[논문]수벌번데기 추출물의 주름개선 및 미백효과 구명

김정은; 김도익; 구희연; 김현진; 김성연; 이유범; 문제학; 최용수

doi:10.5352/jls.2020.30.5.428

수벌번데기 추출물의 주름개선 및 미백효과 구명
Pupal Drone Extracts for Anti-wrinkle and Skin-lightening Materials 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.30 no.5, 2020년, pp.428 - 433

김정은 (전라남도 농업기술원 곤충잠업연구소) , 김도익 (전라남도 농업기술원 곤충잠업연구소) , 구희연 (전라남도 농업기술원 곤충잠업연구소) , 김현진 (전라남도 농업기술원 곤충잠업연구소) , 김성연 (전라남도 농업기술원 곤충잠업연구소) , 이유범 (전라남도 농업기술원 곤충잠업연구소) , 문제학 (전남대학교 식품공학과) , 최용수 (국립농업과학원 잠사양봉소재과)

초록
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본 연구에서는 시험물질인 수벌번데기추출물의 in vitro 주름개선, 미백 및 보습 효능 평가를 검정하였다. 수벌번데기추출물의 미백효과 시험을 위하여 in vitro tyrosinase inhibition 시험을 하였다. 이를 위하여 기질로 L-Tyrosine 및 L-DOPA를 사용하였을 때 모두 농도의존적으로 tyrosinase 억제 효능을 보여서 미배효과를 가지고 있는 것을 확인하였다. 그리고 수벌번데기 추출물의 주름개선 효과 및 보습효과를 구명하기 위하여 HDF, B16F10 cell을 사용하였다. 추출물의 이들 세포에 미치는 세포독성시험을 실시한 후 시험물질의 투여 용량을 설정하였다. 그 결과 두 세포 모두 독성을 나타내지 않는 100 ㎍/ml를 최고 농도로 설정하고, 공비 1/5로 20 및 4 ㎍/ml를 시험농도로 설정하였다. HDF cell을 이용하여 collagen type I 및 MMP1의 발현량을 측정한 결과 UVB 조사로 감소된 collagen type I의 양은 시험물질 처리로 인하여 농도 의존적으로 증가되었다. UVB 조사로 증가된 collagen 분해효소인 MMP1의 발현은 시험물질 처리로 인하여 농도 의존적으로 감소하였다. B16F12 cell을 이용한 melanin 생성 억제 시험 결과, 시험물질 처리군에서 감소하는 경향을 나타내었다. 결론적으로 시험물질인 수벌번데기추출물은 collagen 생성을 증가시키고 collagen 분해 효소인 MMP1의 발현을 억제함으로써 주름 개선에 효과가 있으며, melanin 생성을 억제하여 피부미백에도 효과가 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we created pupal stage extracts of Apis mellifera L. drones for use in cosmetic materials. The effect of the drone pupae extract (DPE) on HDF cells was assessed for analysis of anti-wrinkle activity by collagen or collagenase gene expression, and the skin-lightening effect was studied by in vitro tyrosinase inhibition and B16F10 melanoma assay; the two cells were found to be non-cellular when the concentration of DPE was 100 ㎍/ml. Albutin concentration (positive control) in the whitening test was set at a capacity of 100 ug/ml and m-melanocyte stimulating hormone (α-MSH). A melanin-producing induction material was set at a concentration of 100 nM, and the expression of collagen type I and MMP1 collagenase was measured using HDF cells. MMP1 expression was seen to reduce in a concentration-dependent manner in treatment with DPE. Inhibiting melanin generation with B16F12 cells indicated a tendency to decrease in the DPE treatment group. Both L-Tyrosine and L-DOPA as DPE were used in an in vitro tyrosinase induction test to demonstrate the effects of tyrosinase suppression on concentrations. The higher the concentration of DPE, the greater the wrinkle reduction and whitening effect. In conclusion, it was found that DPE is an effective smoothing and whitening material by increasing collagen generation and inhibiting collagenase expression and reducing melanin production.

주제어

표/그림 (4)

그림 Fig. 1. Inhibition rate of drone pupa extracts on (A) Tyrosin substrate inhibition and (B) L-DOPA substrate inhibition activity.
그림 Fig. 2. Cytotoxicity of drone pupa extracts on (A) HDF (8×10³ cells/well) and (B) B16F10 (1×10⁴ cells/well) (B) Cells (n=3).
그림 Fig. 3. Effect of drone pupa extract (DPE) on (A) the expression of collagen type Ⅰ and (B) MMP1 mRNA in HDF cell.
그림 Fig. 4. Effect of drone pupa extract (DPE) on the expression of Melanin in B16F10 cell.

AI 본문요약
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문제 정의

이와 더불어 수벌번데기가 식품원료로써 사용되기 위해서 안전성에 대한 연구 결과로 식중독 세균, 및 곰팡이 독소에 대한 안전성 평가 결과, 장출혈성대장균(Enterohemorrhage Escherichia coli)을 비롯한 각종 유해 미생물은 검출되지 않아서 식품원료로써의 사용이 가능한 것으로 확인되었으며[10], 수벌번데기를 식품으로 섭취하여도 알러지 발생이 되지 않는다는 장점도 확인되었다[6]. 따라서 식품원료로써 우수한 가치를 가지고 있는 수벌번데기의 이용 범위를 확대하고자 본 연구는 수벌번데기를 이용한 미용제품 원료로의 가능성을 확인하고자 하였다.

제안 방법

HDF 및 B16F10 (mouse melanoma cell)은 ATCC (ATCC, USA)를 통해 구입하였으며 10 % Fetal bovine serum (Gibco, BRL, Life technologies CO. USA)및 Antibiotics (Gibco, BRL, Life technologies CO. USA)가 포함된 DMEM 배지(Gibco, BRL, Life technologies CO. USA)에 3일에 한 번씩 계대배양하였다. 세포는 5%의 CO₂가 유지되는 37℃ incubator에서 배양하여 사용하였다.
시험물질을 농도 별로 처리하고 24시간 배양 후에 CCK-8 (Dojindo, Japan) 10 μl를 첨가하여 37℃ incubator 에서 1시간 추가 배양하였다. Microplate reader (PerkinElmer, Victor TMx3, USA)를 이용하여 450 nm에서 흡광도를 측정하여 무처치군의 세포 생존률 대비 각 농도별 세포생존률을 구하였다.
RT-qPCR은 iTaqTM Universal SYBR® Green One-Step kit (BIO-RAD)를 사용하여 Real time PCR machine (Chromo4, BIO-RAD, CA, U.S.A.)을 이용하여 Collagen Ⅰ 유전자 발현량을 비교하기 위하여 Forward primer 5’-AGGGCCAAGACGAAGACATC-3’과 Reverse primer 5’-AGATCACGTCATCGCACAACA-3’를 사용하였으며, MMP1 유전자 발현량을 비교하기 위하여 Forward primer 5’-TCTGACGTTGATCCCAGAGAGCAG-3’을 사용하고 control로는 Forward primer 5’-AGAGCTACGAGCTGCCTGAC-3’과 Reverse primer 5’-AGCACTGTGTTGGCGTACAG-3’을 사용하여 10 min. at 50℃, polymerase activation and DNA denaturation: 1 min. at 95℃, amplification (denaturation: 15 sec. at 95℃, annealing and extension: 30 sec. at 60℃, 40 cycle)의 조건으로 Real time PCR을 수행하였다.
동결건조 한 수벌번데기추출물은 dimethyl sulfoxide를 부형제로 하여 20 mg/ml의 농도로 용해하고, DMEM 배지를 첨가하여 12.5, 25, 50, 100, 200 및 400 μg/ml의 농도로 조제하여 사용하였다.
동결건조된 수벌번데기 추출물은 dimethyl sulfoxide를 부형제로 하여 5, 10 및 20 mg/ml의 농도로 용해하여 조제하였다. L-tyrosine substrate를 사용한 tyrosinase저해 반응은 0.
동결건조한 수벌번데기추출물을 dimethyl sulfoxide를 부형제로 하여 20 mg/ml의 농도로 용해하고, DMEM 배지를 첨가하여 4, 20 및 100 μg/ml의 농도로 조제하여 사용하였다.
5×10⁶ cells/ plate의 농도로 seeding하고 24시간 배양하였다. 배양 배지를 제거하고 PBS 1 ml/well을 첨가한 후 UVB 200 mJ/cm² 을 조사하였다. PBS를 제거하고 시험물질이 농도 별로 포함된 배양 배지를 처리하고 24시간 배양 후에 세포를 수거하였다.
수벌번데기 추출물의 세포 독성을 시험하기 위하여 dimethyl sulfoxide를 부형제로 하여 20 mg/ml 농도로 수벌번데기 추출물을 용해하고, DMEM 배지를 첨가하여 12.5, 25, 50, 100, 200 및 400 μg/ml의 농도로 조제하여 HDF cell 세포 독성 여부 시험을 하였다.
수벌번데기추출물의 tyrosinase 활성 억제 여부를 확인하기 위해 용매대조군의 tyrosinase 저해활성을 0%의 값으로 하였고 5, 10 및 20 mg/ml의 농도로 조제 된 수벌번데기 추출물을 처리하였다.
동결건조한 수벌번데기추출물을 dimethyl sulfoxide를 부형제로 하여 20 mg/ml의 농도로 용해하고, DMEM 배지를 첨가하여 4, 20 및 100 μg/ml의 농도로 조제하여 사용하였다. 용매대조군은 DMEM 배지에 DMSO를 0.5 %의 농도로 조제하여 사용하였다. 100 mm plate에 HDF 세포를 1.
cell pellet은 1N NaOH (10% DMSO)를 500 μl 첨가하여 70℃에 20분간 반응시켜 세포 내 멜라닌을 용출하였다. 용출된 멜라닌은 405 nm에서 흡광도(PerkinElmer, Victor ^TMx3, USA)를 측정하였으며, 멜라닌 표준품(Sigma aldrich)으로 얻은 표준 검량선을 이용하여 각각의 멜라닌 양을 산출하였고 total protein 값으로 보정하였다.

대상 데이터

세포는 easy-BLUE™ Total RNA Extraction Kit (iNtRON Biotechnology, Korea)의 매뉴얼에 따라 total RNA를 추출하였다.
전라남도 곤충잠업연구소에서 사육중인 서양종꿀벌을 이용하여 16~20일령 사이의 수벌번데기를 2016년 4월부터 9월 초까지 생산하여 동결건조 하였으며 가정용 분쇄기를 이용하여 분쇄하였다. 분쇄된 수벌번데기 시료 5 g에 50% EtOH 100 ml을 가한 후 실온에서 3,000 rpm으로 shaking 하여 overnight 추출하였으며 추출액은 NO.

데이터처리

In vitro tyrosinase inhibition assay 결과는 시험군 간 차이 유무를 확인 하기 위해 Duncan's multiple range test를 실시하였다(유의수준: 양측 0.05).
One-way analysis of variance (ANOVA)를 실시(유의수준: 0.05)한 결과, 유의성이 관찰되면 control group에 대한 각 시험 군간의 유의성을 확인하기 위해 Dunnett's t-test의 다중 검정을 실시하였다(유의수준: 단측 0.05).
Significant differences are indicated with p<0.05 by Duncan's multiple range test.
실험에서 얻어진 모든 자료들은 평균과 표준 오차로 나타내었으며 SPSS (SPSS Version 20.0 Inc. U.S.A.)를 사용하여 검정하였다. One-way analysis of variance (ANOVA)를 실시(유의수준: 0.

성능/효과

5, 25, 50, 100, 200 및 400 μg/ml의 농도로 조제하여 HDF cell 세포 독성 여부 시험을 하였다. Control HDF cell의 세포생존률이 100%일 때 용매대조군의 HDF cell 생존률은 평균 105.1%로 용매는 세포의 생존에 영향을 미치지 않았다. 따라서 수벌번데기 추출물이 100 μg/ml 이하에서는 세포독성을 나타내지 않았다.
3B). 결론적으로 시험물질 수벌번데기추출물은 collagen 생성을 증가 시키고 collagen 분해 효소인 MMP1의 발현을 억제함으로써 주름 개선에 효과가 있는 것으로 판단된다.
수벌번데기추출물의 tyrosinase 활성 억제 여부를 확인하기 위해 용매대조군의 tyrosinase 저해활성을 0%의 값으로 하였고 5, 10 및 20 mg/ml의 농도로 조제 된 수벌번데기 추출물을 처리하였다. 그 결과 수벌번데기 추출물의 농도에 따라 L-Tyrosine substrate에 대한 tyrosinase 저해활성은 각각 40.7, 62.5 및 83.8%를 나타내었고, L-DOPA substrate에 대한 저해활성은 각각 53.4, 57.7 및 61.9%를 나타내었으며, 각각의 결과는 통계학적으로 유의하게 증가되었다(Fig. 1A, Fig 1B). 따라서 수벌번데기 추출물의 in vitro tyrosinase inhibition 시험 결과 농도의존적으로 미백효과가 있음을 확인하였다.
그리고 용매대조군의 MMP1 의 발현량을 1로 설정하였을 때 UVB만 처리한 대조군의 MMP1의 발현량은 평균 2.31로 용매대조군과 비교하여 통계적으로 유의하게 증가하여, UVB 조사에 의하여 MMP1의 발현량이 증가된 것을 확인하였으며 대조군에서 감소된 MMP1 의 발현량은 수벌번데기 추출물 처리군에서 농도 의존적으로 감소하는 경향을 나타내었고, 20 및 40 μg/ml 처리군에서 통계학적인 유의성(p<0.05 및 p<0.01)을 나타내었다(Fig. 3B).
대조군에서 감소된 collagen type Ⅰ의 발현량은 수벌번데기 추출물 처리군에서 농도 의존적으로 증가하는 경향을 나타내었으며, 20 및 40 μg/ml 처리군에서 통계학적인 유의성(p<0.05 및 p<0.01)을 나타내었다(Fig. 3A).
1A, Fig 1B). 따라서 수벌번데기 추출물의 in vitro tyrosinase inhibition 시험 결과 농도의존적으로 미백효과가 있음을 확인하였다. 코직산, 비타민 유도체, 알부틴 및 BHT (dibutylated hydroxytoluene) 등은 우수한 항산화활성과 미백효능을 나타내는 것으로 알려져 있으나 안전성에 문제점이 있어 사용량을 규제하고 있으며[15] 이에 따라 화장품 업계에서는 pheolic acid, flavonoids, carotenoid 등과 같은 천연물질과 각종 식물로부터 추출한 농축물을 미백제 및 항산화제로 개발이 활발히 이루어 지고 있다.
4). 따라서 수벌번데기는 피부 속 melanin 색소 생성을 억제하여 미백효과를 가지고 있음을 알 수 있었다.
2A). 또한 B16F10 cell의 경우에는 무처리 control의 세포생존률이 100%일 때 용매대조군의 세포생존률은 92.3%로 나타나 세포 생존에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단하였다(Fig. 2B). 수벌번데기 추출물 100 μg/ml 처리군에서는 89.
코직산, 비타민 유도체, 알부틴 및 BHT (dibutylated hydroxytoluene) 등은 우수한 항산화활성과 미백효능을 나타내는 것으로 알려져 있으나 안전성에 문제점이 있어 사용량을 규제하고 있으며[15] 이에 따라 화장품 업계에서는 pheolic acid, flavonoids, carotenoid 등과 같은 천연물질과 각종 식물로부터 추출한 농축물을 미백제 및 항산화제로 개발이 활발히 이루어 지고 있다. 본 연구결과에서도 수벌번데기 또한 합성화학물질에 비해 그 효과는 낮으나 미백소 재로의 사용 가능성이 있음을 시사하였다.
수벌번데기 추출물을 처리한 HDF cell에 의해 생성된 collagen type Ⅰ 및 MMP1의 발현량을 RT-qPCR로 측정하고 용매대조군을 기준으로 상대 정량한 결과, 용매대조군의 collagen type Ⅰ의 발현량을 1로 설정하였을 때 UVB만 처리한 대조군의 collagen type Ⅰ의 발현량은 평균 0.6으로 용매대조군과 비교시 통계적으로 유의하게 감소하여, UVB 조사에 의한 collagen type Ⅰ의 발현량이 감소된 것을 확인하였다. 대조군에서 감소된 collagen type Ⅰ의 발현량은 수벌번데기 추출물 처리군에서 농도 의존적으로 증가하는 경향을 나타내었으며, 20 및 40 μg/ml 처리군에서 통계학적인 유의성(p<0.
수벌번데기 추출물의 melanin 생성 억제 시험을 위하여 B16 F10 cell에 α-MSH를 처리하여 세포에서 melanin 생성을 증가시키고, 수벌번데기 추출물을 농도별로 처리하여 세포 내 생성되는 melanin의 양을 측정한 결과, 용매대조군의 melanin 생성량을 1로 나타내었을 때 α-MSH만 처리한 대조군의 세포 내 melanin 생성량은 2.67로 용매대조군에 비하여 통계적으로 유의하게 증가되어, α-MSH에 의해 세포 내 melanin 생성이 증가되는 것을 확인하였고 대조군에서 증가된 melanin 양은 모든 시험물질 투여군에서 감소하는 경향을 나타내었으며, 100 μg/ ml 처리군에서 통계적으로 유의하게 감소되었다(Fig. 4).
이와 같이 곤충을 식품으로의 이용 가능성은 매우 높다[5]. 이와 더불어 수벌번데기가 식품원료로써 사용되기 위해서 안전성에 대한 연구 결과로 식중독 세균, 및 곰팡이 독소에 대한 안전성 평가 결과, 장출혈성대장균(Enterohemorrhage Escherichia coli)을 비롯한 각종 유해 미생물은 검출되지 않아서 식품원료로써의 사용이 가능한 것으로 확인되었으며[10], 수벌번데기를 식품으로 섭취하여도 알러지 발생이 되지 않는다는 장점도 확인되었다[6]. 따라서 식품원료로써 우수한 가치를 가지고 있는 수벌번데기의 이용 범위를 확대하고자 본 연구는 수벌번데기를 이용한 미용제품 원료로의 가능성을 확인하고자 하였다.

참고문헌 (15)

Apimondia. 1975. The hive products: food health and beauty. Proc. of Intern. Sympo. on Apitherapy. Apimondia publishing house, Bucharest, Romania. 154.
Burgett, M. 1990. Bakuti-a Nepalese culinary preparation of giant honeybee brood. The Food Inse. Newslet. 3, 1-2.
Choi, Y. S., Lee, M. L., Lee, M. Y., Kim, H. K., Lee, K. G., Yeo, J. H. and Woo, S. O. 2009. Management for high quality drone products. Kor. J. Api. 24, 1-7.
Dietz, A. 1975. Nutition of the adult honeybee. In: The hive and honyebee. Dadt. Sons, Hami. 11, 125-156.
FAO. 2013. Edible Forest Insects. Human bite back. Rome.
Hocking, B. and Matsumura, F. 1960. Bee brood as food. Bee World 5, 113-120.
J, Stoevesandt. and Trautmann, A. 2018. Freshly squeezed: anaphylaxis caused by drone larvae juice. Eur. Ann. Allergy Clin. Immunol. 5, 232-234.
Kang, S. M., Maeng, A. R., Seong, P. N., Kim, J. H., Cho, S. H., Kim, Y. S. and Choi, Y. S. Effect of drone pupa meal added as replacement of sodium, nitrate and vitamin C on physic-chemical quality characteristics of enmlsion-type sausage. Kor. J. Food Nutr. 6, 802-810.
Kim, J. E., Kim, S. G., Kang, S. J. and Kim, Y. H. 2016. Physico-chemical characteristics of done pupa and major pollens. The 31st Conferences of the Api. Soci. Kor. Sympo. 142.
Kim, S. G., Woo, S. O., Jang, H. R., Choi, H. M., Moon, H. J. and Han, S. M. 2018. Safety investigation on foodborne pathogens and mycotoxins in honeybee drone pupas. J. Food Hyg. Saf. 5, 399-403.
Kim, S. G., Woo, S. O., Bang, K. W., Jang, H. R. and Han, S. M. 2018. Chemical composition of drone pupa of Apis mellifera and its nutritional evaluation. J. Apicul. 33, 17-23.

상세보기
Mark, D. F. 2005. Nutrient composition of bee brood and its potential as human food. Ecol. Food Nutr. 4, 257-270.
Rosenkranz, P., Aumeier, P. and Ziegelmann, B. 2010, Biology and control of Varroa destructor. J. Invertebr. Pathol. 103 Suppl1, S96-119.

상세보기
Theones, S. C. and Schmidt, J. O. 1990. A rapid, effective method of non-destructively removing honeybee larvae from combs. Amer. Bee J. 130, 817.
Waldrop, M. 1980. Firm takes new approach to food additives. Chem. Eng. News 55, 22-27.

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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