[논문]여드름 유발균 Propionibacterium acnes에 대한 녹나무과 10종의 항균활성

조주성; 지래원; 장보국; 정헌상; 이철희

doi:10.7732/kjpr.2018.31.5.423

여드름 유발균 Propionibacterium acnes에 대한 녹나무과 10종의 항균활성
Anti-microbial Activities of Ten Lauraceae Species against Propionibacterium acnes 원문보기

韓國資源植物學會誌 = Korean journal of plant resources, v.31 no.5, 2018년, pp.423 - 432

조주성 ((주)농우바이오) , 지래원 (충북대학교 원예과학과) , 장보국 (충북대학교 원예과학과) , 정헌상 (충북대학교 식품생명공학과) , 이철희 (충북대학교 원예과학과)

초록
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본 연구는 녹나무과 10종의 추출물이 Propionibacterium acnes의 억제활성에 미치는 영향을 분석하여 새로운 천연 항균소재를 개발하기위해 수행되었다. 실험재료는 완도와 제주도에서 채집하였으며, 부위(잎, 가지), 용매(증류수, 80% 에탄올, 100% 메탄올) 및 초음파 추출시간(15, 30, 45분)에 따른 조추출물의 항균활성을 agar diffusion method로 조사하였다. 대조구로는 합성항균제인 methylparaben과 phenoxyethanol 0.4, 1, 2, 4 mg/disc를 사용하였다. 연구에 사용된 10종의 모든 추출물에서 억제활성을 보였으며, 여드름균에 대한 항균작용을 확인할 수 있었다. 이 중 월계수는 80% 에탄올에 45분간 추출한 조건에서 20.2 mm의 생육억제환을 나타내어 가장 우수한 여드름균에 대한 항균작용을 확인할 수 있었다. 월계수 잎을 100% 메탄올을 용매로 초음파 30분 추출한 다음n-hexane, chloroform, ethyl acetate, n-butanol 그리고 water 순으로 용매 분획하여 항균활성을 비교분석하였다. 결과, butanol 분획물을 제외한 모든 분획물에서 10.0 mm 이상의 억제환이 형성되었다. 그중 ethyl acetate 분획물에서 억제환이 13.3 mm로 가장 컸으며, 조 추출물(10.2 mm)과 대조구인 phenoxyethanol (12.5 mm)에 비해서도 유의적으로 우수한 억제활성을 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was performed to develop a new natural antimicrobial materials by analyzing the effect of extracts obtained from Ten Lauraceae Species on the inhibitory activity against Propionibacterium acnes. The plant materials were collected from Wando and Jeju islands, and the antimicrobial activity of the crude extracts was examined by the agar diffusion method with different part (i.e., leaf and branch), solvents (i.e., distilled water, 80% ethanol, and 100% methanol) and at different ultrasonic extracting times (i.e., 15, 30, and 45 minutes). The control agents used were synthetic antimicrobials, methylparaben and phenoxyethanol, at concentrations of 0.4, 1, 2, and 4 mg/disc. Altogether, extracts of 10 species used in the study showed inhibitory activity, which confirmed their antimicrobial action against acnes. Among these, leaves of Laurus nobilis L. which was extracted in 80% ethanol for 45 min showed the largest clear zone (19.8 mm). Leaves of L. nobilis L., showing highest antimicrobial activities among 10 species, were successively reextracted with n-hexane, chloroform, ethylacetate and n-butanol. As a results, in all fractions except butanol, clear zone above 10 mm were formed. The ethyl acetate fraction showed the highest inhibitory activity (13.3 mm) and the inhibitory activity was significantly higher than that of crude extract (10.2 mm) and phenoxyethanol as a control (12.5 mm).

주제어

표/그림 (5)

표 Table 1. List of ten Lauraceae evergreen broad-leaved species used in this study
$Fig. 1. Schematic diagram for solvent fractionation of whole extract using n-hexane, chloroform, ethyl acetate, and n-butanol.$ 그림 Fig. 1. Schematic diagram for solvent fractionation of whole extract using n-hexane, chloroform, ethyl acetate, and n-butanol.
표 Table 2. Antimicrobial activities of extracts obtained from leaves of ten Lauraceae species against Propionibacterium acnes
표 Table 3. Antimicrobial activities of extracts obtained from leaves and stems of Laurus nobilis L. against Propionibacterium acnes according to extraction methods
$Table 4. Antimicrobial activities of different solvent fractions obtained from leaf of Laurus nobilis L. against Propionibacterium acnes$ 표 Table 4. Antimicrobial activities of different solvent fractions obtained from leaf of Laurus nobilis L. against Propionibacterium acnes

AI 본문요약
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문제 정의

또한 상록성 목본은 전정으로 인해 버려지는 부산물을 이용하여 1년 내내 재료의 수급이 수월하고 더불어 식물의 부가가치를 상승시킬 수 있다는 장점이 있다. 본 연구는 우리나라 남부지방에 자생하는 상록성 목본식물인 녹나무과 10종의 피부상재균주 P. acnes증식 억제 효과를 검증함으로써 염증성 여드름 질환의 치료를 목적으로 하는 새로운 천연 추출물을 활용한 기능성 화장품용 소재를 개발하고자 시행되었다.
잎 추출물의 항균활성이 가장 우수한 종(월계수)을 선발하여 적정 추출부위, 용매 및 시간을 구명하고자 하였다. 동결건조한가지와 잎 시료를 사전연구를 통해 선정된 물(deionized water;nano pure grade), 80% 에탄올(Jin chemical pharmaceutical Co.

제안 방법

Agar diffusion assay는 다음의 순서로 진행하였다. 50배 추출물을 감압농축(N-1000, EYELA, Tokyo, Japan) 후 DMSO로 녹여 50 ㎎/㎖로 농축한 다음 클린벤치 내에서 멸균한 8 ㎜의 paper disc (Advantec No. 2, Toyo Roshi Kaisha Ltd., Tokyo, Japan)에 2 ㎎/disc가 되도록 하였으며, 용매를 충분히 건조시켰다. 0.
P. acnes 억제활성이 우수하였던 월계수 잎을 100% 메탄올을 용매로 초음파 30분 추출한 다음 n-hexane, chloroform, ethyl acetate, n-butanol 그리고 water 순으로 용매 분획하여 항균활성을 비교분석하였다. 각 분획물에서 얻어진 가용성 고형분의 함량은 조추출물에서 161.
이후 고형분 시료, 증류수 및 n-hexane을 1:9:10의 비율로 혼합하여 분획하였으며 n-hexane층을 농축하여 분획물을 얻었다. n-hexane 분획 후 수층은 다시 chloroform, ethyl acetate, n-butanol 순으로 순차적으로 용매 분획하였으며(Fig. 1), 각각의 분획층으로부터 동일한 방법으로 고형분 시료를 얻은 후 증류수에 녹여 항균실험에 사용하였다.
각 종의 동결건조한 잎 시료 1.0 g을 100% 메탄올(methanol, Merck, Darmstadt, Hesse, Germany)에 잠기도록 유리병에 넣어 혼합한 후 Ultrasonic cleaner (30×24×14.5 ㎝, 5510-DTH, Branson, Danbury, CT, USA)로 30분 동안 초음파 추출을 시행하였다.
그리고 magnetic stirrer로 혼합한 다음90×15 ㎜의 페트리디쉬에 12 ㎖씩 분주하였으며, 15분 이내에 추출물을 주입한 disc를 치상하였다.
녹나무과 10종의 잎 추출물 중 P. acnes 억제활성이 가장 우수하였던월계수를 부위, 용매 및 시간을 달리하여 추출한 다음 항균활성 분석하였다. 연구의 결과, 월계수 잎을 80% 에탄올을 용매로 45분간 추출하였을 때 억제활성이 가장 우수하였으며(19.
녹나무과 10종의 잎 추출물에 대한 항균활성은 3반복, 그외 항균활성은 6반복을 1회로 2회 반복 실험하였다. 또한 추출조건에 따른 항균활성은 부위, 용매 및 시간 간의 요인별 유의성을 검정하였다.
잎 추출물의 항균활성이 가장 우수한 종(월계수)을 선발하여 적정 추출부위, 용매 및 시간을 구명하고자 하였다. 동결건조한가지와 잎 시료를 사전연구를 통해 선정된 물(deionized water;nano pure grade), 80% 에탄올(Jin chemical pharmaceutical Co., LTD, Siheung, Korea) 및 100% 메탄올(Merck)을 용매로 하여 15, 30 및 45분 동안 각각 초음파 추출하였다. 추출 당시 초음파 수조 내 수온은 20±2℃였으며, 추출 15분 후에는 1.
녹나무과 10종의 잎 추출물에 대한 항균활성은 3반복, 그외 항균활성은 6반복을 1회로 2회 반복 실험하였다. 또한 추출조건에 따른 항균활성은 부위, 용매 및 시간 간의 요인별 유의성을 검정하였다. 실험 후 모든 결과값은 SAS version 9.
5 ㎝, 5510-DTH, Branson, Danbury, CT, USA)로 30분 동안 초음파 추출을 시행하였다. 모든 추출물은 잔사를 재추출하지 않고 1회, 2반복 추출하였다. 추출 직후 vacuum pump (GAST)와 여과지(Advantec No.
남부지방에 자생하는 녹나무과 6속10종 상록 목본의 잎과 가지를 2013년1월 중순부터 2월초까지 전라남도 완도 및 제주도 일대에서 채취하였다(Table 1). 식물재료는 생체중을 측정한 후 48시간 동안 동결건조(FD8512, IlShin Lab. Co. Ltd., Seoul, Korea)하였으며, 이후 건물중을 측정하여 각 재료의 수분함량을 계산하였다(Table 1). 건조된 시료는 분쇄기(Hood mixer FM-681C, Hanil, Gwangju, Korea)로 곱게 분쇄한 후, -70±2℃의 deep freezer (Ultra-low temperature freezer SW-U5-200, Samwon, Goyang, Korea)에 저장하면서 실험에 사용하였다.
0 g을 얻었다. 이후 고형분 시료, 증류수 및 n-hexane을 1:9:10의 비율로 혼합하여 분획하였으며 n-hexane층을 농축하여 분획물을 얻었다. n-hexane 분획 후 수층은 다시 chloroform, ethyl acetate, n-butanol 순으로 순차적으로 용매 분획하였으며(Fig.
7℃가 상승하였다. 이후 동일한 방법으로 agar diffusion assay를 수행하여 항균활성을 분석하였다.
이후 추출물은 질소 충전하여 -70±2℃ deep freezer (Samwon Engineering Co.)에 보관하면서 항균활성 평가에 사용하였으며, 5 ㎖를 취하여 증발접시에 담고 60±2℃의 dry oven (KPI-507L, Korea Power Ind. Co. Ltd, Seoul, Korea)에 48시간 건조시켜 추출물의 가용성 고형분 함량(g/g db)을 구하였다(Table 1).
모든 추출물은 잔사를 재추출하지 않고 1회, 2반복 추출하였다. 추출 직후 vacuum pump (GAST)와 여과지(Advantec No. 2, Toyo Roshi Kaisha Ltd., Tokyo, Japan)를 이용하여 감압여과 하였으며, 여과된 추출물은 용매를 사용하여 최종 농도를 50배로 정량하였다. 이후 추출물은 질소 충전하여 -70±2℃ deep freezer (Samwon Engineering Co.
이후 37℃의 incubator에서 24시간 동안 배양하였으며, 배양 후 disc의 직경을 포함한 clear zone을 측정하였다. 추출물의 항균활성을 화장품 제조 시 사용되는 합성항균제인 phenoxyethanol (0H2108, Junsei Chemical Co., Ltd., Tokyo, Japan)과 methylparaben(8K5015, Junsei Chemical Co., Ltd., Tokyo, Japan)을 0.4, 1, 2, 4 ㎎/disc의 농도로 희석하여 추출물과 같은 조건으로 배양하였다.
추출조건에 따른 항균활성이 가장 우수하였던 종(월계수)의 잎 시료를 100% 메탄올을 용매로 30분간 초음파 추출하여 조추출물을 제조하였다. 조추출물을 감압농축(EYELA) 후 동결건조하여 고형분 시료 1.

대상 데이터

건조된 시료는 분쇄기(Hood mixer FM-681C, Hanil, Gwangju, Korea)로 곱게 분쇄한 후, -70±2℃의 deep freezer (Ultra-low temperature freezer SW-U5-200, Samwon, Goyang, Korea)에 저장하면서 실험에 사용하였다.
남부지방에 자생하는 녹나무과 6속10종 상록 목본의 잎과 가지를 2013년1월 중순부터 2월초까지 전라남도 완도 및 제주도 일대에서 채취하였다(Table 1). 식물재료는 생체중을 측정한 후 48시간 동안 동결건조(FD8512, IlShin Lab.
실험에 사용된 균주 P. acnes (KCTC 3320)는 그람 양성균이며 한국유전자 은행에서 분양받았다. 배지는 RCM broth(Reinforced Clostridial Medium, Difco, Detroit, MI, USA)를 사용하였으며, 3∼5주 간격으로 계대배양하였다.
실험에 사용된 녹나무과 식물재료들은 예전부터 국내･외에서 다양한 민간요법 치료제로 사용되었으며, 최근에 그 효능들이 검증되었다. 월계수는 상록 활엽교목으로 우리나라 경남과 전남지방에 분포되어 있다.

데이터처리

xMeans ± S.E. (n=10) and separation within columns by Duncan’s multiple range test, P<0.05.
yMeans ± S.E. (n=10) and separation within columns by Duncan’s multiple range test, P<0.05.
실험 후 모든 결과값은 SAS version 9.3 (SAS instritute Inc., Cary, NC, USA)를 이용하여 평균과 표준오차를 구하였으며, P＜0.05의 유의수준에서 Duncan's multiple range test를 이용하여 통계분석 하였다.

성능/효과

acnes 억제활성이 우수하였던 월계수 잎을 100% 메탄올을 용매로 초음파 30분 추출한 다음 n-hexane, chloroform, ethyl acetate, n-butanol 그리고 water 순으로 용매 분획하여 항균활성을 비교분석하였다. 각 분획물에서 얻어진 가용성 고형분의 함량은 조추출물에서 161.7 ㎎/g 수준이었으며, Water 분획물에서 544.0 ㎎/g의 고형분을 얻어내 가장 높은 수율을 보였다(Table 4). 반면 n-Hexane 분획물에서는 89.
, 2012). 따라서 추출물의 활용목적에 따라 식물 종별 적정 분획 용매는 다르며, 본 실험에서 월계수 잎의 ethyl acetate 분획물은 P. acnes의 생육억제에 가장 효과적인 것으로 판단되었다.
(2011)의 연구에서 우리나라 남해안에 자생하는 상록활엽수 구실잣밤나무의 DPPH 라디컬 소거능과 xanthine oxidase 저해활성은 butanol 분획물에서, superoxide 라디컬 소거활성은 ethyl acetate 분획물에서 우수하였다. 또한 Staphylococcus aureus 외 5종의 균 억제활성을 측정하였을 때 ethyl acetate 분획물에서 높은 항균활성을 나타내었다. 양치식물인 관중과 더부살이고사리는 butanol 분획물에서, 참지네고사리는 ethyl acetate 분획물에서 총폴리페놀함량이 많았으며, 총플라보노이드 함량은 관중이 chloroform 분획물에서, 참지네고사리와 더부살이고사리는 hexane 분획물에서 많았다.
8 ㎜), 대조구의 모든 농도에 비해서도 높았다(Table 3). 또한 월계수는 가지부위의 물 추출물을 제외한 모든 조건에서 항균활성을 나타내었으며, 추출부위, 용매 및 시간에 따른 유의적인 활성도의 차이를 보였다(P＜0.001).
자생 상록활엽수인 두릅나무과의 황칠나무는 잎의 ethyl acetate 분획물에서 tyrosinase 저해활성과 melanin 생성 억제 활성이 높다는 연구결과가 있다(Mo and Oh, 2013). 또한 입과 줄기의 ethyl acetate 분획물에서 DPPH 라디컬 소거능이 가장 높았다. 그러나 황칠나무의 Acetylcholinesterase 저해 활성은dichloromethane 분획물에서 가장 높게 조사되었다.
0 ㎎/g의 고형분을 얻어내 가장 높은 수율을 보였다(Table 4). 반면 n-Hexane 분획물에서는 89.3 ㎎/g으로 수율이 가장 낮아, 분획물별 가용성 고형분 함량은 차이가 있었다.
본 연구에서 월계수 잎 추출물의 P. acnes에 대한 항균활성은 Choi et al. (1998)이 연구한 97종의 천연물, 새삼 및 실새삼(Suk et al., 2004), 감초 등 한약 복합 추출물(Kim et al., 2006), 대황, 황백 및 황금의 복합 추출물(Son et al., 2005) 및 자몽종자 추출물과 법제유황수(Ha et al., 2009), 강활, 백작약, 물푸레 피, 현삼 및 황금 추출물(Kim, 2008)에 비해서도 우수하였다.
또한 Staphylococcus aureus 외 5종의 균 억제활성을 측정하였을 때 ethyl acetate 분획물에서 높은 항균활성을 나타내었다. 양치식물인 관중과 더부살이고사리는 butanol 분획물에서, 참지네고사리는 ethyl acetate 분획물에서 총폴리페놀함량이 많았으며, 총플라보노이드 함량은 관중이 chloroform 분획물에서, 참지네고사리와 더부살이고사리는 hexane 분획물에서 많았다. 또한 DPPH 라디컬 소거활성은 관중과 더부살이고사리가 butanol 분획물에서, 참지네고사리가 water 분획물에서 가장 높았다(Kim et al.
acnes 억제활성이 확인되었다(Table 2). 여드름균 생육 억제환을 측정한 결과, 모든 추출물에서 지름 20 ㎜ 이상으로 조사되었으며, 특히 월계수(30.00 ㎜)가 가장 우수한 활성을 보였다. 다음으로 육박나무(28.
연구에 사용된 10종의 모든 잎 추출물에서 우수한 P. acnes 억제활성이 확인되었다(Table 2). 여드름균 생육 억제환을 측정한 결과, 모든 추출물에서 지름 20 ㎜ 이상으로 조사되었으며, 특히 월계수(30.
acnes 억제활성이 가장 우수하였던월계수를 부위, 용매 및 시간을 달리하여 추출한 다음 항균활성 분석하였다. 연구의 결과, 월계수 잎을 80% 에탄올을 용매로 45분간 추출하였을 때 억제활성이 가장 우수하였으며(19.8 ㎜), 대조구의 모든 농도에 비해서도 높았다(Table 3). 또한 월계수는 가지부위의 물 추출물을 제외한 모든 조건에서 항균활성을 나타내었으며, 추출부위, 용매 및 시간에 따른 유의적인 활성도의 차이를 보였다(P＜0.
월계수 잎 용매 분획물의 항균활성을 분석한 결과, ethyl acetate 분획물에서 억제환이 13.3 ㎜로 가장 컸으며, 조추출물(10.2 ㎜)과 대조구인 phenoxyethanol (12.5 ㎜)에 비해서도 유의적으로 우수한 억제활성을 나타내었다. 또한 butanol 분획물을 제외한 모든 분획물에서 10.
75 ㎜) 순으로 높은 활성을 나타내었다. 이상의 5종의 잎 추출물은 대조구인 phenoxyethanol (4 ㎎/disc, 15.20 ㎜)과 methylparaben (2 ㎎/disc, 24.70 ㎜)에 비해서도 높은 항균활성을 기록하였다.

후속연구

, 2003) 등 다양한 부작용을 유발하는 것으로 알려져 있으므로 사용에 제한이 있다. 본 연구에서 월계수 등 5종은 methylparaben뿐만 아니라 phenoxyethanol에 비해서도 우수한 활성을 보여, P. acnes에 대한 합성 항균제를 대체할 수 있는 천연물 유래 여드름 예방 및 치료 소재로 개발이 가능할 것으로 생각된다.
본 연구의 결과, 연구에 사용된 녹나무과 10종은 모두 P. acnes에 대해 유의적인 생육 억제활성이 증명되었으므로 합성 항균제를 대체할 천연물 유래 항균소재로써 개발가치가 높은 것으로 생각된다. 특히 월계수 잎 추출물은 기존에 P.
우리나라 남부에 자생하는 상록성 목본의 기능성 연구로는 솔잎 추출물의 항균활성(Park et al., 2017), 황칠나무의 부위별 항산화 활성 분석(Yu and Moon, 2018) 및 구실잣밤나무의 항산화 및 항균활성(Kim et al., 2011) 등 꾸준히 진행되고 있어 활용성은 점차 증가될것으로 기대된다. 또한 상록성 목본은 전정으로 인해 버려지는 부산물을 이용하여 1년 내내 재료의 수급이 수월하고 더불어 식물의 부가가치를 상승시킬 수 있다는 장점이 있다.
acnes에 대해 유의적인 생육 억제활성이 증명되었으므로 합성 항균제를 대체할 천연물 유래 항균소재로써 개발가치가 높은 것으로 생각된다. 특히 월계수 잎 추출물은 기존에 P. acnes 억제활성이 인정된 천연 또는 합성 항균소재에 비해서도 효과가 우수하였기 때문에 저비용으로 높은 효과를 낼 수 있는 경제적인 여드름 예방 및 치료용 천연소재로 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	레티노이드 피부염(retinoid dermatitis)는 무엇인가?	염증성 질환 치료제인 레티노이드는 비타민 A의 천연 또는 합성유도체이며 생체 내에서는 retinoic acid와 같은 활성형태로 각질형성 세포의 증식과 분화조절, 피지선 억제, 면역조절 및 항염증 작용, 여드름 및 건선 등의 피부질환에 사용된다(Kim, 2008). 또한 retinoic acid는 광노화와 내인성 노화 피부의 주름살 및 피부탄력을 호전시킬 수도 있으나 레티노이드 피부염(retinoid dermatitis)이라 불리는 일종의 자극성 접촉피부염으로 홍반, 인설, 건조, 작열감, 소양감 등을 호소하는 부작용을 유발할 수 있다(Kim, 2008).
	testosterone의 불균형의 원인은 무엇인가?	현대사회에서 피부미용에 투자하는 시간과 비용은 점차 증가되고 있다. 하지만 잘못된 세정습관, 합성 화학성분제나 오일제품의 장기간 사용 및 신체 리듬과 생리적인 변화에 따른 testosterone의 불균형 등은 피지선을 비대 시키고 피지 분비를 왕성하게 한다. 과다 분비된 피지에 의해 모낭벽 세포에 이상각화가 일어나 모낭구가 막히면 피지가 배출되지 못하고 정체하게 된다(Suh, 2010).
	천연물 유래의 항균·항산화물질을 발굴하기 위해 시도된 국내 연구 사례는 무엇인가?	최근 들어 화학 합성 항생제에 내성을 가지는 균주가 발견되고 관련된 부작용들이 표출됨에 따라 이를 해결하고자 천연물 유래의 항균·항산화물질 탐색이 활발하다(Otvos, 2000). 국내에서 편백, 나한백, 유칼립투스, 소목 등의 수목류는 항산화 효과와 세포독성효과, 항염효과, 항알러지 효과 등이 연구되었으며(Kang et al., 2002; Jeon et al., 2010; Jung, 2010), 그 중 소목(Caesalpinia sappan L.)에서 분리한 brazilin은 항산화 활성과 구강상피암 증식억제 효과가 보고된 바 있다. 또한 수목류의 정유성분에 대한 항균·항진균 및 모발 기능성물질의 이용기술 개발(RDA, 2007), 한국산 자생식물 125종에 대한 항균력 탐색 및 대황의 Staphylococcus aureus에 대한 항균활성(Choi et al., 2002) 및 치자의 항산화 활성 및 활성성분의 분리(Yang et al., 2011) 등의 연구가 진행되었다. 최근에는 자원식물의 메탄올 추출물을 이용한 식물병원성 곰팡이의 포자발아 억제활성 연구도 보고되었다(Park et al., 2017).

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].

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