환경부 산하 국립낙동강생물자원관(관장 유호)은 자생 담수식물인 뚜껑덩굴의 추출물이 항생제 내성을 유발하는 미생물의 생물막＊ 형성을 효과적으로 억제할 수 있는 효능이 있다고 밝혔다.
* 생물막: 미생물 간 영양분 공유를 돕고, 외부 유해환경으로부터 생물을 보호하는 역할을 하는 고분자 복합체로, 병원성 미생물이 이러한 막을 형성할 경우, 항생제 효과가 크게 감소하는 악영향이 발생할 수 있다.
뚜껑덩굴은 제주도와 남부 지방에 자생하는 제비꽃목 박과의 한해살이 덩굴식물로, 주로 습한 연못가와 하천변에 서식한다. 이 식물의 열매는 합자초(合子草)라고도 불리며 전통적으로 빈혈완화, 해독, 해열작용을 하는 약초로 쓰였다.
국립낙동강생물자원관은 2023년부터 ‘담수생물 소재 상용화를 위한 활용기술 고도화 연구’의 일환으로, 생물막 형성 원인균＊으로 잘 알려진 균주들을 대상으로 뚜껑덩굴 추출물의 영향을 분석했다. 분석 결과, 뚜껑덩굴 추출물이 식중독을 일으키는 황색포도상구균에서 50% 이상의 항균 활성과 함께 90% 이상의 생물막 형성을 억제하는 효능을 보인 것을 확인했다.
* 생물막 형성 원인균: 황색포도상구균, 충치균, 칸디다알비칸스 균, 여드름균 등
이 연구 결과를 바탕으로 연구진은 뚜껑덩굴 추출물의 생물막 형성 억제 효능에 대한 특허출원*을 올해 7월에 완료하고, 항생물막 효능이 있는 유효 성분이 퀘르세틴(Quercetin) 임을 최근 확인했다.
* 관련 특허: 10-2024-0096051, 뚜껑덩굴 추출물을 포함하는 항생물막 조성물(2024.07.22.)
강태훈 국립낙동강생물자원관 이용기술개발실장은 “이번 연구로 담수식물의 생리활성을 깊이 있게 분석하여 항생제 내성 완화 등의 응용 가치를 확인할 수 있었다”라며, “이번 발견은 우리가 직면한 보건 문제를 극복하는 데 중요한 역할을 할 것”이라고 밝혔다.
붙임 1. 주요 연구 결과.
2. 전문용어 설명. 끝.
담당 | 국립낙동강생물자원관 | 책임자 | 부장 | 김의진 | (054-530-0870) |
| 생물소재연구부 | 담당자 | 선임연구원 | 황병수 | (054-530-0873) |
붙임 1 | | 주요 연구 결과 |
□ 뚜껑덩굴 서식 특성 및 사진
· 국 명 : 뚜껑덩굴
· 학 명 : Actinostemma lobatum(Maxim.) Franch. & Sav.
· 분류체계 : 피자식물문 > 목련강 > 제비꽃목 > 박과 > 뚜껑덩굴속
· 분 포 : (국내) 중부이남 지역에 자생
(해외) 러시아, 일본, 중국, 대만 등지에 분포
· 개화기 : 7월~8월
· 특 성 : 물가에 자라는 덩굴성 한해살이풀이다. 줄기는 1~2 m로 짧은 털이 드물게 있다, 잎은 삼각상 심장형으로 길이 5~10 cm, 폭 2.5~7 cm로 3~5 갈래로 갈라진다. 꽃은 황록색으로 수꽃은 다섯 개의 수술이 있고, 암꽃은 1 cm 가량으로 수꽃부분에 하나씩 달린다. 열매는 9~10월에 익어 윗부분이 뚜껑처럼 떨어진다.
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뚜껑덩굴 | 꽃 |
□ 뚜껑덩굴 추출물의 항균 활성 및 생물막 형성 억제 활성 평가
❍ 용매별 뚜껑덩굴 추출물의 항균 및 생물막 억제 효과
- 황색포도상구균 균주에 대해 뚜껑덩굴 에틸아세테이트(EA) 분획물 50 μg/mL 농도에서 부유성 세포의 성장이 50% 이상 억제되는 항균 활성을 확인하였고, 역시 EA 분획물 50 μg/mL에서 생물막 형성이 90% 이상 현저히 억제되는 효능을 확인하였음
| 그림 1. 뚜껑덩굴 추출물의 분획물 5종의 항균활성 및 항생물막 활성을 평가한 결과 - 다른 분획물보다 EA분획물에서 바이오필름 형성(막대그래프)이 90% 이상 억제되었고, 균 성장률(꺾은선 그래프)이 50% 정도 감소하였음 |
| 그림 2. 뚜껑덩굴 추출물의 에틸아세테이트 분획물의 농도에 따른 항균 활성 및 항생물막 활성을 평가한 결과 - EA분획물의 농도가 높아질수록(농도의존적) 바이오필름 억제 효과가 증가하고, 균 성장률(꺾은선 그래프)이 감소하였음 |
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그림 3. 뚜껑덩굴 추출물의 에틸아세테이트(EA) 분획물의 농도에 따른 항생물막 활성을 현미경으로 가시화한 결과 - 무처리군에서는 강한 생물막이 형성(청색)되었으나, 뚜껑덩굴 추출물의 EA분획물을 처리한 경우 농도 의존적으로 생물막 형성이 억제(적색)되는 것을 확인 |
붙임 2 | | 전문용어 설명 |
□ 생물막(Biofilm)과 항생제 내성 문제
❍ 생물막은 미생물들이 서로 밀집하여 형성하는 보호막으로, 여러 미생물이 생산하는 다당류와 폴리펩타이드가 주성분인 점액성 물질로 구성됨. 이는 미생물들이 서로 영양분을 공유하고 외부 유해환경으로부터 보호하는 기능을 함
❍ 생물막 내부에서 미생물들은 항생제가 침투하기 어려운 밀집된 환경을 형성하며, 이로 인해 항생제가 미생물에 도달하기 어렵게 되어 효과가 감소함. 또한 생물막은 두껍고 점성이 있어 항생제의 확산을 방해하며, 이는 미생물들이 항생제에 노출되는 시간과 농도를 줄여 효과를 약화시킴
❍ 생물막 내에서는 미생물들이 유전자를 교환하기 쉬운 환경이 조성되는데, 이는 항생제 저항성 유전자가 미생물 집단 내에서 빠르게 퍼지게 하며, 결과적으로 내성 균주의 발생을 촉진함
❍ 이에 따라 병원성 세균이 생물막을 형성하면 항생제의 효과가 상실되는 경향이 커진다고 보고되어 있고, 특히 항생제 내성 상태를 갖는 다제내성균에 의한 경우가 많아 더욱 문제가 심각함
□ 황색포도상구균(황색포도알균, Staphylococcus aureus)
❍ 자연계에 널리 분포되어 있는 세균 중 하나로, 연부 조직 감염(봉와직염, 화농성 근육염), 화농성 관절염, 화농성 골수염, 중이염, 폐렴, 심내막염, 식중독 등을 일으키는 원인균임
❍ 특히, 이 균의 감염은 지역사회 및 병원 환경에서 흔하며 생명을 위협하는 다양한 독성인자(enterotoxin, staphyloxanthin, lipase, hemolysin, 생물막 형성)를 생성함
❍ 황색포도상구균 감염시 사용하는 항생제는 페니실린계, 카바페넘계, 세팔오스포린계, 베타 락탐계열인데, 항생제의 남용으로 페니실린에 내성이 된 것은 이미 오래전임
❍ 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)과 반코마이신 내성 황색포도상구균(VRSA)의 증가가 세계적인 문제가 되고 있음
□ 퀘르세틴(Quercetin)
❍ 폴리페놀의 플라보노이드 그룹에 속하는 식물성 플라보놀 화합물로 과일, 채소, 씨앗, 곡물에 발견됨
❍ 쓴맛이 나며 항산화작용, 항염 작용, 자외선 차단 등의 효능이 알려져 있으며, 건강보조식품, 음료, 식품의 성분으로 사용됨
