanine, arginine, tyrosine, valine, methionine, phenylalanine, isoleucine, leucine, ly- sine, proline, cysteine (PN 5061-3330, Agilent Technologies, USA), glutamine, asparagine, tryptophan, hydroxy proline (PN 5062-2478, Agilent Technologies, USA), taurine, GABA (Sigma-Aldrich, USA)를 borate buffer (PN 5061-3339, Agilent Technologies, USA), o-phthaldialdehyde/2-mercaptopropionic acid (OPA/ MPA) (PN 5061-3335, Agilent Technologies, USA), fluorenylmethyloxycarbonyl chloride (FMOC) (PN 5061-3337, Agilent Technologies, USA)를 이용하여 단계적으로 혼합 후 Ultimate 3000 (Dionex, USA) HPLC과 VDSpher 100C18-E (4.6 X 150 mm, 3.5 ㎛, Germany)을 이용하여 형광검출기 1차(Emission: 450 nm, Excitation: 340 nm; OPA)와 2차(Emission: 305 nm, Excitation: 266 nm; FMOC)로 분석하였다. 이동상으로 인산수소이나트륨(20mM sodium phosphate dibasic, pH 7.

대상 데이터

본 연구에 사용한 클로렐라는 Chlorella protothecoides ATCC30407 (=UTEX 25)는 1 g/L의 프로테오스 펩톤(proteose peptone)을 함유하는 Bristol사면 배지(pH 6.8) 상태로 계대 배양하였다. Bristol 배지 조성은 2.

이론/모형

당 분석은 HPLC (Ultimate 3000, Dionex, USA), Detector (Shodex RI-101, Japan), Sugar-pak column (300 ×6.5 ㎜, USA)을 사용, 3차 증류수를 용매로 0.5 ㎖/min 속도로 당시료 10㎕ 주입하여 실행하였다. 유리당 표준품으로 glucose, sucrose, fructose, xylose, maltose, lactose, mannose, (Sigma-Aldrich, USA)를 혼합하여 증류수에 녹인 다음 이를 적정 농도로 희석하여 표준 용액 조제 후 검량 곡선을 작성하여 당 함량을 산출하였다.

성능/효과

protothecoides 의 혼합영양 배양 시스템에서 배양된 클로렐라를 수확하여 GABA 및 아미노산 조성과 함량을 분석하였다. 분석된 결과 C. protothecoides 에서 glutamic acid, alanin 및 GABA가 혼합영양 배양조건에서 전체 아미노산의 각각 33.10%, 20.48%, 17.48% 비율 순으로, 총 71.06% 을 함유하고 있어 이들 조건에서 주요 아미노산으로 분석되었다. 전체 아미노산 중 8대 필수아미노산이 12.
protothecoides 혼합영양 배양을 통해 확보된 시료를 대상으로 GABA를 포함한 아미노산 조성과 함량 분석결과는 다음과 같다. 비교 표준품으로 사용한 23개 아미노산 중 proline, cysteine, hydro proline, taurine 을 제외한 19종의 아미노산이 최종 검출되었다. HPLC 시스템으로 아미노산 분석한 결과 retention time은 aspartic acid 2.
9% 차지하였다. 이들 결과를 종합하면 C. protothecoides 의 혼합영양 배양 시스템을 통하여 뇌기능과 대사질환 관련 GABA의 생성 양이 증가하는 최초의 보고이다. 이 결과를 바탕으로 단백질과 각종 비타민, 미네랄, 식이섬유, 엽록소가 고루 들어 있는 클로렐라에서 혼합영양 배양을 이용하여 효과 적으로 GABA 생리활성물질을 포함한 영양학적 기능적 측면이 증가된 고부가가치 미세조류 산물을 얻을 수 있을 것으로 기대한다.

후속연구

protothecoides의 아미노산 함량 등의 이화학적 분석이 거의 이루어지지 않고 있다. GABA 같은 활성 물질은 특히 뇌기능과 대사 질환에 깊은 관계가 있는 것으로 주목받고 있어 본 연구에서 분석된 C. protothecoides 혼합영양 배양 시 스템을 바탕으로 이들 추출물에 함유된 고농도 GABA의 생리학적 기전 및 임상학적 연구가 필요할 것으로 사료된다. 또한, 기능성 건강식품으로써 효용 가치에 의해 식용으로써 안전성과 함께 활성 물질을 보충하는 연구가 부가적으로 필요하다.
또한, 기능성 건강식품으로써 효용 가치에 의해 식용으로써 안전성과 함께 활성 물질을 보충하는 연구가 부가적으로 필요하다. 미세조류에서 GABA 기능성에 대한 인식이 확대될 경우 친환경적 배양을 통한 클로렐라 관련 기능성 건강보조식품 산업의 활성화에 크게 기여할 수 있을 것으 로 기대된다
protothecoides 의 혼합영양 배양 시스템을 통하여 뇌기능과 대사질환 관련 GABA의 생성 양이 증가하는 최초의 보고이다. 이 결과를 바탕으로 단백질과 각종 비타민, 미네랄, 식이섬유, 엽록소가 고루 들어 있는 클로렐라에서 혼합영양 배양을 이용하여 효과 적으로 GABA 생리활성물질을 포함한 영양학적 기능적 측면이 증가된 고부가가치 미세조류 산물을 얻을 수 있을 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	미세조류는 어느 분야로 이용성이 확대되고 있는가?	미세조류는 미래 식량자원, 에너지원으로 매우 중요하며, 기초과학, 대체에너지, 식품·의약품 원료물질, 사료 및 첨가제 등 이용성이 확대되고 있다 [4, 21]. 또한, 미세조류는 다양한 생리활성물질을 함유하고 있으며, 같은 종이라도 배양조건에 따라 유용 성분 함량과 생리활성에 차이를 보인다 [11, 24].
	γ-aminobutyric acid란 어떤 물질인가?	건강 물질로 알려진 γ-aminobutyric acid (GABA)는 자연계에 분포하는 비단백질 아미노산으로 glutamic acid로부터 glutamate decarboxylase (GAD) 촉매로 탈탄산되어 생합성되는 중요한 생리활성물질이다. 또한, GABA는 포유동물의 뇌나 척수의 중추 신경계통에 내에 널리 분포되어있는 신경 전달 물질 억제제로, 뇌혈류 개선, 뇌세포 대사기능 촉진, 혈압 감소, 신경안정, 우울증 완화, 중풍·치매 완화, 암세포 억제, 진통 치료에 쓰이고 있어 차세대 의약품 및 건강식품 소재로 활용되고 있다 [1, 25, 26, 27].
	미세조류에는 어떠한 생리활성 기능이 있는가?	또한, 미세조류는 다양한 생리활성물질을 함유하고 있으며, 같은 종이라도 배양조건에 따라 유용 성분 함량과 생리활성에 차이를 보인다 [11, 24]. 간 기능 개선, 항암, 항산화, 면역기능, 생체내의 중금속 배출, 혈압강하와 콜레스테롤 저하 등 다양한 생리활성 기능이 있어, 식·의약품, 건강식품, 화장품 원료 등으로 상용 범위가 확대되고 있다 [15, 17, 18, 22, 29]. 클로렐라는 영양학적으로 고함량 단백질 식품으로 필수아미노산 함량이 높고 식물성단백질, 필수아미노산, 필수지방산, 복합당질, 비타민, 미네랄, 식이섬유소, 엽록소, 핵산, β-카로테노이드, 플라보노이드, 류틴 등 항산화제, 식물성 영양성분, 스테롤, γ-리놀렌산 등 식물성 영양소를 고루 함유하고 있다 [28].

참고문헌 (33)

Adeghate, E. and Ponery, A. S. 2002. GABA in the endocinepancreas: cellular localization and function in normal and diabetic rats, Tissue Cell. 34, 1-6.

상세보기
Boonburapong, B., Laloknam, S. and Incharoensakdi, A. 2016. Accumulation of gamma-aminobutyric acid in the halotolerant cyanobacterium Aphanothece halophytica under salt and acid stress. J. Appl. Phycol. 228(1), 141-148
Bouche, N and Fromm, H. 2004. GABA in plants: Just a metabolite? Trends Plant Sci. 9:110-115.

상세보기
Borowitzka M. A. 2013. High-value products from microalgae-their development and commercialisation. J. Appl. Phycol. 25, 743-756.

상세보기
Bown, A. W. and Shelp, B. J. 1997. The metabolism and functions of ${\gamma}$ -aminobutyric acid. Plant Physiol. 115, 1-5.

상세보기
Brown, M. R. and Jeffrey, S. W. 1992. Biochemical composition of microalgae from the green algal classes Chlorophyceae and Prasinophyceae. 1. Amino acids, sugars and pigments. J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 161(1), 91-113.

상세보기
Cha, J. Y., Kim, J. W. Park, B. K. Jin, H. J. Kim, S. Y. and Cho. Y. S. 2008. Isolation and identification of Chlorella sp. CMS-1 and the chemical composition of its hot water extract. J. Life Sci. 18, 1723-1727.

원문보기 상세보기
Chang, J. S., Lee, B. S. and Kim, Y. G. 1992. Changes in ${\gamma}$ -aminobutyric acid (GABA) and the main constituents by a treatment conditions and of anaerobically treated green tea leaves. Korean J. Food Sci. Technol. 24, 315-319
Chen, H., Zheng, Y., Zhan, J., He, C. and Wang, Q. 2017. Comparative metabolic profiling of the lipid-producing green microalga Chlorella reveals that nitrogen and carbon metabolic pathways contribute to lipid metabolism. Biotechnol. Biofuels. 10, 153

상세보기
Cho, S. H., Kwon, O. S., Kwon, H. B., Kim, S. Y., Kim, W. S., Kim, C. K., Park, S. S., Bae, J. H., Lee, C. J., Chang, S. H., Jeong, H. S. and Choi, J. W. 2007. Concepts in Biochemistry, pp. 597-600, third, ed. Worldsci. Korea.
Dhakal, R, Bajpai, V. K. and Baek, K. H. 2012. Production of GABA ( ${\gamma}$ -aminobutyric acid) by microorganisms: a review. Braz. J. Microbiol. 43, 1230-1241.

상세보기
Endo, H., Nakajima, K., Chino, R. and Shirota, M. 1974. Growth characteristics and cellular components of Chlorella regularis, heterotrophic fast growing strain. Agr. Biol. Chem. 38(1), 9-18.

상세보기
Heredia-Arroyo, T., Wei, W. and Hu B. 2010. Oil accumulation via heterotrophic/mixotrophic Chlorella protothecoides. Appl. Biochem. Biotechnol. 162(7), 1978-1995.

상세보기
Ge, S, Pradhan, D. A., Ming G. L. and Song, H. 2007. GABA sets the tempo for activity-dependent adult neurogenesis. Trends Neurosci. 30, 1-8.

상세보기
Guccione, A., Biondi, N., Sampietro, G., Rodolfi, L., Bassi, N. and Tredici, M. R. 2014. Chlorella for protein and biofuels: from strain selection to outdoor cultivation in a green wall panel photobioreactor. Biotechnol. Biofuels. 7(1), 84.

상세보기
Guzman, S., Gato, A. and Calleja., J. M. 2001. Antiinflammatory, analgesic and free radical scavenging activities of the marine microalgae Chlorella stigmatophora and Phaeodactylum tricornutum. Phytother. Res. 15, 224-230.

상세보기
Guzman, S., Gato, A., Lamela, M., Freire-Garabal M. and Calleja. J. M. 2003. Anti-inflammatory and immunomodulatory activities of polysaccharide from Chlorella stigmatophora and Phaeodactylum tricornutum. Phytother. Res. 17, 665-670.

상세보기
Hasegawa, T., Matsuguchi, T., Noda, K,, Tanaka, K., Kumamoto, S., Shoyama, Y. and Yoshikai, Y. 2002. Toll-like receptor 2 is at least partly involved in the antitumor activity of glycoprotein from Chlorella vulgaris. Int. Immunopharmacol. 2, 579-589.

상세보기
Huo, S., Wang, Z., Zhu, S., Zhou, W., Dong, R. and Yuan, Z. 2012. Cultivation of Chlorella zofingiensis in bench-scale outdoor ponds by regulation of pH using dairy wastewater in winter, South China. Bioresour. Technol. 121, 76-82.

상세보기
Lane, T. R. and Stiller, M. 1970. Glutamic acid decarboxylation in Chlorella. Plant Physiol. 45, 558-562

상세보기
Leu, S. and Boussiba S. 2014. Advances in the production of high-value products by microalgae. Ind. Biotechnol. 10, 169-183.

상세보기
Merchant, R. E., Andre, C. A. and Sica, D. A. 2002. Nutritional supplementation with Chlorella pyrenoidosa for mild to moderate hypertension. J. Med. Food. 5, 141-152.

상세보기
Miao, X. and Wu, Q. 2006. Biodiesel production from heterotrophic microalgal oil. Bioresour. Technol. 97(6), 841-846.

상세보기
Miranda, M. S., Sato, S. and Mancini-Filho, J. 2001. Antioxidant activity of the microalga Chlorella vulgaris cultered on special condition. Boll. Chim. Farm. 140, 165-168.
Mody, I., De Koninck, Y., Otis, T. S. and Soltesz, I. 1994. Bridging the cleft at GABA synapses in the brain, Trens Neurosci. 17, 517-525.

상세보기
Oh, C. H. and Oh, S. H. 2004. Effect of germinated brown rice extracts with enhanced levels of GABA on cancer cell proliferation and apoptosis, J. Med. Food. 7, 19-23.

상세보기
Ohmori, M., Yano, T., Okamoto, J., Tsushida, T., Murai, T. and Higuchi, M. 1987. Effect of anaerobically treated tea (Gabaron tea) on blood pressure of spontaneously hypertensive rats, Nippon Nogei Kagaku Kaishi. 61, 1449-1451.

상세보기
Safi, C., Zebib, B., Merah, O., Pontalier, P. Y. and Vaca-Garcia, C. 2014. Morphology, composition, production, processing and applications of Chlorella vulgaris: A review. Ren. Sustain. Energy Rev. 35, 265-278.

상세보기
Shibata. S., Natori, Y., Nishihara, T., Tomisaka, K., Matsumoto, K., Sansawa, H. and Nguyen, V. C. 2003. Antioxidant and anti-cataract effects of Chlorella on rats with streptozotocin-induced diabetes, J. Nutr. Sci. Vitaminol. 49, 334-339.

상세보기
Shimada, M., Hasegawa, T., Nishimura, C., Kan, H., Kanno, T., Nakamura, T. and Matsubayashi, T. 2009. Anti-hypertensive effect of gamma-aminobutyric acid (GABA)-rich Chlorella on high-normal blood pressure and borderline hypertension in placebo-controlled double blind study. Clin. Exp. Hypertens. 31(4):342-54.

상세보기
Snedden, W. A. and Fromm, H. 1998. Calmodulin, calmodulin related proteins and plant responses to the environment. Trends. Plant Sci. 3, 299-304.

상세보기
Won, S. Y., Kim, J., Lee, M. and Oh, K. 2013. The effect of GABA-enriched chlorella intake and voluntary wheel running on blood pressure, running distance and antioxidant enzyme in spontaneously hypertensive rats. Exerc. Sci. 22(1), 34-42.
Xu, H., Miao, X. and Wu, Q. 2006. High quality biodiesel production from a microalga Chlorella protothecoides by heterotrophic growth in fermenters. J. Biotechnol. 126(4), 499-507.

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증