초록 ▼

○ Tropane alkaloid는 tropane 환을 가지는 화합물의 총칭으로서, 수종의 가지 과(科) 식물에서 생합성 되어지며 안약, 위장약, 천식약, 배멀미약, 감기약, 비경구마취제 등으로 광범위하게 사용되며, 식물 유래 세계 10대 의약품임
○ 본 연구는 tropane alkaloid 생합성이 뛰어난 국내외 자생 약용식물을 연구대상으로 하여 대사제어 공학적, 유전공학적, 및 세포배양공학적 연구를 수행
○ 이를 위해 우선, 식물체에 substrate feeding실험을 행하여 Hyoscyamine 6β-hydroxy

○ Tropane alkaloid는 tropane 환을 가지는 화합물의 총칭으로서, 수종의 가지 과(科) 식물에서 생합성 되어지며 안약, 위장약, 천식약, 배멀미약, 감기약, 비경구마취제 등으로 광범위하게 사용되며, 식물 유래 세계 10대 의약품임
○ 본 연구는 tropane alkaloid 생합성이 뛰어난 국내외 자생 약용식물을 연구대상으로 하여 대사제어 공학적, 유전공학적, 및 세포배양공학적 연구를 수행
○ 이를 위해 우선, 식물체에 substrate feeding실험을 행하여 Hyoscyamine 6β-hydroxylase 및 Putrescine N-methyltransferase효소가 alkaloid 생합성에 rate-limiting 효소임을 구명
○ 해당 효소 유전자를 확보
○ 확보된 해당 유전자는 대장균에 대량 발현시켜 substrate를 feeding하고 conversion되어져 나온 화합물을 분석함으로서 확보된 유전자의 기능을 검정
○ Tropane alkaloid 생합성량에 막대한 영향을 주는 외부 환경 요인들을 제어할 수 있는 유용유전자들을 확보하고, 이들 유전자를 이용하여 약용식물의 유전형질을 개량함으로써, 안정된 물질생산체계를 구축하기 위해 환경 스트레스저항성 유전자와 물질생산을 위한 세포배양시 가장 큰 문제점인 갈변화로 인한 세포사멸을 방지할 수 있는 유전자들을 대량 확보
○ 세포사멸유도 유전자인 Bax를 효모세포에 발현시켜 세포사멸을 유도하고, 동시에 식물의 cDNA library를 도입함에 의해 세포사멸방지 유전자를 확보하는 실험계를 확립하였으며, 이들 유전자의 확보 및 기능해석을 행함.
○ Tropane alkaloid생합성 유전자들이 특이적으로 존재 할 것으로 예상되는 pericycle세포를 재료로 하여 cDNA library를 작성하고, EST를 행하여 유용유전자를 대량으로 확보
○ 모상근배양계를 이용한 물질 생산 최적 조건을 구명하고 소규모 bio-reactor를 이용한 배양시스템을 확보
○ 이상과 같은 연구는 유용유전자원의 확보, 고부가가치 형질전환 약용식물의 개발과 산업화에 대한 종합적인 연구일 뿐만이 아니라 학문적으로도 식물유래 유용산물 생합성 기작을 밝히는 대단히 가치 있고, 중요한 연구라고 사려된다.

Abstract ▼

Tropane alkaloids are distributed in several families that are restricted to several Solanaceae species, Atropa, Datura, Duboisia, and Hyoscyamus. These tropane alkaloids are important anticholinergic agent that are used for their antisecretory and antispasmodic effects on the gastro intestinal trac

Tropane alkaloids are distributed in several families that are restricted to several Solanaceae species, Atropa, Datura, Duboisia, and Hyoscyamus. These tropane alkaloids are important anticholinergic agent that are used for their antisecretory and antispasmodic effects on the gastro intestinal tract, their depressent effects on the tremors and excessive salivation associated with the Parkinsonian syndrome, and their mydriatic and cycloplegic on the eye. Hyoscyamine is the major alkaloid and scopolamine is usually in smaller supply, which makes it the most valuable and the most demanded of the tropane alkaloid). Several Solanaceous genera have been used, as the commercial sources of these alkaloids, but the scopolamine content in these plants often are much lower than those of hyoscyamine. Cultures of hairy roots of several Solanaceous have been reported so far. However, plant cell and tissue cultures for the production of secondary metabolites, in general, have met with limited success due to their low yields. In order to overcome the low production yield, studies in plant cell cultures focused on the optimization of culture condition and high yielding cell lines, and, genetic engineering. However, concerned researches for this species few reported that metabolic engineering and in vitro cultures on tropane alkaloid production. We have researched the production of tropane alkaloid in native and exotic plants by metabolic engineering and in vitro culture techniques.
In this work, various factors affacting tropane alkaloid production were determined by metabolic engineering, molecular engineering and cell culture techniques. In order to increased the production of tropane alkaloids in hairy root cultures, we have isolated and chracterized two kinds of key enzymes, PMT (putrescine-N-methyltransferase) and H6H (hyoscyamine 6β-hydroxylase), respectively. Also, we constructed cDNA library of Scopolia roots and obtained using differential display, based on root-specific expression enzymes and genes.

목차 Contents

• 제출문...1
• 초록...2
• 요약문...4
• SUMMARY...9
• CONTENTS...11
• 목차...12
• 제1장 연구개발과제의 개요...13
• 제1절. 연구개발 목표...13
• 제2절. 연구대상 수종...13
• 제3절. 연구개발의 필요성...14
• 제4절. 연구개발 내용과 범위...16
• 1. Tropane alkaloid 생합성 경로 규명 및 대사제어공학에 의한 물질 생산...16
• 2. Tropane alkaloid의 안정적인 생산체계구축을 위한 유전공학적 연구...16
• 3. 배양세포공학을 통한 Tropane alkaloid 생합성 식물의 산업화...16
• 제2장 국내외 기술개발 현황...18
• 제1절. 기술현황...18
• 제2절. 현기술상태의 취약성...19
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과...20
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...45
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...46
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...47
• 제7장 참고문헌...48