[논문]환경 독성을 억제하는 느릅 당단백질이 마우스의 분뇨 악취저감 및 사료 효율에 미치는 영향

김도완; 박문기; 이세중

doi:10.5322/jesi.2020.29.3.241

환경 독성을 억제하는 느릅 당단백질이 마우스의 분뇨 악취저감 및 사료 효율에 미치는 영향
Anti-ecotoxicological Glycoprotein Isolated from Ulmus davidiana Nakai Inhibits Fecal Malodor and Promotes Feed Efficiency in Mice 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.29 no.3, 2020년, pp.241 - 247

김도완 (대구한의대학교 제약공학과) , 박문기 (대구한의대학교 제약공학과) , 이세중 (대구한의대학교 제약공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Ulmus davidiana Nakai (UDN) has been traditionally used as a herbal medicine in Korea. In the present study, we investigated the anti-ecotoxic potential of a 116 kDa glycoprotein isolated from UDN (UDN glycoprot ein) in regulating fecal malodor and feed efficiency in mice. We found that UDN glycoprotein (200 μg/ml) has an inhibitory effect on the cell death induced by an ecotoxicological endocrine disrupting chemical, bisphenol A, in colon epithelial HT-29 cells. UDN glycoprotein did not show significant differences regarding the weight of ecotoxicity-related organs (liver, heart, kidneys, and spleen) and the levels of serum glutamate oxaloacetate transaminase, glutamate pyruvate transaminase, and lactate dehydrogenase in mice for 2 weeks, compared to the control. Additionally, UDN glycoprotein reduced the levels of hydrogen sulfide and ammonia as markers of fecal malodor in mice. Interestingly, UDN glycoprotein can improve the mouse feed efficiency. In conclusion, our data indicate that anti-ecotoxicological UDN glycoprotein has the ability to increase the feed efficiency and reduce the fecal malodor by maintaining the viability of colonic epithelial cells in mice.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

느릅 당단백질이 동물의 사료 효율(feed efficiency ratio)에 미치는 영향을 알아보기 위해, 일당 평균 증체량(body weight gain), 일당 평균 사료섭취량(feed intake) 및 사료 효율에 대해 조사해 보았다. Table 3에서 보는 바와 같이, 20 mg/kg의 느릅 당단백질을 마우스에 경구투여하였을 때 변화되는 일당 평균 증체량은 대조군과 비교했을 때 유의적으로 1.
최근 느릅나무 추출물은 항염증 작용 및 항고지혈증 등의 효능을 가지고 있으며, 강력한 항산화 작용을 하는 것으로 보고되었다. 항산화 능력이 뛰어난 천연에서 유래한 당단백질은장 상피세포를 보호하는 기존 연구의 결과들이 있었으며, 본 연구에서는 느릅나무로부터 추출된 116 kDa의 식물성 당단백질(UDN glycoprotein)이 항산화 효과를 바탕으로 환경 독성물질인 비스페놀 A가 유도하는 환경독성조절효과, 가축의 악취 저감 및 사료 효율에 미치는 영향을 알아보았다. 느릅 당단백질은 항산화능력을 바탕으로 장 상피 세포 보호효과가 뛰어나며 비스페놀 A가 유도하 는 세포사멸을 유의적으로 억제하는 능력을 가지고 있었다.

제안 방법

15일째에 마우스를 ether로 마취한 후 안와정맥총채혈법에 의해 혈액을 채취하고 4℃에서 10,000×g로 2분 동안 원심 분리한 후 혈청을 취하여 실험에 사용하였다. 느릅 당단백질의 마우스 내 독성효과를 알아보기 위해 마우스를 개복하여 장기(간, 심장, 콩팥 및 비장)를 적출하였다. 장기는 생리식염수를 이용하여 혈액을 제거한 후 거름종이에서 수분을 제거하고 각각의 무게를 측정하였다.
느릅 당단백질이 악취물질 농도에 미치는 영향을 알아보기 위해 식이개시일부터 2주간 총 4번에 걸쳐 하루에 배설되는 분을 채취해서 악취 원인 물질들로 알려진 hydrogen sulfide (H₂S) 와 ammonia (NH₃)의 농도를 측정하였다. Fig.
식이개시일부터 14일간 총 4번에 걸쳐 하루에 배설되는 분을 수집해서 이물질을 제거하고 무게를 확인한 후 시료 내 악취물질인 hydrogen sulfide (H₂S)와 ammonia(NH₃)의 농도를 측정하였다. H₂S 농도의 경우, 100 ml의 이차 멸균 증류수에 용해시킨 시료를 Alka-Seltzer tablets와 넣고 2분간 방치한 후 H₂S kit (Model NI-SA, HACH, USA)를 사용하여 측정하였다.
체내에 흡수된 느릅 당단백질의 독성 유무를 알아보기 위해, ICR계 마우스 모델을 이용해 주요장기의 독성 검증실험을 수행하였다. Table 1에서 보는 바와 같이, 20 mg/kg의 느릅 당단백질을 2주간 마우스에 경구 투여하였을 때 비장, 심장, 콩팥 및 간의 무게는 PBS만을 처리한 대조군과 비교하여 유의적으로 차이가 나타나지 않았다.

대상 데이터

Ulmus davidiana Nakai (UDN, 느릅나무)는 전라남도 나주에서 자생한 것을 채취하여 작은 크기로 잘라서 이차 멸균 증류수에서 침지 하였고 용해된 추출물들은 Whatman 여과지로 여과하여 불순물을 제거한 후, 여과된 용액에 80% ammonium sulfate 첨가하여 침전시키고 침전물을 투석 반투막(Spectra/por MWCO 6,000~ 8,000, CAL, USA)을 이용하여 4℃의 20 mM Tris-HCl (pH 7.4) 용액에서 12시간 투석하였으며 동결건조기를 이용하여 건조시켰고 -70℃에서 보관하였다. 이후 시료는 0.
대장 상피 세포(HT-29 cells)는 한국 세포주 은행(KCLB, Seoul, Korea)에서 구입하였으며, DMEM 배지에 10%의 FBS, 100 U/ml의 penicillin 및 100 μg/ml의 strep tomycin을 혼합한 후 37℃의 5% CO₂의 배양기에서 배양하였다. 대장 상피 세포에 느릅 당단백질과 비스페놀A(BPA)와 함께 처리한 후, 3-(4,5-dimethylt hiazol-2-yl) -2,5 diphenyl tetrazolium bromide (MTT)를 처리하고 2시간 동안 CO2 배양기에서 배양하였다.
본 실험에 사용된 시약 중, Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium (DMEM) 배지와 소 태아혈청(Fetal Bovine Serum, FBS)은 GE Healthcare Life Sciences (Morningside, Queensland, Australia)에서 구입하였으며, trypsin은 GIBCO-BRL (Grand Island, NY, USA)에서 구입하였고, 이외의 모든 시약은 Sigma사(St. Louis, MO, USA)의 제품을 구입하여 사용하였고, 사용된 시약은 순도가 높은(순도 99% 이상) 등급을 구입하여 사용하였다.
실험동물은 6주령의 ICR계 수컷 마우스(n=7)를 사용하였으며 느릅 당단백질을 20 mg/kg 농도로 경구 투여하였고, 대조군의 경우, PBS를 투여하였다. 14일간 격일에 한번씩 animal feeding needle을 이용하여 경구 투여하였으며, 마우스의 체중 및 식이섭취량은 식이개시일부터 14일간 측정하여 사료 효율 계산에 이용하였다.

데이터처리

)로 나타냈다. 통계적 유의적 차이는 GraphPad (Prism 6, GraphPad Software, CA, USA) 를 이용하여 one-way analysis of variance (ANOVA) 방법으로 결정하였으며, P-values < 0.05의 값들을 유의적인 결과로 고려하였다.

이론/모형

느릅나무로부터 분리된 116 kDa 느릅 당단백질이 가지는 대장 상피 세포(HT-29 cells) 보호효과를 알아보기 위해 환경독성물질인 비스페놀 A를 처리한후, 세포 생존율(cell viability)을 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5 diphenyltetrazolium bromide (MTT) 실험방법으로 측정하였다. Fig.
마우스 혈액의 Glutamate Oxaloacetate Transaminase (GOT) 및 Glutamate Pyruvate Transaminase (GPT)는 Reitman Frankel 법 (Reitman and Frankel, 1957)에 의해 조제된 Asan Set GOT 및 GPT kit (Asanpharm, Dajeon, Korea)을 이용하여 측정하였으며, lactate dehydrogenase (LDH)는 Pierce LDH Cytotoxicity Assay kit (Thermo Scientific, Hudson, NH, USA)를 이용하여 측정하였다. GOT 및 GPT의 측정을 위해 각각 1 ml의 기질액을 취해 37℃에서 5분간 가온한 후, 0.

성능/효과

항산화 능력이 뛰어난 천연에서 유래한 당단백질은장 상피세포를 보호하는 기존 연구의 결과들이 있었으며, 본 연구에서는 느릅나무로부터 추출된 116 kDa의 식물성 당단백질(UDN glycoprotein)이 항산화 효과를 바탕으로 환경 독성물질인 비스페놀 A가 유도하는 환경독성조절효과, 가축의 악취 저감 및 사료 효율에 미치는 영향을 알아보았다. 느릅 당단백질은 항산화능력을 바탕으로 장 상피 세포 보호효과가 뛰어나며 비스페놀 A가 유도하 는 세포사멸을 유의적으로 억제하는 능력을 가지고 있었다. 이러한 세포 보호효과를 가진 느릅 당단백질을 2주간 마우스에 경구 투여한 결과, 독성으로 인해 중량변화가 예상되는 주요 내부 장기의 무게 및 혈액 독성 표지자들인 LDH, GOT및 GPT 방출 수준은 대조군과 비교하여 유의적인 차이를 보이지 않았다.
따라서 이와 같은 결과는 느릅 당단백질이 사료 효율 향상을 촉진시키고 악취물질인 H₂S 및 NH₃ 농도를 감소시킴으로써 마우스의 위장관 환경을 개선시키는 다중적인 생리활성 효과를 가지고 있음을 시사한다. 또한 느릅 당단백질이 대장 상피 세포의 환경 독성물질대사 기전과 밀접한 관련이 있으며, 새로운 천연물 유래 축산분뇨 악취저감 기능을 가지고 있음을 제시한다.
1C). 따라서 이와 같은 결과는 항산화 능력을 가지고 있는 천연생리활성물질인 느릅 당단백질이 비스페놀 A가 유발 하는 세포사멸을 억제함으로써 상피세포 보호능력이 있음을 암시한다.
농도를 감소시킴으로써 마우스의 위장관 환경을 개선시키는 다중적인 생리활성 효과를 가지고 있음을 시사한다. 또한 느릅 당단백질이 대장 상피 세포의 환경 독성물질대사 기전과 밀접한 관련이 있으며, 새로운 천연물 유래 축산분뇨 악취저감 기능을 가지고 있음을 제시한다.
이러한 세포 보호효과를 가진 느릅 당단백질을 2주간 마우스에 경구 투여한 결과, 독성으로 인해 중량변화가 예상되는 주요 내부 장기의 무게 및 혈액 독성 표지자들인 LDH, GOT및 GPT 방출 수준은 대조군과 비교하여 유의적인 차이를 보이지 않았다. 또한 마우스 실험에서 느릅 당단백질은 부작용이 없을 뿐만 아니라 위장관을 개선시켜 사료 효율 값을 증가시켜 최소한의 식이 섭취량으로 유의적 증체량을 나타내었다. 게다가 마우스의 분내 악취 주요 원인물질들이라고 알려진 NH₃와 H₂S의 농도를 유의적으로 감소시키는 능력을 가지고 있었다.
게다가 마우스의 분내 악취 주요 원인물질들이라고 알려진 NH₃와 H₂S의 농도를 유의적으로 감소시키는 능력을 가지고 있었다. 이러한 결과를 종합해보면 느릅 당단백질은 대장 상피 세포를 보호하여 환경오염물질의 유해성을 줄이고, 안정성이 뛰어나 동물 사료 효율 및 악취 저감을 촉진하여 천연물로부터 유래하는 다기능성의 환경 독성 제어제라고 요약할 수 있다.
종합적으로, 느릅나무에서 분리된 식물성 느릅 당단백질은 대장 상피 세포에서 독성물질로 인한 세포 사멸기전을 억제하여 세포를 보호하는 효과를 가지고 있으며, 동물의 장기 및 혈액에 유해성이 없으면서 사료 효율을 개선하고 악취생산을 제어하는 천연 생리활성물질임을 시사한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	실험 결과를 통해 알 수 있는 느릅나무 식물성 당단백질의 기대 효과는?	게다가 마우스의 분내 악취 주요 원인물질들이라고 알려진 NH3와 H2S의 농도를 유의적으로 감소시키는 능력을 가지고 있었다. 이러한 결과를 종합해보면 느릅 당단백질은 대장 상피 세포를 보호하여 환경오염물질의 유해성을 줄이고, 안정성이 뛰어나 동물 사료 효율 및 악취 저감을 촉진하여 천연물로부터 유래하는 다기능성의 환경 독성 제어제라고 요약할 수 있다.
	느릅나무는 무엇인가?	느릅나무(Ulmus davidiana Nakai, UDN)는 장미목 느릅나무과의 식물로 부종, 유방염, 위궤양 및 위암 등에 효과를 가진 전통약재로 사용되어 왔다. 최근 느릅나무 추출물은 항염증 작용 및 항고지혈증 등의 효능을 가지고 있으며, 강력한 항산화 작용을 하는 것으로 보고되었다.
	악취의 지표물질은 무엇인가?	, 2016). 한편 사료 효율을 저하시키는 요인 중 하나는 가축분뇨가 바닥에 쌓이게 되어 발생하는 악취인데, 악취의 지표물질들로는 ammonia, hydrogen sulfide, methanethiol 등이 알려져 있다(Leet al., 2005). 특히 ammonia의 경우 가축의 특정 미생물의 활성을 저하시키고 호흡기 질환을 유발하여 사료섭취량 및 효율을 저하시키는 것으로 보고되었으며 (Wang et al.

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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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