표제지

목차

"NRPS 화합물을 모델로한 Glycosylation 연구" 과제의 보고서 제출문 3

제출문 3

보고서 요약서(보고서 초록) 5

요약문 7

SUMMARY 10

CONTENTS 11

목차 12

제1장 연구개발과제의 개요 13

제1절 연구개발의 목적 13

제2절 연구개발의 필요성 13

제3절 연구개발의 범위 14

1. NRPS 화합물의 당화 적합 유도체 개발을 위한 모듈 교환 14

2. 당화효소의 directed evolution 과 in vitro glycosylation 반응계 구축 14

3. in vivo glycosylation 15

제2장 국내외 기술개발 현황 16

제1절 국외 기술개발 현황 16

제2절 국내 기술개발 현황 16

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 18

제1절 연구범위 및 연구수행 방법 18

1. NRPS 화합물의 당화 적합 유도체 개발을 위한 모듈 교환 18

2. 당화효소의 directed evolution 과 in vitro glycosylation 반응계 구축 20

3. In vivo glycosylation 21

제2절 년차별 연구수행 내용 및 결과 26

1. NRPS 화합물의 당화 적합 유도체 개발을 위한 모듈 교환 26

2. 당화효소의 directed evolution 과 in vitro glycosylation 반응계 구축 35

3. In vivo glycosylation 39

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 53

제1절 년차별 목표달성도 및 내용 53

제2절 관련분야에의 기여도 56

제5장 연구개발결과의 활용계획 57

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 58

제7장 연구시설·장비 현황 58

제8장 참고문헌 58

"곤충공생미생물 Cellulosimicrobium sp. HY-13의 전체 게놈염기서열 분석 및 기능규명에 관한 연구" 과제의 보고서 제출문 59

제출문 59

보고서 요약서(보고서 초록) 61

요약문 63

SUMMARY 65

CONTENTS 67

목차 68

제1장 연구개발과제의 개요 69

1. 연구개발의 목적 69

1. 연구개발의 필요성 69

제2장 국내외 기술개발 현황 74

1. 유전체 연구개발 현황 74

1. 국내·외 현황 76

2. SMRT 기법을 활용한 유전체 분석 기술 76

제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 78

1. 공생미생물 유래 전체염기서열 분석용 균주 및 게놈 확보 78

가. Whole genome sequencing을 위한 균주 선정 및 게놈 확보 78

나. 헤미셀룰라제를 생산하는 신규 미생물 cellulosimicrobium sp. HY-13 균주의 게놈 시퀀싱 78

2. NGS 기법을 활용한 전체 유전자 서열 분석 78

가. NGS 기반 Whole genome sequencing 78

나. 염기서열 분석용 genome library 구축 79

다. NGS(Next Generation Senquencing)를 활용한 genome sequence 분석 80

라. Hydrid assembly 기법을 활용한 De novo assembly 82

마. Gene annotation 86

3. 유전자 DB 기반 유용유전자원 확보 94

가. Cellulosimicrobium sp. HY-13 균주 균주의 유전자 DB 구축 94

나. 기 확보 hemicellulase 유전자 서열 오류 수정 94

다. RNA sequencing을 이용한 transcriptome 분석 96

라. Genome DB 기반 유용효소 신규 유전자원 확보 97

마. Cellulosimicrobium sp. HY-13 균주의 endo-β-1, 4-glucanase gene의 클로닝 및 특성분석 101

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 102

제5장 연구개발결과의 활용계획 104

가. 연구개발결과의 활용방안 104

나. 기대성과 105

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 106

1. NGS 기법을 활용한 microbial dark matter 분석 106

2. Hybrid assembly 기법을 활용한 유전체 분석 효율 향상 107

제7장 참고문헌 108

"재조합 미생물을 이용한 트랜스 글루타미나제의 생산에 관한 연구" 과제의 보고서 제출문 111

제출문 111

보고서 요약서(보고서 초록) 113

요약문 115

SUMMARY 117

CONTENTS 119

목차 120

제1장 연구개발과제의 개요 121

제1절 연구개발의 필요성 121

1. 기술적 중요성 123

2. 경제·산업적 중요성 124

3. 사회·문화적 중요성 124

제2절 연구개발의 목적 125

1. TGase 생산균주개발 125

2. TGase 생산공정개발 125

제3절 연구개발의 범위 125

제2장 국내외 기술개발 현황 126

1. 국외 주요 연구 현황 126

2. 관련 제품 현황 126

3. 현재까지 주요연구개발 실적 127

4. 해당기술의 미래 수요 예측 127

5. 상·하위 목표와의 연계성 127

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 128

제1절 개발 수행 내용 129

1. TGase 생산균주 확보 129

2. TGase 유전자 확보 131

3. TGase에서 pro-sequence 제거를 위한 protease 작용연구 132

4. 활성형 TGase 생산 전략 135

제2절 연구내용 및 결과 137

1. 대장균을 이용한 TGase 생산 137

2. 미생물을 이용한 TGase 생산 156

3. Corynebacterium ammoniagenes 이용한 TGase 생산 시스템 개발 160

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 172

1. 목표달성도 172

2. 관련 기술 및 경제·산업적 측면 기여도 172

제5장 연구개발결과의 활용계획 175

제6장 참고문헌 176

"천연생리활성물질의 복합 기능을 이용한 아토피/피부염 예방·개선용 화장품 소재 도출" 과제의 보고서 제출문 177

제출문 177

보고서 요약서(보고서 초록) 179

요약문 181

목차 183

제1장 연구개발과제의 개요 185

제1절 연구개발의 목표 185

제2절 연구개발의 필요성 및 범위 185

제2장 국내외 기술개발 현황 189

제1절 국내 연구 현황 189

제2절 국외 연구 현황 190

제3절 국내·외 연구 및 제품개발 현황 비교 및 필요 연구 분야 191

1. 국외 연구 및 제품개발 현황 191

2. 국내 연구 및 제품개발 현황 192

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 194

제1절 연구 내용 및 방법 194

1. 시료 준비 및 추출물 제조 방법 194

2. RH 추출물로부터 활성물질의 분리·정제 194

3. 고성능 액체 크로마토그래퍼 (HPLC) 분석 194

4. 총 페놀 및 플라보노이드 함량 분석 194

5. RAW264.7 대식세포모델에서의 항염증 활성 195

6. 저밀도지질단백질 (low-density lipoprotein, LDL) 항산화 활성 측정 196

7. 다양한 면역세포 및 피부각질세포를 포함한 생체 외 스크리닝 197

8. 생체 외 염증효과가 있는 유효물질의 전임상 효과를 분석하기 위한 아토피 피부염 동물모델의 구축 197

9. 질환동물모델을 이용한 유효후보물질의 아토피 피부염에 대한 효능평가 198

10. 항아토피 활성을 갖는 천연소재를 이용한 화장품 시제품의 아토피피부염 개선 간이임상 효능 검정 198

제2절 연구 결과 및 토론 199

1. 아토피/피부염에 활용 가능한 천연식물 소재군 선별 199

2. 추출용매, 추출시간, 추출온도, 건조방법 등에 따른 RH 추출 조건 설정 202

3. 추출물로부터 생리활성물질 분리 및 구조 결정 208

4. In vitro/세포실험을 통한 추출물의 아토피/피부염 관련 면역조절, 항염증, 항산화 효능 평가 및 선별 219

5.RH 유래 화합물 RH1 - RH8의 in vitro 활성 탐색 231

6. 동물실험을 통한 단일 또는 복합소재의 아토피/피부염 예방·개선 효능 비교 검정 243

7. 활성소재로부터 추출물의 생산공정 확립 및 표준화 249

8. 항아토피 활성을 갖는 천연소재를 이용한 화장품 시제품의 아토피피부염 개선 간이임상 효능 검정 264

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 267

제1절 연구목표의 달성도 267

제5장 연구개발 성과 및 성과활용 계획 269

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 270

제7장 연구시설·장비 현황 270

제8장 참고문헌 270

"근적외선 광열치료용 지능형 나노복합체 플랫폼 기술개발에 관한 연구" 과제의 보고서 제출문 275

제출문 275

보고서 요약서(보고서 초록) 277

요약문 279

SUMMARY 281

CONTENTS 283

목차 284

제1장 연구개발과제의 개요 285

제1절 연구개발의 목표 285

1. 연구목표 285

2. 연구개발 내용 285

제2절 연구 개발의 필요성 286

1. 사회경제적인 측면 286

2. 기술적인 측면 286

제2장 국내외 기술개발 현황 292

제1절 연구개발 대상기술의 국내외 수준 292

제2절 해외 기술개발 현황 292

제3절 국내 기술개발 현황 292

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 296

제1절 연구개발수행 내용 296

제2절 연구개발의 추진일정 및 내용 297

제3절 연구 결과 298

2. Up-conversion 나노입자의 합성 및 물리적 특성 연구 298

2. 근적외선 공명 금속나노막대의 대량합성법 개발 및 분리정제 302

3. up-conversion 나노입자의 공명하는 금 나노막대의 시너지 효과 확인 306

4. 수은을 선택적으로 포집하는 유기리간드의 합성 (나노입자 표면개질을 위한 리간드 개발) 311

5. 오크라톡신에 선택적으로 결합하는 DNA 압타머를 이용한 바이오센서 개발 (나노입자 표면 개질을 위한 리간드 개발) 315

6. 근적외선 흡수를 가지며 광열효과를 나타내는 유기고분자 합성 및 근적외선 흡수능이 최적화된 유기고분자 구조의 나노입자 합성에 대한 최적조건 확립 318

7. 합성된 유기 고분자를 이용하여 다양한 크기를 나타내는 나노구조체 합성 및 표면개질을 통한 수용화 및 응용가능성 평가 319

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 324

제1절 연구개발목표의 달성도 324

제2절 관련분야에의 기여도 325

1. 기술적 측면 325

2. 경제적·산업적 측면 325

제5장 연구개발결과의 활용계획 326

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 327

제7장 참고문헌 329

"NRPS 화합물을 모델로한 Glycosylation 연구" 과제의 보고서 제출문

I. 제목

NRPS 화합물을 모델로한 glycosylation 연구

II. 연구개발의 목적 및 필요성

많은 의약 활성물질은 glycosylated 화합물임. 천연물 유래 glycolsyated 화합물은 glycosyltransferase (GT)에 의해서 특정 sugar가 특이적으로 결합되어 생성됨. 이러한 sugar는 glycosylated 화합물의 생물활성에 매우 중요한 역할은 하는 것으로 알려져 있음. Sugar의 종류 및 pattern은 약리활성및 약동력 활성에 중요한 역할을 미칠 뿐만 아니라, 분자/조직/기관 수준에서 활성의 특이성을 결정하기도 함. 그러나 glycosyltransferase는 일반적으로 강한 기질 특이성이 가져서 인위적인 glycosylation이 쉽지 않음.

본 연구에서는 NRPS 화합물을 모델로하여 NRPS의 CAT module를 design 과 assembly하는 합성생물학적 기법으로 glycosylation이 가능한 새로운 화합물을 개발하는 기술을 확립하고 새로운 glycopeptide 항세균물질을 개발하고자함. 본 연구에서 개발된 새로운 glycopeptide는 methicillin, vancomycin에 내성을 보이는 MRSA, VRE, VISA, VRSA등 슈퍼박테리아에 대해 새로운 작용기전을 갖는 항생제 개발을 가능케 할 것임.

III. 연구개발의 내용 및 범위

1. NRPS 화합물의 당화 적합 유도체 개발을 위한 모듈 교환

■ Module 교환을 위한 NRPS 유전자를 확보하기 위하여 NRPS 생산균 Streptomyces sp.의 cosmid genomic library 제조 및 draft genome sequencing를 통하여 NRPS 생합성 유전자를 함유한 cosmid를 선발.

■ 두 cosmid를 λ-Red recombination 방법으로 assembly하여 NRPS 전생합성 유전자군 구축

■ 구축된 거대 NRPS 전생합성 유전자군을 이종숙주에 이종발현을 위한 conjugal transfer 기술을 확립하여 이종숙주 S. lividans 와 S. coelicolor에 거대 NRPS 전생합성 유전자군을 도입하고 발현함.

■ 외래 CAT 모듈을 확보하기 위하여 Gap-repair cloning 방법을 확립하고 Teicoplanin 생합성 유전자 유래의 Tyrosine CATE 모듈을 확보.

■ NRPS의 Tryptopan CAT module를 외래의 Tyrosine CATE 모듈로 restriction digestion-ligation 방법으로 치환하고 이종발현.

2. 당화효소의 directed evolution 과 in vitro glycosylation 반응계 구축

■ 신속한 In vitro glycosylation을 위하여 먼저 GtfE 당화효소를 이용하여 in vitro glycosylation 구축

■ Xathone-2 Zn을 이용하여 HTS 가능한 형광기반 one step in vitro glycosylation계 구축

■ GT mutant library를 구축하고 형광분석법을 이용하여 라이브러리의 효용성 검증

3. in vivo glycosylation

■ 폴리케타이드계 항생제 중에서 학문적, 산업적 연구가치가 우수한 polyketide 화합물의 aglycone을 생물학적 또는 화학적 방법으로 확보

■ 새로운 당합성 경로를 예측하고 기질 특이성이 매우 우수한 당전이 효소를 선별하여 다양한 종류의 deoxysugar 생합성 유전자 집단의 라이브러리를 구축

■ 방선균 S. venezuelae에 deoxysugarb 생합성 관련 라이브러리를 도입 및 aglycone feeding, 또는 alycone 생합성 균주와 deoxysugar 생합성 균주의 co-culture를 통하여 새로운 구조의 유도체 생합성 및 라이브러리 구축

■ 항생 물질의 생리 활성 측정을 통하여 활성이 우수한 신약 후보 물질을 발굴

IV. 연구개발결과

■ NRPS 화합물의 당화 적합 유도체 개발을 위한 모듈 교환

■ Module 교환을 위한 NRPS 유전자를 확보하기 위하여 NRPS 생산균 Streptomyces sp. 1542 균주의 cosmid genomic library를 제조하였고, draft genome sequencing를 통하여 NRPS 생합성 유전자를 함유하고 있는 35.3kb의 10C6와 34.5kb의 9G3의 두 개의 cosmid를 선발하였음.

■ 두 10C6와 9G3 Cosmid를 λ-Red recombination 방법으로 assembly하여 NRPS 전생합성 유전자군을 구축하였고, 이종숙주 S. lividans 와 S. coelicolor에 conjugal transfer 기술로 도입하여 exconjugant를 안정적으로 얻었고, NRPS 화합물의 생산을 확인하였음. 본 연구는 cosmid 기반 연구중 가장 큰 생합성 유전자군를 이종발현에 성공한 한 결과임.

■ 모듈교환을 위하여 필요한 외래 CATE 모듈을 효율적으로 확보하는데 필요한 Gap-repair cloning 방법을 확립하였고, 확립된 Gap-repair cloning 방법을 이용하여 Teicoplanin 생합성 유전자 유래의 Tyrosine CATE 모듈을 확보하였음. 최종적으로 NRPS의 Tryptopan CAT module를 외래의 Tyrosine CATE 모듈로 restriction digestion-ligation 방법으로 치환하는데 성공하였음.

■ 당화효소의 directed evolution 과 in vitro glycosylation 반응계 구축

■ 신속한 In vitro glycosylation을 위하여 먼저 GtfE 당화효소를 이용하여 in vitro glycosylation을 확립하였음

■ Xathone-2 Zn을 이용하여 HTS 가능한 형광기반 one step in vitro glycosylation계 구축하였고, directed evolution에 의한 GT mutant library를 구축하였고, 형광분석법의 효용성을 검증하였음.

■ In vivo glycosylation 시스템 개발

■ Aglycone feeding과 다양한 nucleotide sugar의 조합생합성 및 방선균 이종숙주를 이용한 in vivo glycosylation 시스템 구축하였으며, 이를 이용하여 11 종류의 당치환 화합물을 생산하였음.

■ 생산된 당치환 화합물의 구조 규명 및 일부 화합물의 활성테스트를 통해 doxorubicin과 비슷한 수준의 항암활성을 가지는 화합물을 선별하였음.

■ Co-culture 시스템 개발

■ Streptomyces venezuelae 기반의 aglycone 생합성균주와 당전이균주의 제작 및 co-culture를 통하여 12 종류의 당전이 화합물을 생산하였음.

V. 연구개발결과의 활용계획

본 연구에서 NRPS 모듈 교환으로 재조합된 NRPS 전생합성 유전자군 및 이를 도입한 이종발현 균주는 다양한 NRPS 유도체를 생산하는데 이용되며, 다양한 유도체에 대하여 활성평가 및 당화를 통하여 in vivo에서도 강력한 활성을 갖는 슈퍼박테리아 항세균물질로 개발 가능함. 현재 사용중인 천연물 의약은 대부분 PKS 과 NRPS 화합물로서 PKS 과 NRPS은 천연물 의약에서 매우 중요한 물질임. 그러나 PKS 과 NRPS 화합물은 구조가 크고 복잡하여 화학합성이 힘들기 때문에 유도체를 만들기 매우 힘드는 단점이 있음. 그러나 PKS 과 NRPS 화합물은 생합성적으로 모듈화되어 있기 때문에, 모듈 재조합 기술을 이용하면, 다양한 재조합 화합물을 제조 할 수 있음. 본 연구에서는 특히 거대 NRPS 생합성 유전자군을 이용하여 모듈을 재조합하는데 필요한 핵심 기반기술을 구축하였기 때문에, 본 기술을 이용하면 다양한 재조합 NRPS화합물을 제조하는데 활용할 수 있고, PKS 화합물의 다양성 연구에도 적용할 수 있음.

당화에 필요한 nucleotide sugar는 고가일 뿐만아니라, sugar에 종류에 따라서 상업적으로 구입하기도 힘듬. 따라서 본 연구에서 확립된 In vivo glycosylation은 PKS 및 NRPS 화합물을 대량으로 생산하는데 매우 유용한 기반기술임. 또한 In vivo glycosylation 시스템으로 생산된 다양한 당치환 화합물들의 활성평가를 통해 향상된 항암활성을 가지는 물질들을 선별하여, 추후 항암제 후보물질로써 연구가 가능함.

"곤충공생미생물 Cellulosimicrobium sp. HY-13의 전체 게놈염기서열 분석 및 기능규명에 관한 연구" 과제의 보고서 제출문

I. 제목

○ 곤충공생미생물 Cellulosimicrobium sp. HY-13의 전체 게놈염기서열 분석 및 기능규명

II. 연구개발의 목적 및 필요성

○ Cellulosimicrobium sp. HY-13의 전체 게놈염기서열 분석을 통해 HY-13 균주가 갖는 독특한 cellulase 및 hemicellulase system의 특성을 규명하고 다양한 유전자원을 확보함

III. 연구개발의 내용 및 범위

○ 지렁이의 장으로부터 분리한 Cellulosimicrobium sp. HY-13 균주로부터 genomic DNA를 추출한 후, NGS (Next Generation Sequencing) 법을 이용해 whole genome sequence 분석을 수행함

○ Sequence 분석을 통해 얻어진 각 유전자의 염기서열을 기반으로 이들로부터 인코딩되는 폴리펩타이드의 아미노산서열을 결정하고, protein prediction을 통해 각 유전자의 유전자산물에 대한 annotation을 수행함

○ 최종 검증된 HY-13 균주의 whole genome sequence 정보는 NCBI database에 기탁함

○ 다양한 cellulase 및 hemicellulase를 인코딩하는 각각의 유전자들을 클로닝하여 유전자라이브러리를 구축하고, 신규 유전자원을 선별하여 특성을 규명함

IV. 연구개발결과

○ NGS 방법을 활용한 공생미생물 Cellulosimicrobium sp. HY-13 균주의 전체 유전자 서열을 분석하고 기능을 규명하였음

○ Single molecule real time sequencing(SMRT) 기법을 활용한 de Novo assembly를 통하여 high GC 유전체 분석을 완료하였음

○ Cellulosimicrobium sp. HY-13 균주의 전체 유전자 크기는 4.6Mbp, 74.24% G+C content를 나타내었고, 3,813 개의 protein No.를 확인하였음

○ Genome annotation을 통한 전체 유전자의 DB를 구축하였음

○ Annotation data 기반의 11종의 cellulose degrading enzymes와 20종의 hemicellulose degrading enzymes 유전자 서열을 확보함

○ 기확보한 Cellulosimicrobium sp. HY-13 유래, 2종의 xylanases의 염기서열의 오류를 2건 수정하였음

○ 신규 확보한 cellulose and hemicellulose 가수분해 효소 유전자원을 서브클로닝하여 효소학적 특성 분석에 활용

V. 연구개발결과의 활용계획

○ Cellulosimicrobium sp. HY-13 균주의 whole genome sequence 분석을 통해 지금까지 완결 보고된 바 없는 Cellulosimicrobium 속 미생물의 유전체 구조 및 특성을 규명함으로써 관련 분야에 다양한 유용정보를 제공해 줄 수 있을 것으로 기대됨

○ 유전체 및 단백질 정보는 GenBank database 및 CAZY (Catalytic Active Enzyme) site에 기탁함으로써 관련분야의 학문적 발전을 고취시킴

○ 게놈분석을 통해 신규의 metabolic pathway 및 산업적 유용 생촉매를 발굴함으로써 관련 산업분야에 널리 활용할 수 있는 다양한 원천기술을 확보할 수 있을 것으로 기대됨

○ 본 연구에서 수행할 cellulase 및 hemicellulases 관련 연구 이외에 확보된 다양한 유전자원으로부터 산업적으로 매우 유용한 다른 생촉매들의 발굴도 기대되며, 이를 통해 신규의 연구과제 도출 및 고부가가치의 창출도 가능할 것으로 사료됨

"재조합 미생물을 이용한 트랜스 글루타미나제의 생산에 관한 연구" 과제의 보고서 제출문

I. 제목

재조합 미생물을 이용한 트랜스 글루타미나제(TGase)의 생산연구

II. 연구개발의 목적 및 필요성

○ TGase는 식품 및 어류가공 산업과 비식품산업등 다양한 분야에 이용되고 있지만 현재의 TGase 생산 기술은 생산 수율이 낮고, 효소의 분리 정제 및 제제화 기술이 복잡한 문제점이 있음

○ TGase 생산성 향상을 위해 다양한 균주를 screening하고 활성이 높은 균주 확보 필요

○ 전량 수입에 의존하는 TGase의 국내 자체 대량 생산을 위해 분자유전학 기술을 이용해 개량된 효소의 대량 발현과 정제, 분리 공정 확립 필요

III. 연구개발의 내용 및 범위

○ 기존/신규 효소 유전자 확보를 위한 TGase 생산균주 확보

○ 효소의 세포외 분비 및 세포표면 발현 재조합 균주 개발

○ 생산 재조합 균주의 효소 대량 생산을 위한 배지 최적화 및 발효조건 확립

○ TGase 생산 정제-분리 공정 확립 및 pilot scale 생산

IV. 연구개발결과

○ 여러 지역의 자연 환경에서 선별한 TGase 활성을 가지는 54균 중에서 TGase activity assay가 높은 Streptomyces zoomyceticus 30-8 신규 생산 균주 확보

○ Corynebacterium glutamicum에서 TGase 세포외 분비 시스템 개발 및 serine protease를 이용하여 활성형 TGase 생산 및 정제

○ Corynebacterium glutamicum에서 세포 표면 발현 재조합 균주 개발

○ 대장균 BL21(DE3)/pKPM MBP-pro-TEV site-TGase를 대량생산하기 위해 다양한 배양모드 및 배양조건을 최적화하여, 온도변화와 탄소원 제한상태의 유가식 배양 모드를 이용한 30L 발효조에서 MBP-TGase는 총 단백질 중 47.5% 발현 되었으며, 발현양 16.4g/L 의 생산공정을 개발함

○ TEV 단백질 분해 효소를 이용한 활성형 TGase 분리 정제 공정 개발을 위해 재조합 TEV 단백질 분해 효소 자가 생산공정을 개발하고, 분리 정제를 통해 약 90% 순도를 가지는 MBP-TGase와 활성형 TGase 생산함

V. 연구개발결과의 활용계획

○ 단백질 가공용 효소의 국내 자체 생산에 따른 국제적 경쟁력 확보

○ TGase 효소를 이용한 단백질 가공을 통한 다양한 단백질 제품 개발 가능

○ TGase 개발을 통해 얻은 know-how를 통해 신규 단백질 생산기술개발가능

○ 전량 수입에 의존해 오던 TGase의 자체 생산을 통하여 수입 대체 효과 뿐만 아니라 유럽 및 해외로의 수출 및 국제적 경쟁력 확보

"천연생리활성물질의 복합 기능을 이용한 아토피/피부염 예방·개선용 화장품 소재 도출" 과제의 보고서 제출문

I. 제목

천연생리활성물질의 복합 기능을 이용한 아토피/피부염 예방·개선용 화장품 소재 도출

II. 연구개발의 목적 및 필요성

1. 연구개발의 목적

각질관리/면역조절활성을 갖는 효소, 항염증활성물질, 보습물질 등 각기 다른 기능을 갖는 기능성 소재의 복합투여 효능 평가를 통한 천연물 유래 아토피/피부염 예방 또는 개선용 화장품 소재 도출

2. 연구개발의 필요성

아토피 피부염은 만성적이고 재발성의 염증성 피부질환으로 소아와 어린이에서 발생빈도가 높은 질환이지만, 다른 연령층에서도 빈번히 발생을 하는 만성적인 면역질환으로서 국민의 사회경제 활동에 지대한 악영향을 줄 뿐만 아니라 삶의 질을 떨어뜨리는 질병으로 치료제가 절실히 필요하다. 또한 2012년 기준으로 아토피 피부염의 평생 유병률은 1.3억 명에 달하며 이 중 5,340만 명은 약물치료가 필요한 실정이다. 하지만 유전적, 정신적, 환경적 요인, 피부감염 등의 복합적인 원인이 아토피 피부염의 병인으로 작용하기 때문에 아토피 피부염에 대한 효과적인 치료방법은 아직 정립되지 않았다. 기존의 약물치료제로 사용되고 있는 스테로이드제 또는 히스타민제는 부작용을 동반한다. 현재까지 아토피 피부염 예방 및 개선 제품시장은 과학적인 근거가 부족한 상태이며 대부분의 제품에서 합성화학물질을 이용하는 경우가 많다. 따라서 명확한 과학적인 근거가 확보된 식물성 천연물 기반의 소재에 대한 연구가 필요하다.

III. 연구개발의 내용 및 범위

1. 1차년도

- 아토피/피부염에 활용 가능한 천연식물 소재군 선별

- 천연식물로부터 용매별, 온도별 추출물/활성분획 제조 및 활성물질 분리

- In vitro/세포실험을 통한 추출물의 아토피/피부염 관련 면역조절, 항염증, 항산화 효능 평가 및 선별

2. 2차년도

- 추출물로부터 면역조절/항염증 활성물질의 분리 및 특성 규명

- 동물실험을 통한 단일 또는 복합 소재의 아토피/피부염 예방·개선 효능 비교 검정

- 복합소재의 면역조절, 항염증 효능 강화 검증 및 작용기작 규명

- 아토피/피부염 예방·개선용 소재의 독성시험

3. 3차년도

- 활성소재의 생산공정 확립 및 표준화

- 단일 또는 복합 소재의 부작용 유무, 아토피/피부염 예방·개선 효능 비교 검정을 위한 간이임상시험

- 아토피/피부염 예방·개선용 화장품 천연복합소재 도출 및 기술이전

IV. 연구개발 결과

- 아토피/피부염에 활용 가능한 천연 소재군으로 i) 보습성을 갖으며, LDL-산화 억제 활성 및 LPS-유도 대식세포(RAW264.7 cells)에서 NO 생성 및 ROS 축적의 억제능이 매우 뛰어난 꿀 풀과 여러해살이풀인 RH 허브, ii) 식품공전에 식용가능한 소재로 등재되어있고, LPS-유도 대식세포에서 chemokines 및 염증유발인자의 발현을 현저하게 감소시키며, LDL-산화 억제 활성도 매우 높은 TN 종자 오일, iii) 단핵구세포(THP-1 cells) 및 각질형성세포(HaCaT cells) 에서 사이토카인 억제 활성을 나타내는 A와 B 등을 선별하였음

- RH 지상부의 95% EtOH 추출물로부터 면역조절/항염증, 항산화 활성을 갖는 화합물 RH1 -RH8를 분리하여 구조 및 특성을 규명하였음. 추출물, 이들 화합물 및 A는 단핵구 세포, 비만세포, 피부각질세포, 혈관내피세포 등에서 사이토카인 및 케모카인의 발현을 조절함

- RH 소재의 열풍건조 또는 동결건조된 줄기와 잎으로부터 효율적인 추출방법, 지표성분 및 표준화 방법을 확립하였음

- 아토피피부염 유도 Balb/c 마우스에 (A+B) 혼합물의 치료 효능 검정, A의 처치로 비대증 (hypertrophy), 과각화증 (hyperkeratosis)과 염증성 세포의 침윤 (infiltration of inflammatory cells) 등이 개선되는 것을 확인하였음. 또한 총 IgE 수준이 약 35.8% 유의성 있게 감소하였으며, 비장세포에서 A의 전처리로 II-4, IL-13, MCP-1 의 발현이 유의성있게 감소하였음

- 아토피/피부염 예방·개선 효능 비교 검정을 위해 정상인 및 환자 10명을 대상 간이임상시험을 시행하였으며, 의료인의 객관적인 평가 (SCORAD)와 환자 혹은 보호자의 주관적인 임상 평가를 통해 Arazyme 4 주 도포 중 대조군에 비해 현저히 호전을 보인 임상 증례를 확인하였음

V. 연구개발 결과의 활용 계획

- 미국화장품협회 (CTFA) 등록된 아라자임을 주원료로 하고, 추가 기능성 원료를 함유하는 산업적으로 공인된 국소 전용 천연 제제 개발의 기틀을 마련함

- 천연활성물질을 이용한 화장품 소재 및 중소기업의 기술이전을 통한 화장품 제품화

- 천연물 소재의 원료에 대한 검증뿐 만 아니라 임상 효능 평가를 통해 아토피/피부염 예방·개선 효능에 대한 과학적 평가 및 이를 제품 개발의 기초자료로 활용

- IRB 승인된 임상연구를 수행하여 기능성화장품 개발을 위한 과학적 근거 자료 확보

- 아토피/피부염 관련 치료제로 사용되고 있는 스테로이드제 또는 히스타민제 등의 부작용으로 인한 피해를 예방하할 수 있는 면역조절, 항염증, 보습 및 손상된 피부 (각질 등)의 회복에 대한 복합 기능을 갖는 천연 화장품의 제품화 추진

"근적외선 광열치료용 지능형 나노복합체 플랫폼 기술개발에 관한 연구" 과제의 보고서 제출문

I. 제목

근적외선 광열치료용 지능형 나노복합체 플랫폼 기술개발

II. 연구개발의 목적 및 필요성

-연구개발의 목적

1. 광열/화학 치료/진단용 나노시스템의 개발 (주관연구기관: 한국생명공학연구원): 근적외선 플라즈몬 공진 파장을 조절한 금 나노막대/나노디스크의 나노입자 합성법을 개발하고, 임상적용을 상정한 표면개질을 통한 광열기능과 바이오 이미징이 가능한 나노복합구 조체의 개발을 목표로 한다.

2. 소화기암을 대상으로 한 최적화된 진단 및 광열/화학치료용 자극감응형 나노시스템의 개발 (위탁연구기관: 연세대학교): 광열효과 및 자극 감응형 유/무기 소재 기반으로 의학적 적용이 가능한 지능형 나노입자를 개발하고, 이의 자극 민감성 및 생체 적합성 평가를 통해서 임상 적용가능성을 확인하고자 한다.

-연구개발의 필요성

○ 암 발병의 지속적인 증가로 2005년 기준 우리나라가 암 치료와 관련해 직·간접적으로 부담하는 비용은 14.1 조원에 달하며, 매년 20% 이상의 빠른 증가추세를 보이고 있음 (김진희 등, "2005년 암의 경제적 비용추계 " 대한예방의학회지 (J Prev Med Public Health) (2009) 42(3), 190-198)

○ 국립암센터의 '10대 암의 발생율 조사' 에 의하면 위암을 포함한 소화기암의 발생률이 53%로 가장 높으며, 특히 소화기암은 다른 암에 비해 항암약물치료에 효과적이지 못하고, 항암약제에 대한 내성이 조기에 발생하기 때문에 조기에 발견하여 치료하는 것이 중요함.

○ 광학열치료 기술은 광섬유 개발, 레이저 빔 개발, 생체 친화적 다기능 금나노입자 개발과 이를 이용한 암세포 치료 개발 등과 같은 기초 핵심 기술(basic core technology)의 기반 위에서 발전 가능한 핵심응용 기술(applied core technology)임.

○ 최근 들어 일부 고형암에 대해 고주파 등으로 열을 가해 수술보다 덜 침습적인 방법으로 암세포를 사멸시키는 방법이 소개되었고, 또한 병변 국소적으로 체온을 높이는 고온 열치료 방법을 부가적으로 사용하여 기존의 항암제치료나 방사선치료의 효과가 증가한다는 보고가 있음.

○ 광열/광역학적 치료의 목적은 암세포 주변 정상 조직의 손상을 최소화하면서 표적된 암세포 조직을 파괴할 수 있는 충분한 열(heat)을 전달해 주는 것임.

III. 연구개발의 내용 및 범위

-근적외선 이미징을 위한 up-conversion 나노입자의 합성

980 nm의 NIR 영역의 빛을 흡수하여 가시광선을 발산하는 up-conversion 나노입자를 합성하여, 광열치료의 효과를 실시간으로 관찰할 수 있는 나노복합체를 제조한다

-근적외선 영역에서 공진하는 금나노막대의 합성

가시광선과 근적외선 영역에서 공진하는 금 나노막대의 합성법 확립 및 불순물로부터의 분리정제와 표면개질 연구

-나노입자의 표면 개질 연구

금속 및 유/무기 나노입자의 표면개질을 위한 방법 연구 및 DNA 압타머를 이용한 표적물질의 포집과 특정 금속 이온을 포집하는 리간드의 합성

-근적외선 공명 나노입자를 이용한 광동력적 암세포 파괴 연구 (위탁)

-유기고분자의 광열 효과를 이용한 in-vitro 암세포 파괴 연구 (위탁)

NIR 흡수를 통해서 광열효과를 나타내는 유기고분자를 합성하고 이를 이용한 암세포에 대한 지향적인 광열효과 연구

IV. 연구개발결과

-근적외선 이미징을 위한 up-conversion 나노입자의 합성

980 nm의 NIR을 흡수하여

-근적외선 영역에서 공진하는 금나노막대의 합성

가시광선 영역뿐 아니라 NIR 영역에서 선택적으로 공진하는 금 나노막대 제조방법을 개발하고, 이를 불순물로부터 분리하는 손쉬운 프로토콜 개발함

-나노입자의 표면 개질 연구

금나노막대 혹은 up-conversion 나노입자의 표적화에 이용하기 위해서 압타머를 이용하여 표적물질을 선택적으로 포집하는 것을 검증함

up-conversion 나노입자를 선택적으로 표면개질하기 위하여 다양한 고분자기반의 리간드를 시험하고, 성능이 우수한 고분자를 선택함

-근적외선 공명 나노입자를 이용한 광동력적 암세포 파괴 연구 (위탁)

-유기고분자의 광열 효과를 이용한 in-vitro 암세포 파괴 연구 (위탁)

V. 연구개발결과의 활용계획

。금속/세라믹 나노입자의 근적외선 광열효과에 의한 새로운 나노바이오 치료제의 개발

。유기고분자 기반의 새로운 근적외선 광열효과 치료제

。up-conversion 나노입자를 이용한 근적외선 바이오이미징 소재의 개발