[논문]붉나무 캘러스 유도 및 그 추출물로부터 피부미백 효과에 관한 연구

김동명; 정주영; 이형곤; 권용성; 백진홍; 이관호; 장진훈; 한인석

doi:10.22889/kjp.2020.51.4.302

붉나무 캘러스 유도 및 그 추출물로부터 피부미백 효과에 관한 연구
Induction and Proliferation of Callus in Rhus chinensis Mill. and Its Effect on Skin Whitening 원문보기

생약학회지, v.51 no.4, 2020년, pp.302 - 309

김동명 ((주)케이제이엠바이오 바이오연구소) , 정주영 ((주)케이제이엠바이오 바이오연구소) , 이형곤 ((주)케이제이엠바이오 바이오연구소) , 권용성 ((주)케이제이엠바이오 바이오연구소) , 백진홍 ((주)김정문알로에 생명과학연구소) , 이관호 (한국산업기술대학교 생명화학공학과) , 장진훈 (한국산업기술대학교 생명화학공학과) , 한인석 (유타대학교 화학공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of this study was to optimize the condition for induction and proliferation of callus from Rhus chinensis Mill. and investigate the skin-brightening effect of Rhus chinensis callus (RCC). It was confirmed that the most proper plant growth regulator (PGR) for callus induction is 1.0 mg/L of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D). The most optimal condition of PGR, medium and additives for callus proliferation were 2,4-D (1.0 mg/L), MS medium and citric acid, respectively. Inhibitory activities of tyrosinase were higher at 50 and 100 ㎍/mL of RCC extracts (41.86 and 75.56%, respectively) than arbutin (27.32%). As the results of measuring melanin inhibition in B16F1 melanocyte and B16F10 melanoma cell, RCC extracts increased its inhibitory activities concentration-dependently, and were found to have higher whitening effect than arbutin at a concentration of 100 ㎍/mL. Therefore, it is suggested that RCC can be used as an effective material for skin-brightening cosmetics.

주제어

표/그림 (7)

표 Table I. Effects of plant growth regulators on callus induction
표 Table II. Effects of plant growth regulators on callus proliferation
표 Table III. Effect of medium on callus proliferation
그림 Fig. 1. Tyrosinase inhibitory activity of Rhus chinensis callus (RCC) extract. The values of IC50 represent the concentration (μg/mL) required for 50% decrease of tyrosinase activity. Arbutin was used as a positive control. Data represent the mean±S.D. with three separate experiments. Differences between groups were statistically analyzed by ANOVA with post-hoc by Duncan test. **p<0.05 compared to arbutin-treated group.
표 Table IV. Effects of additives on callus proliferation
그림 Fig. 2. Effects of Rhus chinensis callus (RCC) extract in B16F1 melanocyte. (a) Cell viability decided by MTT assay (b) Inhibition of melanin synthesis. Data represent the mean±S.D. with three separate experiments. Differences between groups were statistically analyzed by ANOVA with post-hoc by Duncan test. **p<0.05 compared to arbutin-treated group.
그림 Fig. 3. Effects of Rhus chinensis callus (RCC) extract in B16F10 melanoma cell (a) Cell viability decided by MTT assay (b) Melanin content synthesized by inducing with α-melanocyte stimulating hormone (α-MSH). Control group was treated nothing; α-MSH group was treated 10 nM of α-MSH only; Arbutin group was treated 10 nM of α-MSH with 10 mg/mL of arbutin; 10, 50, and 100 groups were treated 10 nM of α-MSH with 10, 50, and 100 μg/mL of RCC extract, respectively. Data represent the mean±S.D. with three separate experiments. Differences between groups were statistically analyzed by ANOVA with post-hoc by Duncan test. ** p< 0.05 compared to arbutin-treated group.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 붉나무 잎에 형성된 오배자의 조직 절편으로부터 붉나무 캘러스를 유도 및 증식시키기 위한 적합한 조건을 확립하고, 이러한 조건에서 생성된 붉나무 캘러스 추출물의 피부 미백 효과를 확인하기 위한 목적으로 진행되었다.

제안 방법

8로 조절하였고 121℃에서 25 min 고압으로 멸균 후 petri dish에 분주하여 사용하였다. petri dish 당 조직 절편은 5개씩 치상하였고 4주 후 생존율 및 캘러스 유도율을 관찰하였다.
배지 내 첨가물에 따른 캘러스의 증식을 확인하기 위한 실험으로 배지에 시르트산(citric acid), 아스코르브산(ascorbic acid), 카제인 가수분해물(casein hydrolysate) 및 이노시톨(inositol)을 각각 1.0 g/L 처리하였다. 이때 배지는 1.
본 연구에서는 붉나무 캘러스를 유도 및 증식시키기 위한 적합한 조건을 확립하고, 이러한 조건에서 생성된 캘러스 추출물의 피부 미백 효과를 확인하였다. 캘러스 유도에 가장 적합한 식물 생장조절제는 1.
식물 생장조절제, 배지 종류 및 배지 내 첨가물에 따른 캘러스 증식

식물 생장조절제가 캘러스 증식에 미치는 영향을 알아보기 위해서 MS배지에 30.0 g/L의 sucrose와 2.3 g/L의 gelrite를 첨가하고 식물 생장조절제인 2,4-D, NAA, BA, kinetin을 단용 또는 혼용하여 배지에 첨가하여 사용하였다. 캘러스는 petri dish 당 9개씩 치상하고 암조건 배양실에서 3주간 배양한 후 friable 캘러스 유도율, 캘러스 지름 및 갈변율을 관찰하였다.
0 g/L 처리하였다. 이때 배지는 1.0 mg/L의 2,4-D, 30.0 g/L의 sucrose와 2.3 g/L의 gelrite가 첨가된 MS 배지를 사용하였다. 캘러스는 petri dish 당 5개씩 치상하였고 암배양 조건에서 3주간 배양 후 friable 캘러스 유도율, 캘러스 지름, 갈변율을 관찰하였다.
3 g/L의 gelrite를 처리한 MS배지에 치상하였다. 이때 식물 생장조절제가 캘러스 유도에 미치는 영향을 확인하기 위해 2,4-dichlorophenoxyacetic acid(2,4-D) 단일 사용, 2,4-D 및 1-naphthaleneacetic acid(NAA) 혼용 또는 2,4-D, NAA 및 6-benzyl adenin(BA) 혼용으로 나누어 첨가하였다. 배지는 pH 5.
캘러스 추출물이 세포에 노출되었을 때 세포에 미치는 독성을 확인하기 위하여 MTT assay를 통해 B16F1 멜라노사이트에 대한 세포 독성을 평가하였다(Fig. 2(a)).
3 g/L의 gelrite가 첨가된 MS 배지를 사용하였다. 캘러스는 petri dish 당 5개씩 치상하였고 암배양 조건에서 3주간 배양 후 friable 캘러스 유도율, 캘러스 지름, 갈변율을 관찰하였다.
3 g/L의 gelrite를 첨가하고 식물 생장조절제인 2,4-D, NAA, BA, kinetin을 단용 또는 혼용하여 배지에 첨가하여 사용하였다. 캘러스는 petri dish 당 9개씩 치상하고 암조건 배양실에서 3주간 배양한 후 friable 캘러스 유도율, 캘러스 지름 및 갈변율을 관찰하였다.

데이터처리

각 시료 간의 차이를 비교하기 위해 통계처리를 실시하였다. 모든 시료에 대해서는 3회 반복 실험을 진행하였으며 각 자료는 평균값과 표준오차로 나타내었다.
각 시료 간의 차이를 비교하기 위해 통계처리를 실시하였다. 모든 시료에 대해서는 3회 반복 실험을 진행하였으며 각 자료는 평균값과 표준오차로 나타내었다. 통계 분석은 SPSS(IBM SPSS Statistics, NY USA)를 사용하였고 95 % 유의수준에서 던컨(Duncan)의 일원배치 다중검정 시험으로 각 처리 간의 유의적인 차이를 확인하였다.
모든 시료에 대해서는 3회 반복 실험을 진행하였으며 각 자료는 평균값과 표준오차로 나타내었다. 통계 분석은 SPSS(IBM SPSS Statistics, NY USA)를 사용하였고 95 % 유의수준에서 던컨(Duncan)의 일원배치 다중검정 시험으로 각 처리 간의 유의적인 차이를 확인하였다.

성능/효과

B16F1 멜라노사이트 및 B16F10 흑색종 세포에서의 멜라닌 합성 저해 활성 분석을 통해 피부 미백 효과를 확인한 결과, 캘러스 추출물은 농도 의존적으로 저해 활성이 증가하였으며 100 μg/mL 농도에서 대조군인 arbutin보다 높은 미백 효과를 가지는 것으로 확인되었다.
배지 내 첨가물에 따른 캘러스 증식 결과는 Table IV에 나타내었다. Citric acid 처리군에서 friable 캘러스 유도율 및 캘러스 지름이 각각 37.98% 및 2.57 cm로 가장 높았으며 갈변율은 5.12%로 가장 낮아 캘러스 배양에 가장 적합한 것으로 사료되었다. Ascorbic acid 처리군은 friable 캘러스 유도율, 캘러스 지름 및 갈변율이 각각 14.
23%로 citric acid 처리군 다음으로 캘러스 증식에 적합하였다. Inositol과 카제인 가수분해물 처리군은 갈변율이 각각 32.26%, 38.16%로 캘러스 증식에는 적합하지 않았다.
배지 종류에 따른 캘러스 증식 결과는 Table III에 나타내었다. MS 배지에서는 friable 캘러스 유도율 및 캘러스 지름이 각각 7.89% 및 2.21 cm로 처리된 배지 중에서 가장 높은 값을 보였고 갈변율은 11.00%로 가장 낮아 캘러스 배양에는 가장 적합한 것으로 사료되었다. 반면, WPM 배지의 경우 캘러스의 지름이 0.
결론적으로 증식에 가장 적합한 처리 조건은 식물 생장조절제 2,4-D 1.0 mg/L와 첨가물 citric acid 1.0 g/L를 첨가한 MS 배지인 것으로 확인되었고 이 조건에 맞추어 배양한 캘러스를 공시재료로 사용하여 후속 실험을 진행하였다.
또한 2,4-D, NAA, BA 혼용처리의 경우가 유도된 캘러스의 부피가 가장 컸다. 그러나 2,4-D 단용 처리와 2,4-D, BA 혼용 처리의 경우에는 캘러스 유도율이 각각 51.53%, 27.39%로 2,4-D, NAA, BA 혼용 처리에 비해 낮은 값을 보여 캘러스 유도에 효율적이지 않았다. 따라서 캘러스 유도에 가장 적합한 식물 생장조절제 처리 조건은 2,4-D, NAA, BA 혼용처리인 것으로 확인하였다.
39%로 2,4-D, NAA, BA 혼용 처리에 비해 낮은 값을 보여 캘러스 유도에 효율적이지 않았다. 따라서 캘러스 유도에 가장 적합한 식물 생장조절제 처리 조건은 2,4-D, NAA, BA 혼용처리인 것으로 확인하였다.
그 외의 처리군에서는 friable 캘러스 유도율과 캘러스 지름이 낮거나 갈변율이 높은 모습을 보여 적합하지 않은 상태로 보였다. 따라서 캘러스 증식에 가장 적합한 식물 생장조절제 처리 조건은 1.0 mg/L의 2,4-D 단독 처리한 것으로 확인할 수 있었다.
따라서 캘러스 추출물은 농도 의존적으로 멜라닌 합성 저해 활성이 증가하는 경향을 보였으며 100 μg/mL 농도로 처리했을 때 arbutin과 유사한 활성을 가지는 것으로 확인되었다.
또한 tyrosinase 저해 활성 분석 결과, 50 및 100 μg/mL에서 각각 41.86 및 75.56%로, 대조군인 arbutin(27.32%)보다 높은 수치를 보였다
캘러스 증식에 대한 식물 생장조절제의 영향 분석 결과는 Table II에 나타내었다. 먼저 식물 생장조절제를 첨가하지 않은 대조군에서는 friable 캘러스 유도율이 0%, 캘러스 지름이 0.52 cm, 그리고 갈변율이 31.25%로 가장 좋지 못한 생장 상태를 보였다. 반면, NAA, BA 및 kinetin 처리 없이 1.
25%로 가장 좋지 못한 생장 상태를 보였다. 반면, NAA, BA 및 kinetin 처리 없이 1.0 mg/L의 2,4-D만 처리한 시험군에서는 friable 캘러스 유도율이 52.73%로 가장 높아 분화력이 우수함을 알 수 있었다. 또한, 캘러스의 지름이 2.
이러한 결과로부터 각종 기능성 식물들에 대한 조직배양기술의 적용은 보다 효율적이고 효과적인 천연 신소재의 확보를 위한 적용가능성을 제시하였다. 특히, 붉나무 오배자는 자연상태에서 대량으로 채취 및 수급하는데 어려움이 있는데 반해 본 연구에서는 기내배양을 통해 손쉽게 대량으로 확보가 가능하다는 점에서 의의를 찾을 수 있었다.
01%로 시료를 첨가하지 않은 대조군의 cell viability(100%)와 유의적인 차이를 보이지 않았다. 이를 통해 캘러스 추출물은 B16F1 멜라노사이트에 세포 독성을 보이지 않는 것으로 확인되었다. B16F1 멜라노사이트를 이용한 캘러스 추출물의 멜라닌 합성 저해 활성 분석 결과는 Fig.
캘러스 유도에 대한 식물 생장조절제의 영향 분석 결과는 Table I에 나타내었다. 절편체의 생존율과 캘러스 유도율 모두 2,4-D, NAA, BA 혼용처리에서 각각 100.00%, 96.91%으로 가장 높았다. 또한 2,4-D, NAA, BA 혼용처리의 경우가 유도된 캘러스의 부피가 가장 컸다.
본 연구에서는 붉나무 캘러스를 유도 및 증식시키기 위한 적합한 조건을 확립하고, 이러한 조건에서 생성된 캘러스 추출물의 피부 미백 효과를 확인하였다. 캘러스 유도에 가장 적합한 식물 생장조절제는 1.0 mg/L의 2,4-D이었으며 유도된 캘러스의 분화 및 증식에 가장 적합한 식물 생장조절제, 배지 종류, 배지 내 첨가물 조건은 각각 2,4-D(1.0 mg/L), MS 배지 및 citric acid인 것으로 확인되었다. 또한 tyrosinase 저해 활성 분석 결과, 50 및 100 μg/mL에서 각각 41.
캘러스 추출물의 10, 50, 100 μg/mL 농도에서의 cell viability는 각각 99.10, 98.56 및 98.01%로 시료를 첨가하지 않은 대조군의 cell viability(100%)와 유의적인 차이를 보이지 않았다
이러한 결과로부터 각종 기능성 식물들에 대한 조직배양기술의 적용은 보다 효율적이고 효과적인 천연 신소재의 확보를 위한 적용가능성을 제시하였다. 특히, 붉나무 오배자는 자연상태에서 대량으로 채취 및 수급하는데 어려움이 있는데 반해 본 연구에서는 기내배양을 통해 손쉽게 대량으로 확보가 가능하다는 점에서 의의를 찾을 수 있었다. 따라서 본 연구는 생약 소재의 수급과 관련한 기능성 화장품 분야에 중요한 기초자료로 활용될 것으로 사료되었다.

후속연구

특히, 붉나무 오배자는 자연상태에서 대량으로 채취 및 수급하는데 어려움이 있는데 반해 본 연구에서는 기내배양을 통해 손쉽게 대량으로 확보가 가능하다는 점에서 의의를 찾을 수 있었다. 따라서 본 연구는 생약 소재의 수급과 관련한 기능성 화장품 분야에 중요한 기초자료로 활용될 것으로 사료되었다. 추후 후속 연구를 통해 일반 오배자와 오배자로부터 유도된 캘러스 간의 생리활성을 비교하여 오배자 유도 캘러스의 장점을 명확히 하는 것이 필요할 것으로 사료된다.
따라서 본 연구는 생약 소재의 수급과 관련한 기능성 화장품 분야에 중요한 기초자료로 활용될 것으로 사료되었다. 추후 후속 연구를 통해 일반 오배자와 오배자로부터 유도된 캘러스 간의 생리활성을 비교하여 오배자 유도 캘러스의 장점을 명확히 하는 것이 필요할 것으로 사료된다.

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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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