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영어

Cell cultures of Taxus wallichiana Zucc. were made to enhance the production of anticancer agent paclitaxel. In suspension cultures, the maximum cell growth rate in exponential growth phase was 0.14 day-1 which was correlated to 4.96 days of cell doubling time. The production of paclitaxel was non-growth associated. The paclitaxel production was started after the exponential growth phase and increased to declined phase where the maximum concentration was observed. Various elicitors were tested to enhance the production of paclitaxel. The combination of two elicitors of jasmonic acid and cellulase increased the production of paclitaxel 1.8 and 3.1 times compared to paclitaxel production by individual elicitor respectively.

한국어

Taxus wallichiana Zucc.는 일명 히말라야 주목으로 불리 고 있으며, 주로 파키스탄과 인도에 분포 서식하고 있다 [1]. 이 주목은 그 지역에서 전통요법 치료제로 다양하게 활용 되고 있는데, 특히 잎은 asthma, indigestion, epilepsy 등에 효과가 있다고 전해지고 있다 [2]. 일반적으로 주목은 항암 제 paclitaxel 또는 그 유도체들을 생합성하는 사실이 널리 알려져 있으며, T. wallichiana도 paclitaxel 뿐 아니라 새로 운 유도체들이 발견되어 보고되고 있다 [3,4]. Paclitaxel은 유방암과 난소암을 포함한 여러 가지 종류 의 암에 대해 탁월한 치료 효과를 보여 널리 사용되고 있는 항암물질이다. 암세포에 대한 paclitaxel의 작용기작은 기존 대부분의 항암제들이 tubulin으로부터 microtubule의 형성 을 방해하는 것과는 달리 cell cycle 상의 G2 후반기 또는 M phase에 작용하여 microtubule의 합성을 촉진하고 안정 화시켜 그 후의 분해 과정을 억제하는 특이한 기작을 갖는 다 [5]. 미국에서는 1983년에 FDA에 의해 임상실험이 시 작되어, 10년 후인 1992년에 난소암 치료제가 허가를 받아 Bristol-Myers Squibb사에 의한 판매가 허용되었으며 1994년 에는 유방암의 치료에도 사용이 허가되었다. Paclitaxel의 생산 공급은 주로 주목 나무로부터 추출에 의존하여 왔으 나, 환경파괴의 문제 등으로 다양한 대체방법이 개발되었다. Paclitaxel의 전합성 뿐 아니라 전구체를 이용하는 반합성 법, 그리고 주목 식물세포 배양을 통한 생산 방법 등이 개 발되었다. 이러한 여러 방법 중에서도 가장 친 환경적이며 경제성이 우수한 방법으로 주목세포배양에 의한 paclitaxel 생산 방법이 인정되고 있으며, 이미 여러 국가에서 생산 중 이거나 시도하고 있는 것으로 알려져 있다. 식물 또는 식물세포배양에서 이차대사산물의 생성을 촉진 하는 물질을 elicitor라고 하며 elicitor 처리에 의하여 축적 되는 이차대사산물의 antibiotic 활성을 지닌 화합물을 일반 적으로 phytoalexin이라 한다. Phytoalexin의 축적에 의한 antibiotic 방어는 식물의 방어기작의 하나로 매우 중요한 역할을 한다. 다양한 종류의 물질이 elicitor로서 작용할 수 있는데, elicitor는 크게 두 종류로 구분된다. 균류, 세균, 효모 등의 추출물로부터 또는 여과액 등과 같이 생물체로부 터 얻어지는 화합물을 biotic elicitor라하고 chemical stress agent와 biotic elicitor 이외의 모든 물질들을 abiotic elicitor 라 구분한다. Elicitor의 다양한 종류와 관련 작용 기작은 크 게 네가지로 구분된다. 첫째 미생물에 의한 elicitor의 직접적 방출에 의하여 식물세포가 인식하는 과정으로 대두세포의 경우 elicitor receptor site가 원형질막에 위치하고 있음을 보여준다. 둘째로 미생물 유래의 효소로부터 식물세포벽의 구성성분이 분해되어 elicitor로 작용하는 방법으로 대표적으 로 균류의 endopolygalacturonic acid lyase와 pectinase를 들 수 있다. 셋째로 식물세포의 효소에 의해 미생물 세포벽 성분이 방출되어 elicitor로 작용하는 과정으로 여기에 속 하는 예로 chitosan과 β-1,3-endoglucanase를 들 수 있다. 넷째로 여러 종류의 자극에 대하여 식물세포에 의하여 형 성 또는 방출되는 elicitor로서 자연계에 endogeneous하고 constitutive한 특성을 지닌다 [6,7]. Elicitor의 사용은 식물세포배양에서 목적하는 이차대사 산물의 생산성 향상으로 이어질 수 있어 식물세포배양에 의한 유용물질 생산의 상업화 과정에서 중요한 방법으로 적용될 수 있다. 또한 한 종류의 elicitor를 쓰는 것 보다 두 종류 또는 그 이상의 복합 elicitor를 적용하는 경우 이차대사 산물 생성 증진 효과가 우수할 수 있다. 본 연구에서는 이러 한 elicitor의 영향을 T. wallichiana 현탁배양에서 paclitaxel 생산 증진 연구를 통하여 밝히고자 한다. 특히 신호전달 물질인 jasmonic acid와 cellulase 복합 elicitor를 적용하여 paclitaxel 생성에 미치는 영향을 연구하고자 하였다.