KR20240115991A - 골 질환 예방 또는 치료를 위한 신규 유산균 및 이의 배양액 - Google Patents
골 질환 예방 또는 치료를 위한 신규 유산균 및 이의 배양액 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP) 및 이의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)는 파골세포의 분화 억제에 우수한 효과를 나타내며, 골 항상성에 높은 효과를 나타내어, 골질환의 예방, 개선, 치료에 사용가능하다. 이를 통해 독성 및 부작용 없이 인체에 안전하게 사용될 수 있는 골 질환 예방 또는 치료용 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)는 파골세포의 분화 억제에 우수한 효과를 나타내며, 골 항상성에 높은 효과를 나타내어, 골질환의 예방, 개선, 치료에 사용가능하다. 이를 통해 독성 및 부작용 없이 인체에 안전하게 사용될 수 있는 골 질환 예방 또는 치료용 조성물을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 신규 프럭토바실러스 프럭토서스 (Fructobacillus fructosus) 균주 또는 이의 배양액과 이의 의약 용도에 관한 것이다.
골(bone)의 대사는 조골세포(osteoblast) 및/또는 파골세포(osteoclast)의 활성에 의해 뼈가 파괴, 흡수되거나 새로운 뼈를 형성하는 과정을 말한다. 정상인은 조골세포와 파골세포의 상호작용에 의해 골 리모델링(bone remodeling)이 일어난다. 하지만, 이러한 골 흡수와 골 형성의 항산성은 여성의 경우 폐경 이후 급격한 골 손실이 더 일어나게 되어 균형이 깨지기 쉬우며, 노화로 골 형성 기능이 퇴화되어 골 손실이 지속됨에 따라 골 질환이 생길 수 있다.
파골세포는 척추동물의 뼈가 성장하는 과정에서 불필요하게 된 뼈 조직을 파괴 또는 흡수하는 대형의 다핵세포로, 파골세포의 활동이 너무 활발하면 뼈의 밀도가 낮아 골다공증과 같은 질병의 원인이 된다. 이러한 파골세포로 분화하기 위해서 RANKL(receptor activator of nuclear factor-κB ligand)이 필요하고, 파골전구세포의 증식을 위해서는 M-CSF(macrophage colony stimulating factor)가 필요하다. RANKL이 수용체인 RANK와 결합하면 파골세포의 분화가 시작된다. RANKL이 RANK에 결합하면 TRAF6(tumor necrosis factor receptor associated factor 6)와 같은 어댑터 분자들이 활성화된다. TRAF 패밀리 멤버로 알려져 있는 TRAF2, TRAF5, TRAF6는 파골세포의 분화에 필요한 NF-κB와 AP-1(activator protein-1)와 같은 전사인자를 활성화시킨다. 이러한 RANKL/RANK/TRAF6 축과 NFATc1 등은 성숙한 파골세포로 분화하는데 반드시 필요하고, 관련된 분자는 뼈 질환 약물의 표적이 될 수 있다.
뼈의 리모델링 과정에서 균형을 이루지 못하게 되면, 류마티스 관절염, 혹은 파골세포에 의해 뼈의 밀도가 낮아져 생기는 골다공증, 조골세포의 활동이 너무 활발하여 뼈의 밀도가 높아지는 골연화증 및 변형성 골염이라고 불리는 파제트병(Paget's disease)과 같은 골 질환이 생기게 된다.
특히, 고령화 사회에서 큰 문제로 대두되고 있는 골다공증(osteoporosis)은 여러 가지 원인에 의하여 뼈의 질량이 감소하고 뼈 조직의 미세구조의 퇴화로 골절 위험이 지속적으로 증가하는 질환으로, 뼈를 구성하는 미네랄(특히, 칼슘)과 기질이 감소한 상태이며, 골재형성의 균형이 깨져서 파골작용이 조골작용보다 증가된 상태에서 발생한다.
현재 골다공증 치료제로서 사용되고 있는 제제로는 에스트로겐, 라톡시펜, 알렌드로네이트 및 비스포스포네이트 등이 있으며, 이들은 골 흡수 억제제로서 골절 위험을 줄여 주기 위해 사용되고 있다. 이와 같은 종래의 치료제 이외에도 칼슘, 비타민 D, 칼시토닌, 바이오포스포네이트, 안드로겐 및 플라보노이드 등을 이용한 골다공증 예방, 개선 또는 치료제에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 그러나 이러한 치료제들은 인체에 부작용이 있고 근본적인 골다공증의 치료제라고 하기에는 한계가 있다.
따라서, 기존 치료제의 단점을 보완하면서 부작용이 적은 천연물 혹은 유산균주를 이용한 골다공증 예방, 개선 또는 치료제의 개발이 절실히 요구되는 실정이다.
이러한 배경 하에, 본 발명자들은 꿀로부터 분리된 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP) 또는 이의 배양액이 골 관련 항상성 유지에 우수한 효과를 나타냄을 규명함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)를 포함하는 골 질환 예방 또는 치료용 약학 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)를 포함하는 골 질환 예방 또는 치료용 식품 조성물을 제공하는 것이다.
하기에서는 중복되는 내용의 혼잡을 방지하기 위하여, 중복되는 내용의 기재를 생략하고자 한다. 즉, 하기의 내용만으로 발명의 내용이 한정되는 것은 아니고, 전체적인 발명의 내용에 따라 발명의 내용이 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP) (기탁기관: 한국생명공학연구원 생물자원센터, 기탁일: 2023년 1월 5일, 수탁번호: KCTC15271BP)를 제공한다.
본 발명의 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)는 꿀로부터 분리 및 동정된 신규한 프로바이오틱스임을 특징으로 한다.
본 발명의 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)의 동정 및 분류를 위한 16S rDNA 염기서열은 본 명세서에 첨부된 서열번호 1과 같다. 따라서, 본 발명의 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)은 서열번호 1의 16S rDNA를 가질 수 있다.
상기 서열번호 1의 16S rDNA 염기서열의 분석 결과, 공지된 프럭토바실러스 프럭토서스 균주들과 99%의 상동성을 나타내어 프럭토바실러스 프럭토서스와 가장 높은 분자계통학적 유연관계를 보였다. 따라서, 상기 유산균을 프럭토바실러스 프럭토서스로 동정하고, 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 (Fructobacillus fructosus PRC-1)로 명명하였으며, 한국생명공학연구원 생물자원센터에 2023년 1월 5일자로 기탁하였다 (수탁번호 KCTC15271BP).
본 발명은 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)를 포함하는 골 질환 예방 또는 치료용 약학 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 약학 조성물은 파골세포의 분화를 억제하는 데 탁월한 효과를 가진다. 구체적으로, TRAP 양성인 다핵세포의 생성을 억제하고, p65 및 MAPK 단백질(p38, JNK)의 인산화를 감소시킬 수 있으며, 파골세포 분화 유도 유전자(RANK, NFATc1, cfos, DC-STAMP, TRAP 및 Cathepsin K)의 발현을 억제하여 파골세포의 골 흡수 능력을 제어하는 효과를 나타낸다. 또한, 우수한 염증 억제 효과를 통해 골에서 발생하는 염증에 대한 우수한 치료 억제 효능을 나타낸다.
이를 통해 뼈의 항상성 유지에 우수한 효과를 나타내고, 골 질환의 예방 또는 치료에 활용 가치가 높다.
본 발명에 있어서 상기 균주는 수탁번호 KCTC15271BP로 기탁된 것일 수 있다.
상기 균주는 이의 생균체, 이의 사균체, 이의 배양액, 이의 파쇄물 또는 이의 추출물과 같이 다양한 형태로 이용될 수 있다.
상기 생균체는 그대로 살아있는 균을 의미한다.
상기 사균체는 일정한 조건에서 배양한 생균을 집균하고, 열 건조, 가압, 약물 처리 등의 방법으로 균의 성장이 더 이상 일어나지 못하도록 한 형태이다.
본 발명에 있어서 상기 배양액은 유산균을 공지의 액체 배지에서 배양시켜 수득한 산물을 의미하며, 본 발명에 따른 균주를 포함하거나 이로부터 분비되는 다양한 인자들을 포함하는 개념이다. 상기 산물은 유산균을 포함할 수 있다. 상기 배지는 공지의 액체 배지에서 선택될 수 있으며, 예를 들어 MRS 액체 배지, GAM 액체 배지일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
바람직하게 배양액은 상기 균주를 12시간 이상 배양하여 수득한 것일 수 있고, 바람직하게는 12 내지 30시간, 12 내지 28시간, 12 내지 26시간, 12 내지 24시간, 18 내지 30시간, 18 내지 28시간, 18 내지 26시간, 18 내지 24시간, 24 내지 30시간, 또는 24 내지 28시간 동안 배양하여 수득한 것일 수 있고, 보다 바람직하게는 24 내지 26시간 동안 배양하여 수득한 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 상기 배양액은 pH 6.5 내지 8.5인 것일 수 있고, 바람직하게는 pH 6.5 내지 8.0, pH 6.5 내지 7.5, pH 7.0 내지 8.5, 또는 pH 7.0 내지 8.0인 것일 수 있고, 예를 들어, pH 7.0 내지 7.5인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
배양액에서는 유산균이 자라면서 젖산 등의 대사체를 생산하게 되어 산성화될 수 있고, 이는 세포 배양에 적절하지 않은 pH 범위에 해당한다. 이러한 점에 근거하여, 세포 배양에 있어서 가장 적절한 pH 값은 7.4이다.
본 발명에 있어서 상기 배양액은 균주를 배양한 후 균주를 제거하여 수득된 배양 상층액, 이의 농축물, 이의 분획물 또는 이의 동결건조물인 것일 수 있고, 예를 들어, 배양 상층액인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
파쇄물은 생균체, 사균체 또는 이의 배양물을 기계적, 화학적 방법들을 통해 분리 가공하여 파쇄된 형태를 가지는 것을 의미한다. 예를 들어, 비드 밀(bead mills), 프레스(Presses), 소니케이터(Sonicator) 또는 마이크로플루다이저 (Microfluidizer), 효소 처리 등을 통해 파쇄 형태를 제조할 수 있다.
추출물은 생균체, 사균체를 포함하여 통상에 알려진 추출 방식에 따라 이의 추출을 한번 더 진행한 것 “물(액체)” 형태를 의미한다. 예를 들어 생균체, 사균체 및/또는 파쇄물를 통상에 알려진 추출 방식(공지의 추출용매(예를 들어, 물, C1 내지 C4의 알코올(메탄올, 에탄올 등)로 추출하여 수득)한 것을 의미한다.
본 발명에 따른 균주는 생균, 사균 또는 배양액의 형태로 제제화되고 또한 투여될 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 균주의 배양액이 활용될 수 있다.
본 발명에서 “골 질환”이란, 조골세포의 부족 또는 파골세포의 분화에 의해 골 형성에 문제가 발생하여 생기는 질환으로서, 골다공증, 골연화증, 골전이암, 구루병, 섬유성 골염, 무형성 골 질환, 대사성 골 질환, 파제트병, 류마티스성 골 질환, 퇴행성 골 질환, 치주질환 및 염증성 뼈 흡수 질환으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있고, 바람직하게는 골다공증일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 “예방”은, 조성물의 투여로 골 질환을 억제시키거나 발병을 지연시키는 모든 행위를 의미한다.
본 발명에서 “치료”란, 조성물의 투여로 상기 골 질환의 증세가 호전되거나 이롭게 변경되는 모든 행위를 의미한다.
본 발명의 약학 조성물은 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)의 약학적 유효량 및/또는 약학적으로 허용되는 담체를 포함하는 약학 조성물로 이용될 수 있다.
본 명세서에서 용어 "약학적 유효량"은 상술한 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)의 효능 또는 활성을 달성하는 데 충분한 양을 의미한다.
본 발명의 약학 조성물에 포함되는 약학적으로 허용되는 담체는 제제시에 통상적으로 이용되는 것으로서, 락토스, 덱스트로스, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 전분, 아카시아 고무, 인산칼슘, 알기네이트, 젤라틴, 규산칼슘, 미세결정성 셀룰로스, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로스, 물, 시럽, 메틸셀룰로스, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 활석, 스테아르산 마그네슘 및 미네랄 오일 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 약학적 조성물은 상기 성분들 이외에 윤활제, 습윤제, 감미제, 향미제, 유화제, 현탁제, 보존제 등을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 약학 조성물은 인간을 포함하는 포유동물에 다양한 경로로 투여될 수 있다. 투여 방식은 통상적으로 사용되는 모든 방식일 수 있으며, 예컨대, 경구, 피부, 정맥, 근육, 피하 등의 경로로 투여될 수 있으며, 바람직하게는 경구로 투여될 수 있다.
본 발명의 약학 조성물의 적합한 투여량은 제제화 방법, 투여방식, 환자의 연령, 체중, 성별, 병적 상태, 음식, 투여 시간, 투여 경로, 배설 속도 및 반응 감응성과 같은 요인들에 의해 다양하며, 보통으로 숙련된 의사는 소망하는 치료 또는 예방에 효과적인 투여량을 용이하게 결정 및 처방할 수 있다. 바람직한 효과를 위해서, 경구 투여제의 경우 일반적으로 성인에게 1일에 체중 1 kg당 본 발명의 조성물을 1일 0.0001 내지 100 mg/kg으로, 바람직하게는 0.001 내지 100 mg/kg으로 투여할 수 있다. 투여는 하루에 한번 투여할 수도 있고, 수회 나누어 투여할 수도 있다. 상기 투여량은 어떠한 면으로든 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 약학 조성물은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있는 방법에 따라, 약학적으로 허용되는 담체 및/또는 부형제를 이용하여 제제화함으로써 단위 용량 형태로 제조되거나 또는 다용량 용기내에 내입시켜 제조될 수 있다. 이때 제형은 오일 또는 수성 매질중의 용액, 현탁액 또는 유화액 형태이거나 엑스제, 분말제, 과립제, 정제, 캅셀제 또는 젤(예컨대, 하이드로젤) 형태일 수도 있으며, 분산제 또는 안정화제를 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명은 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)을 대상체에 투여하는 단계를 포함하는 골질환의 예방 또는 치료 방법을 제공한다.
본 발명에서 상기 언급된 균주들, 질환, 투여 등에 대한 설명들은 위 언급된 내용들이 적절히 반영될 수 있다.
상기 대상체는 동물을 말하며, 전형적으로 본 발명의 신규한 균주를 이용한 치료로 유익한 효과를 나타낼 수 있는 포유동물일 수 있다. 이러한 대상체의 바람직한 예로 인간과 같은 영장류가 포함될 수 있다.
본 발명은 골질환의 예방 또는 치료에 사용하기 위한 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)을 제공한다.
본 발명은 골질환의 예방 또는 치료에 사용하기 위한 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)을 포함하는 조성물을 제공한다.
본 발명은 골질환의 치료를 위한 약제의 제조에 있어서 본 발명은 골질환의 예방 또는 치료에 사용하기 위한 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)의 용도를 제공한다.
본 발명은 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)을 포함하는 골 질환 예방 또는 치료용 식품 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 식품 조성물은 파골세포의 분화를 억제하는 데 탁월한 효과를 가진다. 구체적으로, TRAP 양성인 다핵세포의 생성을 억제하고, p65 및 MAPK 단백질(p38, JNK)의 인산화를 감소시킬 수 있으며, 파골세포 분화 유도 유전자(RANK, NFATc1, cfos, DC-STAMP, TRAP 및 Cathepsin K)의 발현을 억제하여 파골세포의 골 흡수 능력을 제어하는 효과를 나타낸다.
이를 통해 골 항상성 유지에 우수한 효과를 나타내며, 골다공증을 포함하여 골 질환에 대한 우수한 치료 효능을 나타낼 수 있다.
본 발명의 식품 조성물을 식품 첨가물로 사용할 경우, 상기 식품 조성물을 그대로 첨가하거나 다른 식품 또는 식품 성분과 함께 사용될 수 있고, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용될 수 있다. 일반적으로, 식품 또는 음료의 제조시에 본 발명의 식품 조성물은 원료에 대하여 15 중량% 이하, 바람직하게는 10 중량% 이하의 양으로 첨가될 수 있다.
상기 식품의 종류에는 특별한 제한은 없다. 상기 물질을 첨가할 수 있는 식품의 예로는 육류, 소세지, 빵, 초콜릿, 캔디류, 스넥류, 과자류, 피자, 라면, 기타 면류, 껌류, 아이스크림류를 포함한 낙농제품, 각종 스프, 음료수, 차, 드링크제, 알콜 음료 및 비타민 복합제 등이 있으며, 통상적인 의미에서의 식품을 모두 포함한다.
상기 음료는 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다. 상술한 천연 탄수화물은 포도당, 과당과 같은 모노사카라이드, 말토스, 슈크로스와 같은 디사카라이드, 및 덱스트린, 사이클로덱스트린과 같은 천연 감미제나, 사카린, 아스파르탐과 같은 합성 감미제 등을 사용할 수 있다. 상기 천연 탄수화물의 비율은 당업자의 선택에 의해 적절하게 결정될 수 있다.
상기 외에 본 발명의 식품 조성물은 여러 가지 영양제, 비타민, 전해질, 풍미제, 착색제, 펙트산 및 그의 염, 알긴산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알콜, 탄산 음료에 사용되는 탄산화제 등을 함유할 수 있다. 그 밖에 본 발명의 식품 조성물은 천연 과일쥬스, 과일쥬스 음료 및 야채 음료의 제조를 위한 과육을 함유할 수 있다. 이러한 성분은 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 이러한 첨가제의 비율 또한 당업자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
본 발명의 식품 조성물은 또한 건강기능 식품으로 사용될 수 있다. 건강기능 식품은 식품의 생체 조절 기능을 강조한 식품으로 물리적, 생화학적, 생물공학적인 방법을 이용하여 특정 목적에 작용 및 발현하도록 부가가치를 부여한 식품이다. 본 발명의 식품 조성물은 건강 기능 식품으로 이용될 수 있다. 이러한 건강기능 식품의 성분은 생체 방어와 신체 리듬의 조절, 질환의 방지 및 회복에 관계하는 신체 조절 기능을 생체에 대하여 충분히 발휘하도록 설계하여 가공하게 되며, 식품으로 허용 가능한 식품 보조 첨가제, 감미료 또는 기능성 원료를 함유할 수 있다. 본 발명의 균주를 건강기능 식품(또는 건강기능 음료 첨가물)으로 사용할 경우, 상기 신규한 균주를 그대로 첨가하거나 다른 식품 또는 식품 성분과 함께 사용하고, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용할 수 있다.
이상 본 명세서에 기재된 수치값은 달리 명시되어 있지 않은 한 균등범위까지 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명의 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)을 포함하는 조성물은 TRAP 양성인 다핵세포의 생성 억제 효과를 나타낼 수 있으며, 특히 파골세포 분화 관련 인자인 p65, p38 및 JNK의 인산화 발현을 탁월하게 억제할 수 있다. 또한, 성숙된 파골세포가 골 흡수를 위해 만들어내는 효소 관련 유전자인 RANK, NFATc1, cfos, DC-STAMP, TRAP 및 Cathepsin K의 발현도 유의적으로 감소시키는 효과를 나타낸다. 이를 통해, 독성 및 부작용 없이 인체에 안전하게 사용될 수 있는 골 질환 예방 또는 치료용 조성물을 제공할 수 있다.
도 1은 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)의 16S rDNA 염기서열을 나타낸 도이다.
도 2는 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)의 배양액(2.5, 5, 10%)의 전처리에 의해 파골 세포의 분화가 억제되는 것을 확인한 도이다.
도 3은 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP) 배양액을 처리하였을 때 나타나는 p65와 MAPK 단백질인 ERK, JNK, p38의 인산화 발현 변화를 western blotting을 통해서 확인한 도이다.
도 4는 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP) 배양액을 처리하였을 때 나타나는 RANK, NFATc1, cfos, DC-STAMP, TRAP 및 Cathepsin K의 발현 변화를 그래프로 나타낸 도이다.
도 5는 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP) 배양액 10% 처리된 well에서 파골세포의 골 흡수 능력이 억제됨을 확인한 도이다.
도 2는 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)의 배양액(2.5, 5, 10%)의 전처리에 의해 파골 세포의 분화가 억제되는 것을 확인한 도이다.
도 3은 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP) 배양액을 처리하였을 때 나타나는 p65와 MAPK 단백질인 ERK, JNK, p38의 인산화 발현 변화를 western blotting을 통해서 확인한 도이다.
도 4는 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP) 배양액을 처리하였을 때 나타나는 RANK, NFATc1, cfos, DC-STAMP, TRAP 및 Cathepsin K의 발현 변화를 그래프로 나타낸 도이다.
도 5는 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP) 배양액 10% 처리된 well에서 파골세포의 골 흡수 능력이 억제됨을 확인한 도이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (
Fructobacillus fructosus
PRC-1 KCTC15271BP) 균주 및 이의 배양액, 사균체 및 파쇄물의 제조
1-1. 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 (
Fructobacillus fructosus
PRC-1)의 분리 및 동정
실험에 사용된 꿀은 대한민국 장성군에서 수집하여 사용하였다. 수집된 꿀 2g에 멸균인산완충용액(PBS) 10ml을 추가하여 용해시키고 10배로 추가 희석하였다. 희석된 꿀은 MRS 고체 배지에 도말하고, 30℃에서 2일간 배양한 다음, 균주를 분리하였다. 상기 분리된 유산균주는 MRS 액체배지에 접종한 후, 30℃에서 24시간 동안 배양하고 glycerol을 25%(v/v)가 되게 첨가하여 glycerol stock을 만들어 -70℃에서 보관하며 사용하였다.
분리된 균주는 16S rDNA 염기서열 분석을 통하여 동정을 수행하였다. 분리 균주는 MRS plate 상태로 마크로젠에 의뢰하여 primer로 27F (5'-AGAGTTTGATCMTGGCTCAG-3', 서열번호 2)와 1492R (5'-TACGGYTACCTTGTTACGACTT-3', 서열번호 3)의 universal primer set를 사용하여 16S rDNA 염기서열 분석을 수행하여, 상기 분리 균주 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 (Fructobacillus fructosus PRC-1)의 16S rDNA로 총 1,480bp의 염기서열을 결정하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
도 1에서 확인할 수 있듯이, Fructobacillus fructosus 균주와 99%의 상동성을 나타내어 Fructobacillus fructosus로 최종 동정하였다.
분리 균주는 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 (Fructobacillus fructosus PRC-1)으로 명명하였고, 대한민국 전라북도 정읍시 신정동 823 한국생명공학연구원 생물자원센터에 2023년 1월 5일자로 기탁하여 KCTC15271BP의 번호를 수여받았다.
1-2. 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (
Fructobacillus fructosus
PRC-1 KCTC15271BP) 배양액의 제조
세포에 처리하기 위한 배양액 제조하기 위해 alpha-MEM 배지에 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)을 24시간 동안 배양하고 원심분리 후 상층액을 분리하여 pH 7.4로 맞추었다.
1-3. 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (
Fructobacillus fructosus
PRC-1 KCTC15271BP) 사균체의 제조
프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)를 열처리 조건으로 90℃에서 10분간 3회 열처리를 수행하여 사균체를 제조하였다.
1-4. 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (
Fructobacillus fructosus
PRC-1 KCTC15271BP) 파쇄물(가용물 및 불용물)의 제조
프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)를 원심분리하여 얻은 생균을 1x106 CFU/mL이 되도록 멸균 증류에 현탁하고, 4oC에서 초음파처리(1분처리 하고, 1분 휴식을 5회 반복)하고, 원심분리 (10,000 g, 4oC, 15분)하여 상등액(가용물)과 침전물(불용물)을 얻었다. 이를 동결 건조하여 사용하였다.
실시예 2: 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (
Fructobacillus fructosus
PRC-1 KCTC15271BP)의 파골세포 분화에 대한 억제 평가
2-1. 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (
Fructobacillus fructosus
PRC-1 KCTC15271BP)의 파골세포 분화에 대한 억제 평가 (TRAP staining)
(1) 실험방법
대식세포에 RANKL을 처리하면 RANK에 결합하며 TRAP 양성 세포로 분화하게 된다. TRAP 양성세포에 RANKL, TNF-α와 같은 염증인자로 자극하면 세포끼리 융합되어 다핵형 TRAP 양성 세포로 분화된다.
마우스 대식세포를 12well plate에 2x105/well의 밀도로 24h 배양하였으며 FBS, 1% PS, M-CSF가 첨가된 배지로 교체해준 후 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP) 배양액(2.5, 5, 10%)을 2h동안 처리해주었다. 이후 RANKL을 처리하여 24h동안 반응시켰다. 위와 같은 방법으로 4일간 분화시켰다. 이후 파골세포의 세포 화학적 표지효소인 Tartrate resistance acid phosphatase (TRAP)에 발색성 기질을 첨가하여 핵을 염색을 하였고 핵이 3개 이상으로 다핵화된 세포를 관찰하고 이미지화하였다.
(2) 실험결과
RANKL에 의해 대식세포가 파골세포로 분화가 유도되었을 때 파골세포의 수가 증가하였음을 확인할 수 있었다. 한편, 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP) 배양액의 전처리에 의해 분화가 억제되는 것을 확인하였다. 이러한 배양 억제는 농도 의존적으로 발생하였으며, 특히 배양액 10% 처리에 의해 파골세포 분화가 강하게 억제되는 것을 확인하였다 (도 2).
2-2. 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (
Fructobacillus fructosus
PRC-1 KCTC15271BP)의 파골세포 분화 유도 단백질 발현에 대한 억제 평가 (Western blotting)
(1) 실험방법
마우스 대식세포에 RANKL 및 배양액을 처리했을 때 MAPK 및 NF-κB 신호기전을 확인하고자 하였다. 마우스 대식세포를 12well plate에 4x105/well의 밀도로 24h 배양하였다. FBS, 1% PS, M-CSF가 첨가된 배지로 교체해준 후 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP) 배양액 10%를 2h동안 처리해주었다. 이후 RANKL을 처리하여 0, 5, 15, 30min동안 반응시켰다. 배지를 제거하고 Protein lysis buffer를 이용하여 단백질을 추출한 후 정량하여 30 ug의 단백질을 SDS-PAGE gel에서 분리하였다. 단백질을 membrane으로 옮긴 후 1차, 2차 항체를 순차적으로 처리하여 BIO-RAD, ECL solution detection kit로 발현되면 Chemidoc 기계로 측정하였다.
(2) 실험결과
RANKL은 RANK에 결합하여 TRAF6를 통해서 MAPK 및 NF-κB(p-65 subunit) 단백질 발현을 증가시키고 여러 가지 전사인자들의 증가를 유도해 파골세포의 분화를 촉진시키게 된다. 따라서, 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP) 배양액이 이들 기전을 억제함으로써 파골세포 분화를 억제할 수 있는지 확인하기 위해 p65와 MAPK 단백질인 ERK, JNK, p38의 인산화 발현을 western blotting을 통해서 확인하였다. 그 결과 RANKL 처리에 의하여 5, 15, 30분째에 MAPK 단백질의 인산화 발현이 증가했고, 배양액 처리에 의해서 p38, JNK의 인산화가 감소했음을 확인하였으며, p65의 인산화 또한 억제되었다. 한편, ERK의 인산화는 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP) 배양액에 의해 영향을 받지 않았다 (도 3).
2-3. 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (
Fructobacillus fructosus
PRC-1 KCTC15271BP)의 파골세포 분화 유도 유전자 발현에 대한 억제 평가 (Real-time PCR)
(1) 실험방법
프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP) 배양액을 마우스 대식세포에 처리하여 RANK, NFATc1, cfos, TRAP, DC-STAMP, Cathepsin K에 대한 gene expression을 Real-time PCR을 통해 확인하였다. BMDMs을 12well plate에 1x105/well의 밀도로 24h 배양하였다. 1h 동안 FBS가 없는 1% PS만 첨가된 배지를 처리해준 후 배양액 10%를 2h동안 처리해주었다. 이후 RANKL을 처리하여 24h동안 반응시켰다. 위와 같은 방법으로 4일간 분화시킨 후 TRIzol 용액을 이용하여 세포내 RNA를 분리하고 RNA 정량값을 토대로 RT premix를 이용하여 cDNA를 합성하였다. 합성된 cDNA는 primer를 이용하여 Real time PCR을 통해 증폭시켰다.
사용된 primer는 아래의 표 1에 나타낸 바와 같이 RANK (서열번호 4 및 5), NFATc1 (서열번호 6 및 7), cfos (서열번호 8 및 9), TRAP (서열번호 10 및 11), DC-STAMP (서열번호 12 및 13), Cathepsin K (서열번호 14 및 15)이며, Control 유전자인 GAPDH와 비교하여 상대적 양을 비교하였다.
[표 1]
(2) 실험결과
대식세포에 RANKL을 처리하면 RANK에 결합하여 TRAP 양성인 다핵화된 파골세포로 분화가 된다. 또한 파골세포로 분화하는데 중요한 전사 인자인 NFATc1 또는 cfos를 활성화시키고 파골세포분화기전(osteoclastogenesis)에 관여하는 TRAP, Cathepsin K, DC-STAMP의 발현을 증가시킨다. 도 4에서 확인할 수 있듯이, RANKL처리에 의하여 증가된 RANK, NFATc1, cfos, DC-STAMP, TRAP 및 Cathepsin K의 발현이 배양액 처리에 의해서 감소했음을 확인했다 (도 4).
2-4. 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (
Fructobacillus fructosus
PRC-1 KCTC15271BP)처리에 따른 파골세포 골 흡수 능력 억제 평가 (Bone resorption assay)
(1) 실험방법
파골세포의 골 흡수 능력을 평가하기 위해 합성된 뼈 성분이 코팅된 세포 배양 접시에 BMDMs을 12well plate에 1x105/well의 밀도로 24h 배양하였다. 마우스 대식세포를 12well plate에 2x105/well의 밀도로 24h 배양하였으며 FBS, 1% PS, M-CSF가 첨가된 배지로 교체해준 후 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP) 배양액 10%를 2h동안 처리해주었다. 이후 RANKL을 처리하여 24h동안 반응시켰다. 위와 같은 방법으로 4일간 분화시켰다. 10% 표백제 (SDS) 200 ㎕를 넣어 세포를 제거하고 증류수로 2번 세척한 뒤 현미경으로 관찰한다.
(2) 실험결과
분화되어 성숙한 파골세포는 뼈 조직에 부착되어 뼈의 무기성분을 흡수하여 골밀도를 감소시키는 역할을 한다. 본 연구에서는 특수 배양 접시를 이용하여 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP) 배양액이 파골세포 분화를 억제함으로써 뼈 흡수 기능도 제어하는지 확인하였다. 그 결과, RANKL에 의해 분화된 파골세포가 있는 well에서 뼈 성분이 흡수되어 변형된 표면을 확인할 수 있었다. 반면 배양액 10% 처리에 의해 파골세포 분화가 억제된 well에서는 뼈 흡수 기능도 제어되어서 대조군과 같은 표면이 관찰되었다 (도 5).
서열목록 전자파일 첨부
Claims (10)
- 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP).
- 제1항에 있어서, 상기 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)는 서열번호 1의 16S rDNA 염기서열을 포함하는 것인, 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP).
- 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)를 포함하는 골 질환 예방 또는 치료용 약학 조성물.
- 제3항에 있어서, 상기 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)는 파골세포의 분화를 억제하는 효과를 나타내는 것인, 약학 조성물.
- 제3항에 있어서, 상기 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)는 이의 생균체, 사균체 또는 배양액의 형태인 약학 조성물.
- 제3항에 있어서, 상기 골 질환은 골다공증, 골연화증, 골전이암, 구루병, 섬유성 골염, 무형성 골 질환, 대사성 골 질환, 파제트병, 류마티스성 골 질환, 퇴행성 골 질환, 치주질환 및 염증성 뼈 흡수 질환으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인, 약학 조성물.
- 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)를 포함하는 골 질환 예방 또는 치료용 식품 조성물.
- 제7항에 있어서, 상기 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)는 파골세포의 분화를 억제하는 효과를 나타내는 것인, 식품 조성물.
- 제7항에 있어서, 상기 프럭토바실러스 프럭토서스 PRC-1 KCTC15271BP (Fructobacillus fructosus PRC-1 KCTC15271BP)는 이의 생균체, 사균체 또는 배양액의 형태인 식품 조성물.
- 제7항에 있어서, 상기 골 질환은 골다공증, 골연화증, 골전이암 구루병, 섬유성 골염, 무형성 골 질환, 대사성 골 질환, 파제트병, 류마티스성 골 질환, 퇴행성 골 질환, 치주질환 및 염증성 뼈 흡수 질환으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 식품 조성물.
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