기술.7 부추및검은생강으로부터분리된신규화합물및그화합물의항바이러스제로서의용도 A novel compound isolated from Leek and Kaempferia pandurata Rox and use of the same as antiviral agen 발명자정보 연구책임자 담당연구원 성명김수기소속동물생명과학대학동물생산 환경학전공연락처연구실 : 02-450-3728 Email: sookikimk@konkuk.ac.kr 성명이준형소속동물생명과학대학동물자원연구소연락처연구실 : 02-450-3728 Email: dairy25@hanmail.net 기술개요 근래아시아지역에서발생하는고병원성조류인플루엔자바이러스 H5N1은인체감염이아주강한사망률을나타내고있고, 신종 A형인플루엔자바이러스 H1N1이발생하여전세계적으로확산되고있으며, 현재약 4,000명의사망사례가공식집계되고있다. 종래부터인플루엔자바이러스에의해야기되는질환을치료하기위해서아만타딘 (Amatadine), 리만타딘 (Rimatadine), 자나미비 (Zanamivir), 오셀타미비르 (Oseltamivir) 등 4가지물질이미국식품의약품안전청 (FDA) 으로부터승인받아사용되고있다. 그러나바이러스증식에필수적인세포막단백질인 M2 단백질의이온채널을차단하여바이러스의탈외피 (uncoating) 를방해함으로써항바이러스작용을하는 M2 억제제인아만타딘 (Amatadine) 과리만타딘 (Rimatadine) 은인플루엔자바이러스 A형에만효과가있으며 40년동안사용되는동안내성을가진바이러스가발생되고신경계및위장에심각한부작용이나타나는것으로보고되고있다. 1999년이후에는바이러스의증식에중요한역할을하고내성발생빈도가적으며, A형및 B형인플루엔자바이러스모두에안정적으로존재하는뉴라미니데이즈의저해제인자나미비르 (Zanamivir) 와오셀타미비르 (Oseltamivir) 와같은약제에의한바이러스감염치료에대한보고되고있다. 그러나자나미비르의경우에는높은항바이러스효과를가지고있지만낮은생체이용율과빠른신장에서의배출의단점을가지고있으며, 오셀타미르는심각한구토증세가나타나는부작용이있다. 현재까지개발된항바이러스제들은심한부작용을나타내고있으며그응용에대한많은주의가필요한것으로알려지고있다. 또한백신의개발은유행하는바이러스형과맞지않으면효과가낮은문제점이있기때문에감염억제효과가뛰어나고안정성이우수한새로운인플루엔자바이러스약제의개발필요성이증가하고있다. 이에따라, 본연구자들은고병원성바이러스의억제능이우수한것으로나타난부추및검은생강에대하여활성물질을규명하고 H5N1 바이러스에대한억제능을검증하여국내특허출원과 PCT 국제특허출원을하였다. 기술의우수성 ( 종래기술과의차별성 ) 본연구의고병원성바이러스의억제능이나타난부추및검은생강유래물질은고병원성 H5N1 바이러스에대한억제능을가지고있어서조류독감바이러스치료제후보물질로이용될수있음. 천연식품소재로부터발굴되어친환경동물약품과사료첨가제로이용될수있으며나아가인체용의약품의후보물질로도이용될수있을것으로전망된다. 국내외시장성및기술동향 Influenza 치료제시장현황 2009년도 influenza antivirals에대한전세계시장은약 $4.2 billion으로 2008년도의약 5배정도임. Tamiflu는 2009에 $3.1 billion을, Relenza 는 $1.1 billion의매출을달성함. 한편신속한승인과저가로빈국에공급및수요를충족시키기위한전세계규모의스케일업이논의되고있음. 그증가된매출은고위험군환자들에대한높은수요에기인하며 Tamiflu 및 Relenza 모두에약재내성균의출현에따른 influenza 바이러스에대한새로운작용모드를가지는신약의개발이시급하다. 한편, seasonal influenza vaccine에대한전세계시장은 2009년도에 15% 정도증가하여 $3500 million에이름. H1N1을포함한 Influenza에대한전세계시장은약 $10.4 billion으로추정된다 (2009-2010). 주요국특허현황으로본연구동향 한국특허에서는 Influenza 바이러스신약분야의타겟물질별로점유율은, ADB(Influenza neuraminidase inhibitors) 는 69%(9건 ), ADA(Influenza polymerase inhibitors) 는 31%(4건 ), ADC(Influenza M2 inhibitors) 는 1건도출원되지않았고, 미국의경우 Influenza 바 21
이러스신약분야의타겟물질별로점유율은, ADB(Influenza neuraminidase inhibitors) 는 74%(20건 ), ADC(Influenza M2 inhibitors) 는 15%(4건 ), ADA(Influenza polymerase inhibitors) 는 11%(3건 ) 의순으로나타났으며, 일본의경우 Influenza 바이러스신약분야의타겟물질별로점유율은, ADB(Influenza neuraminidase inhibitors) 는 82%(18건 ), ADC(Influenza M2 inhibitors) 는 9%(2건 ), ADA(Influenza polymerase inhibitors) 는 9%(2 건 ) 의순으로나타났고, 유럽의경우 Influenza 바이러스신약분야의타겟물질별로점유율은, ADB(Influenza neuraminidase inhibitors) 는 71%(10건 ), ADA(Influenza polymerase inhibitors) 는 29%(4건 ), ADC(Influenza M2 inhibitors) 는 1건도출원되지않은것으로나타난다 (2009-2010). 응용가능분야 본새로운인플루엔자바이러스치료제후보물질들은식물로부터추출한천연화합물이라는점에서안전성등을가질수있으며, 가금류바이러스뿐만아니라천연물기반신물질이기때문에인간바이러스치료제로발전도기대할수있다. 또한본기술의새로운인플루엔자바이러스치료제후보물질들은인간이나동물들의새로운인플루엔자바이러스치료제로의약품또는사료용첨가제등으로적용가능할것이다. 개발상태 본연구의부추및검은생강으로부터분리된신규항바이러스제는부추및검은생강으로부터유효한화합물들을분리하여이들의 in vitro로단계에서 H5N1 바이러스에대한억제능을검증한결과를특허출원한것으로향후 in vivo 실험등을통하여이들화합물들의인플루엔자바이러스에대한억제능등을검증하고, 이들화합물들을 lead compound로하여서개량된화합물들의개량된활성등을검증하고, 타겟효소등에대한기작연구등이추가적으로필요할것으로사료되나, 이러한검증과정을거쳐서그효과등이입증되는경우에해외특허출원을위한선행기술조사결과상기화합물과유사한화합물및이의항바이러스제로의용도에대한선행특허가검색되지않아서특허등록가능성이높으며, 기존의약제에대한내성을극복할수있는후보물질로적용될수있으며, 만약본화합물이물질특허로등록되면다양한의약이나사료또는식품분야에적용될수있을가능성이있고, 특히본물질의경우에천연물유래물질이어서독성등의문제로부터자유로울가능성이있어서, 시장성, 사업성및기술에대한이전매력도는클것으로사료된다. 지적재산권 특허출원번호 : 10-2011-0019044, 10-2011-0019047, PCT/KR2012/001152, PCT/KR2012/001153 관련사진 키워드 조류독감바이러스 (AI), H5N1, 항바이러스, 식물추출물, 부추, 검은생강, 세스퀴테르펜, 플라보노이드, 사료첨가제, 동물약품 마케팅희망기업 ( 잠재적수요기업등 ) 대기업, 사료첨가제회사등중소기업 22 건국대학교바이오분야우수기술설명회및기술이전상담회
Lab.7 응용분자미생물학연구실 직책인원성명 ( 담당분야 ) 교수 1 김수기 ( 총괄 ) Postdoc 박사과정 2 석사 3 이준형 ( 식물유래생리활성물질분리및항바이러스평가 ) 김겸헌 ( 동물사양실험 ) 김지호유용 ( 미생물분리동정 ) 유미상 ( 유용미생물분리및시작품제작 ) 손윤정 ( 생리활성물질기능성평가 ) 성명김수기소속동물생명과학부 학사석사박사 1985년건국대학교축산대학낙농학 1987년건국대학교대학원유제품제조학 1993년 Osaka대학의과대학분자미생물학 산학협력희망분야 식물유래 AI ( 조류독감바이러스 ) 억제물질연구 -- 식물로부터병원성조류인플루엔자 (AI) 방제를위한항바이러스제제및사료첨가제개발을목표로생리활성물질을분리동정하였다. 신소재의물질국내특허출원이후 PCT 국제특허심사중이다. 산학협력및관련분야기업체의기술이전을고려하고있다. Capsaicin 분해균주개발 -- 고추의주성분인캡사이신을분해하는균주를분리하여국내특허등록을하였다. 이균주를이용하여맵지않는캡사이신유도체들을제조하고이를이용하여항비만식품개발을연구하고있다. 식물발효물연구 -- 식물을유용균으로발효하여항산화, 항균등의활성을증진시켜발효물의기능성을입증하고이를이용하여식품및사료첨가제로개발하고자한다. 현재양파, 마늘발효는국내특허출원중이고파과에속하는일부식물발효는특허출원예정이다. 가축의사료첨가제용생균제 (probiotics) 및효소생산연구 -- 가금, 양돈및한우를비롯한가축미생물에서소화촉진용생균제를개발하고있다. 선별된균주를유전적으로개량하여효소를대량생산하는연구도함께수행하고있다. 현재 Xylanase 생산균주개발에연구를수행중이다. 병원성미생물에대한연구 -- 가축의질병을유발시키는세균의번식을억제하기위하여 Quorum sensing에대한연구를수행하고있다. 인수공통전염병인호흡기질병에대한새로운병원성유전자들을구명하였다. 인제거및악취제거미생물연구 -- 인 (phosphate) 은필수영양소로서인의효율적이용을위하여세균은약 40개이상의유전자들을발현시키고있다. 이들유전자들의신호전달메커니즘을밝히고응용하는연구를수행하고있다. 축산환경에서악취, 오폐수와요염물질등을보다효율적으로처리할수있는균주선별과유전적개량에대하여연구하고있다. 악취제거에대하여특허출원준비중이며기술이전형태의산학협력을고려하고있다. 농업부산물이용한자원재활용연구 -- 다양한농업부산물을발효시켜효소를대량생산하고이를가축의사료자원혹은사료첨가제로사용하고자연구하고있으며산학협력을희망하고있다. 대표연구분야 기능성소재의탐색 : 미생물, 동식물자원, 광물질등으로부터항균활성, 항바이러스활성및면역증강활성을가지는다양한생리활성물질을발굴. 기능성소재의정제및물질특성확인 -- 조류독감바이러스 (AI) 억제효과등 in vitro 및 in 실험을위한물질정제 -- HPLC, FPLC 등으로정제, 후보물질동정및기능성소재로서의그특성을밝힘. 기능성소재의대량생산시스템확립 -- 선정된유용기능성소재의대량생산을할수있는생산시스템을확립. 42 건국대학교바이오분야우수기술설명회및기술이전상담회
대표기술개요및개발현황 1. 고병원성조류독감바이러스방제용기능성소재및식품개발 : 고병원성조류인플루엔자 (AI) 방제를위한면역증강및치료물질을개발하여기능성을평가함으로써사료첨가제및건강기능식품개발을위한산업화원천기술을확보하고미생물, 동 식물자원, 광물질등으로부터항균활성, 항바이러스활성및면역증강활성을가지는다양한물질을발굴. 기능성소재로서의그특성을밝힘. 2. 생물학적기술을이용한맵지않은캡사이신개발 : 캡사이신을분해하는특성을가진유용균을이용하여맵지않은캡사이시노이드분획물정제, LC/MS/MS 이용캡사이시노이드구조규명하고확보된캡사이신분해능력을갖는바실러스균주와정제된맵지않은캡사이시노이드를활용한유육제품제조방법개발. 3. 축산전용생균제현장적용기술개발 : 축산농가용사료첨가생균제로활용성이우수한미생물의확립및발효최적화및현장적용을위한대량배양시스템구축및사양평가. 가축에게급여시생리활성증진에효능이우수한균주선발하고기존에확보된균주들을대상으로항균활성, 항산화활성, 소화효소분비능력등을평가하고확립된균주의최적발효조건도출하여생균제육계및이유자돈사양시험수행 ( 사양시험생균제평가효율분석, 가축생산성분석 ). 4. 부추를이용한친환경돈육개발에관한연구 : 이유자돈의폐사율를감소시키고항생제사용량을감소, 무항생제사육시스템을부추급여를통하여검증하였고, 또한돼지의병원성세균 ( 소화기성, 호흡기성병원균 ) 에대하여높은항균활성을지닌유용미생물자원을탐색하여부추의첨가제의기능을극대화. 5. 부산물을이용한발효섬유질배합사료제조연구 : 농업부산물의특성규명및사료가치증진용균주선발. 부산물발효물의특성및사료안전성항상방안모색. 섬유질배합사료의기능성을규명. 43
개발관련시제품사진 특허 부추를첨가한양돈사료조성물 ( 등록 10-0893155, 대한민국, 2009.04.16) 캡사이신을분해하는능력을가지고있는신규한바실러스균주 ( 등록 10-0930291, 대한민국, 2009.11.30) 검은생강으로부터분리된신규화합물및그화합물의항바이러스제로서의용도 ( 출원 10-2011-0019047, 대한민국, 2011.03.03) 부추로부터분리된신규화합물및그화합물의항바이러스제로서의용도 ( 출원 10-2011-0019044, 대한민국, 2011.03.03) 병원성미생물에대하여항균활성을나타내는식물또는그추출물을유효성분으로하는항생용조성물 ( 등록 10-1106506, 10-1106055, 10-1106054, 10-1106053, 10-1106052 대한민국, 2012.01.09) NOVEL COMPOUND ISOLATED FROM KAEMPFERIA PANDURATA ROXB AND USE THEREOF AS ANTIVIRAL AGENT. (PCT/ KR2012/001152, 대한민국, 2012.02.15) NOVEL COMPOUND ISOLATED FROM ALLIUM TUBEROSUM AND USE THEREOF AS ANTIVIRAL AGENT. (PCT/KR2012/001153, 대한민국, 2012.02.15) 연구실적 과학기술 / 학술적연구성과 ( 단위 : 건 ) 전문학술지논문게제학술대회초청논문발표지식재산권강연수상출판실적국내논문국외논문출원등록실적실적국내국제 SCI 비SCI SCI 비SCI 국내국외국내국외저역서보고서 1 7 8-5 15 5 10 2 9 - - 2 8 논문 Effects of Plant Oils and Minerals for the Inhibition of Lipase Activity of Staphylococcusaureus Isolated from Fermented Pork Meat. 2011. Korean journal for food science of animal resources, 30(5):764-772. Immunotoxicity activity of sesquiterpenoids from black galingale (Kaempferia parviflora Wall. Ex. Baker) against Aedes aegypti L. 2011. Immunopharmacology and immunotoxicology, 33(2):380-383. Identification of PhoB Binding Sites of the yibd and ytfk Promoter Regions in Escherichia coli. 2011. Journal of microbiology, 49(2):285-289. Composition and immunotoxicity activity of essential oils from leaves of Zingiber officinale Roscoe against Aedes aegypti L. 2011. Immunopharmacology and immunotoxicology, 33(1):201-204. Comparison of Three Selective Media and Validation of the VIDAS Campylobacter Assay for the Detection of Campylobacter jejuni in Ground Beef and Fresh-Cut Vegetables. 2011. Journal of Food Protection, 74(3):456-460. Prevalence, Antibiotic Resistance, and Molecular Characterization of Salmonella Serovars in Retail Meat Products. 2011. Journal of Food Protection, 74(1):161-166. Anti-complement Activity of Isolated Compounds from the Roots of ClerodendrumbungeiSteud. 2010. Phytotherapy research, 24(11): 1720-1723. 44 건국대학교바이오분야우수기술설명회및기술이전상담회
가축용생균제 Lactobacillus plantarum 을이용한양파즙발효의균체성장과항산화활성. 2010. 생명과학회지, 20(11):1729-1737. Neuroprotective effects of a sesquiterpene lactone and flavanones from Paulownia tomentosa Steud. against glutamate-induced neurotoxicity in primary cultured rat cortical cells. 2010. Phytotherapy Research, 24(12):1898-1900. Real-time PCR을이용한가축생균제용유산균정량분석. 2010. 생명과학회지, 20(12):1896-1901. Production of ready-to-reconstitute functional beverages utilizing whey protein hydrolysates and probiotics. 2010. Korean J. Food Sci. Ani. Resour, 30(4):575-581. 안전축산물생산을위한가축사료내중금속오염분석에관한연구. 2010. 생명과학회지, 20(5):717-722. Screening of antiviral medicinal plants against avian influenza virus H1N1 for food safety. 2010. Korean J. Food Sci. Ani. Resour, 30(2): 345-350. Effect of Dietary Plant Extracts (Coxynil, growell, respowell ) in Broilers. 2009. Korean Journal of life science, 19(11):1547-1552. Isoflavone Aglycone from Fermented Soy Pulp Prevents Osteoporosis in Ovariectomized Rats. 2009. ASIAN Asian Journal of Animal and Veterinary Advances, 4(6):288-296. Screening of a natural feed additive having anti-viral activity against influenza A/H5N1. 2008. Korean J. Food Sci. Ani. Resour, 28(4):512-516. 보유장비 1. 단백질분리정제기 (FPLC) 용도 : 단백질정제 2. 형질전환장치 (Gene Pulser Xell) 용도 : 균주형질전환 3. LC(AUTOSAMPLER) 용도 : VOC 분석 4. GC (AUTO SAMPLER) 용도 : VOC 분석 5. HPLC 용도 : 물질규명분석 6. 분광광도계 (UV1700) 용도 : 자외선조사용 7. Fermentor 5L Jar 용도 : 유용균주발효분석 8. 감압농축기 (CCA-1110) 용도 : 물질추출및농축 45