초록 ▼

연구의 목적 및 내용
곤충과 미생물의 공생계에 대한 연구는 신약개발을 위한 천연물 분야의 새로운 연구 전략으로 제시되고 있음. 그러나 곤충과 미생물의 공생계는 생태학적으로만 연구되어 왔고 신규 천연물의 공급원으로서는 간과되어 왔음. 본 연구에서는 소똥구리의 공생계에 존재하는 공생 미생물로부터 새로운 항생물질 (항진균 또는 항박테리아)을 비롯한 생리활성물질을 발굴하고, 후속연구를 위한 후보물질을 도출하며 곤충 공생계를 통한 생리활성물질 발굴 전략 및 기술을 개발하는 것을 목적으로 함. 본 연구에서는 구체적으로 1) 소똥구리 시료

연구의 목적 및 내용
곤충과 미생물의 공생계에 대한 연구는 신약개발을 위한 천연물 분야의 새로운 연구 전략으로 제시되고 있음. 그러나 곤충과 미생물의 공생계는 생태학적으로만 연구되어 왔고 신규 천연물의 공급원으로서는 간과되어 왔음. 본 연구에서는 소똥구리의 공생계에 존재하는 공생 미생물로부터 새로운 항생물질 (항진균 또는 항박테리아)을 비롯한 생리활성물질을 발굴하고, 후속연구를 위한 후보물질을 도출하며 곤충 공생계를 통한 생리활성물질 발굴 전략 및 기술을 개발하는 것을 목적으로 함. 본 연구에서는 구체적으로 1) 소똥구리 시료의 확보, 2) 공생 미생물 균주 분리 및 주요 균주의 계통분류학적 동정, 3) 균주의 배양, 추출, 4) 이차대사물질 화학분석, 5) 우선순위 균주 선택 및 증량 배양, 6) 순수 천연물의 분리, 정제, 7) 물질의 구조 규명, 8) 순수물질의 생리활성 검색, 9) 후보물질 도출, 10) 후보물질 분리 및 배양조건 최적화, 11) 천연물의 공생계에서의 역할 규명을 수행함.

연구결과
1. 2차례의 제주도에서의 애기뿔 소똥구리 채집 등을 통하여, 소똥구리 성체, 유충 및 경단 시료를 확보함.
2. 확보된 소똥구리 시료로부터 공생 미생물 683 균주의 분리 및 생리활성물질 생산 주요 균주에 대한 계통분류학적 동정을 완료함.
3. 분리된 모든 균주를 배양하여 배양액을 유기 용매로 추출함.
4. 추출물을 LC/MS로 분석하여 이차대사물질의 화학적 프로파일을 분석함.
5. 화학적 프로파일과 생리활성의 근거하여 연구대상 우선순위 균주 8개를 선택하고 5 L 수준으로 증량 배양함.
6. 신규 생리활성물질 17종, 기지 물질 8종 등 총 25종의 생리활성물질을 분리, 정제함.
7. 분리된 25종의 물질의 구조를 분광법과 화학적 유도체화 등을 통하여 결정함.
8. 순수 분리된 25종의 물질에 대한 생리활성 (항진균, 항박테리아 효과 등)을 검색함.
9. 공생계에서 발견되는 섬유상 진균을 억제하는 물질 cyclic peptide 계열의 marcepin A와 histone demethylase를 선택적으로 저해하는 dichlorinated 물질 tripartin을 구조적 신규성과 생리활성에 근거하여 후속연구를 위한 후보물질로 도출함.
10. 후보물질로 도출된 marcepin A와 tripartin의 분리 및 배양조건을 최적화함.
11. 항진균 물질 marcepin A가 소똥구리 공생계에서 소똥구리를 진균으로 보호하는 화학 생물학적 역할을 할 것으로 제안함.

연구결과의 활용계획
1. 곤충 공생 미생물로부터 신규 생리활성물질을 발굴하는 전략과 기술로 활용함.
2. 획득된 생리활성물질 (tripartilactam, tripartin, marcepin 등)과 균주를 생합성, 의약화학, 신약개발, 미생물학, 생명과학 등의 소재로 활용함.
3. 구조 규명을 위하여 개발된 기술은 향후 미생물 유래 천연물의 구조 규명에 활용함.
4. Tripartin은 histone demethylase를 저해하는 화학적 탐침으로 개발하여 경제적 가치를 창출하는데 활용함.
5. 항진균 물질 marcepin A는 항진균제 개발과 공생계에서 천연물의 화학생물학적 역할에 대한 추가 연구소재로 활용함.

Abstract ▼

Purpose & contents
Investigation of insect-microbial symbiosis is proposed as a new strategy of natural products research for drug discovery. However, insect-microbial symbiotic systems have been studied only ecologically and overlooked as sources of novel natural products. The purpose of this re

Purpose & contents
Investigation of insect-microbial symbiosis is proposed as a new strategy of natural products research for drug discovery. However, insect-microbial symbiotic systems have been studied only ecologically and overlooked as sources of novel natural products. The purpose of this research is to discover new bioactive natural products including antibiotic (antifungal or antibacterial) compounds from the dung beetle symbiotic system, to select lead compounds for further studies, and to develop the strategy and the techniques for the discovery of new bioactive compounds from insect symbiotic systems. This study includes the following contents: 1) collection of dung beetle specimen, 2) isolation of symbiotic microbial strains and phylogenetic identification of major symbiotic strains, 3) cultivation and extraction of the strains, 4) chemical analysis of secondary metabolites, 5) prioritization of microbial strains and culture scale-up, 6) isolation and purification of natural products, 7) determination of the structures of the purified compounds, 8) evaluation of the biological activity of the purified compounds, 9) selection of lead compounds, 10) optimization of the purification and cultivation conditions for the lead compounds, 11) investigation of the chemical biological functions of natural products in the symbiotic system.

Result
1. Dung beetle (Copris tripartitus) adult, larvae, and brood ball specimen were collected by two field trips in Jeju Island.
2. 683 symbiotic microbial strains were isolated from the dung beetle specimen and the phylogenetic identification of major symbiotic strains was completed.
3. Every strain was cultivated and extracted by organic solvent.
4. The chemical profile of every organic extract was analyzed by LC/MS.
5. 8 strains were prioritized based on the chemical profiles and biological activities and these strains were cultivated on the 5-L level.
6. Totally 25 compounds including 17 new bioactive compounds and 8 previously-reported compounds were purified.
7. The structures of the purified 25 compounds were determined by spectroscopy and chemical derivatization.
8. The biological activities of the purified 25 compounds were evaluated.
9. The cyclic peptide, marcepin A, which inhibits the filamentous fungi in the dung beetle symbiotic system, and the dichlorinated compound, tripartin, which inhibits a histone demethylase selectively, were selected as lead componds for further studies.
10. The purification and cultivation processes for marcepin A and tripartin were optimized.
11. The protective role of marcepin A for the dung beetle was proposed.

Expected Contribution
1. Utilization of the strategy and techniques for the discovery of new bioactive compounds from insect symbiotic microorganisms.
2. Utilization of the acquired compounds (tripartilactam, tripartin, and marcepin) and the microbial strains in the studies of biosysnthesis, medicinal chemistry, drug discovery, microbiology, and biology.
3. The developed technique for structure determination can be used for microbial natural product structure elucidation.
4. Tripartin can be developed as a chemical probe inhibiting a histone demethylase.
5. marcepin A can be utilized for antifungal agent discovery and further studies for the chemical biological functions of natural products in the symbiotic system.

목차 Contents

• 핵심연구사업 최종보고서(평가용) ... 1
• 목 차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
• 4. 목표달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 82
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 86
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 88
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 89
• 8. 참고문헌 ... 90
• 9. 연구성과 ... 93
• 10. 기타사항 ... 102
• 끝페이지 ... 114