[논문]Porphyromonas gingivalis에 대한 노각나무 잎 추출물의 항균활성 및 생물막 형성 억제 효과

김혜수; 박민정; 김수정; 김부경; 박준호; 김대현; 조수정

doi:10.5352/jls.2021.31.3.330

Porphyromonas gingivalis에 대한 노각나무 잎 추출물의 항균활성 및 생물막 형성 억제 효과
Antibacterial and Antibiofilm Activities of Leaf Extracts of Stewartia koreana against Porphyromonas gingivalis 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.31 no.3, 2021년, pp.330 - 337

김혜수 (경상국립대학교 제약공학과) , 박민정 (경상국립대학교 제약공학과) , 김수정 (경상국립대학교 제약공학과) , 김부경 (경상국립대학교 제약공학과) , 박준호 (경남산림환경연구원) , 김대현 (경남산림환경연구원) , 조수정 (경상국립대학교 제약공학과)

초록
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본 연구에서는 천연물유래 구강건강 개선소재로써 노각나무의 이용 가능성을 알아보기 위해 노각나무 잎과 줄기를 에탄올에 추출한 다음 구강미생물에 대한 추출물의 항균활성을 조사하였다. 노각나무 잎과 줄기 추출물(1 mg/disc)은 구강미생물 중 P. gingivalis KCTC5352에 대해서만 항균활성을 나타내었으며 줄기보다는 잎 추출물의 항균활성이 우수하였다. 시판되고 있는 구강케어제품에 사용되고 있는 항균제와 노각나무 잎 추출물의 항균활성을 비교한 결과, P. gingivalis에 대한 노각나무 잎 추출물과 양성대조구로 사용한 triclosan의 항균활성은 유사하게 나타났으며. P. gingivalis에 대한 노각나무 잎 추출물의 MIC는 0.4 mg/ml이고 정균작용을 하였다. 노각나무 잎추출물이 0.2-2.0 mg/ml 농도로 처리된 배양액에서 P. gingivalis KCTC5352의 생물막 형성과 세균 생육은 추출물의 농도가 증가할수록 농도의존적으로 억제되는 경향을 보였다. 또한 노각나무 잎 추출물(1 mg/ml) 처리가 P. gingivalis의 생물막 형성에 미치는 영향을 주사전자현미경으로 관찰한 결과에 의하면 추출물을 처리하지 않은 대조구는 추출물 처리구에 비해 P. gingivalis가 군집을 이루며 모여 있었고 세포 주변에서 생물막이 관찰되었지만 추출물을 처리한 처리구의 세포 주변에서는 생물막을 관찰할 수 없었다. qRT-PCR을 이용하여 생물막 형성 초기 과정에서 치면 부착에 필수적인 섬모(fimbriae)관련 mRNA 발현 양상을 0조사한 결과, 노각나무 잎 추출물이 0.2-2.0 mg/ml의 농도로 처리된 배양액에서 fimA와 mfa1 유전자 발현은 추출물의 농도가 높아질수록 농도의존적으로 억제되는 것을 확인할 수 있었다. 이상의 결과를 종합하면 노각나무 잎 추출물은 치주질환 원인균인 P. gingivalis에 대한 항균 활성과 생물막 형성 억제능이 우수하기 때문에 천연물유래 구강건강 개선소재로써 이용 가능성이 높을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to investigate the potential of Stewartia koreana as oral healthcare materials. The antibacterial activity of ethanol extracts from leaves and branches of S. koreana against oral bacteria was confirmed. The leaf and branch extracts (1 mg/disc) showed antibacterial activity against P. gingivalis only among several tested oral bacteria. The leaf extracts showed higher antibacterial activity, with values similar to those of chlorhexidine, which was used as a positive control. The MIC of the leaf extract against P. gingivalis was 0.4 mg/ml and showed bacteriostatic action. The inhibitory effects of the extract on biofilm formation and on gene expression related to biofilm formation by P. gingivalis were determined by biofilm biomass staining, scanning electron microscopy (SEM), and qRT-PCR analysis. The biofilm production rate and cell growth of P. gingivalis in the cultures treated with 0.2-2.0 mg/ml of S. koreana leaf extracts were significantly decreased in a concentration-dependent manner. The inhibitory effect on the formation of P. gingivalis biofilms at concentrations of 1 mg/ml was confirmed by SEM. The qRT-PCR analysis showed concentration-dependent suppression of the fimA and fimB gene expression associated with fimbriae formation in the cultures treated with 0.2-2.0 mg/ml S. koreana leaf extract. These results support the conclusion that S. koreana leaf extracts can be used as oral healthcare materials derived from natural materials, as demonstrated by the antibacterial action and inhibition of biofilm formation of P. gingivalis.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1. Oligonucleotides used for qRT-PCR in this study
그림 Fig. 1. Antimicrobial activity of ethanol extract of S. koreana leaves against P. gingivalis ATCC33277. a: DMSO as a negative control, b: ethanol as a negative control, c: sodium lauryl sulfate as a positive control (1 mg/disc), d: chlorhexidine as a positive control (1 mg/disc), e: triclosan as a positive control (1 mg/disc), f: ethanol extracts of S. koreana leaves (1 mg/disc).
표 Table 2. Antimicrobial activities of ethanol extracts (1 mg/ml) from leaves and branch of S. koreana against oral microorganisms
그림 Fig. 2. Bacterial growth and biofilm formation of P. gingivalis KCTC5352 in tryptic soy hemin menadione broth treated with ethanol extract of S. koreana leaves (0.2-2.0 mg/ml). Growth and biofilm formation were measured under anaerobic condition. All assays were performed in triplicate, and mean values and standard deviations are shown.
그림 Fig. 3. Scanning electron microscopy (SEM) micrographs, at 10,000X magnification, of P. gingivalis KCTC5352 biofilms in the absence (A) and presence (D) of S. koreana leaves extract (1 mg/ml). Scale bar, 5 μm.
표 Table 3. Minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC) of leaf extracts of S. koreana against P. gingivalis
그림 Fig. 4. Effects of ethanol extract of S. koreana leaves on mRNA expression of fimA and mfa1 genes in P. gingivalis KCTC5352 by qRT-PCR analysis. The mRNA expression was normalized to 16S rRNA gene used as a reference gene. Results are shown as the ± SD of five replicates. *p<0.05, as compared with the control.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 구강미생물인 P. gingivalis에 대한 노각나무잎 추출물의 항균활성과 바이오필름 생성 억제 효과를 조사하여 천연물 유래 구강건강 개선소재로써 노각나무 잎 추출물의 이용 가능성을 알아보고자 한다.

대상 데이터

지리산 자생 식물인 노각나무의 잎과 가지는 (주)농업회사법인 모리(경상남도 거창군 소재)에서 제공받아 사용하였다. 노각나무의 잎과 가지는 건조한 다음 분쇄하여 각각 70% 에탄올에 침지한 다음 80℃에서 2시간 동안 3회 반복 추출하였다.

데이터처리

모든 실험은 5회 이상 반복실험을 수행하였으며 SAS (Statistical analysis system, USA) program을 사용하여 실험결과의 평균값과 표준오차는 구하였고 통계적 유의성 검정은 Duncan’s 다중검정법으로 p<0.05 수준에서 실시하였다.

성능/효과

0 mg/ml) 처리농도에 따른 fimA와 mfa1 유전자의 발현 변화를 확인한 결과, P. gingivalis의 fimA와 mfa1 유전자의 발현은 추출물의 농도가 높아질수록 농도의존적으로 억제되는 경향을 나타내었다.

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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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