수벌번데기 추출물에서 알코올분해효소 활성조사

서 론

전 세계적으로 2000종의 다양한 곤충이 세계 여러 나라에서 소비되고 있다 (Kim et al., 2019). 우리나라는 메뚜기, 누에, 백강잠에 대한 전례적 식용 근거가 있으며 갈색거저리 유충, 쌍별귀뚜라미, 흰점박이꽃무지 유충, 장수풍뎅이 유충이 2016년 식품원료로 허가된 바 있다 (Park. et al., 2012; Choi et al., 2020; Park et al., 2021). 또한 아메리카왕거저리 유충과 수벌번데기가 최근 한시적 식품 원료로 허가를 받았다. 수벌번데기는 우리나라 동의보감에서 그 약효를 기록한 바 있으며 중국에서는 신농본초경, 본초강목에서 그 약리 작용 및 영양적 평가에 대해 기록하고 있다. 또한 미국, 유럽에서 고단백 영양식으로 식용하고 있으며, 일본에서는 식용 벌 제품이 판매되고 있다. 이처럼 세계 여러 나라에서 약리작용 및 영양학적 근거자료를 찾아볼 수 있으며 근래 약리작용에 대한 과학적 근거를 마련하는 노력을 하고 있으나 (Choi et al., 2009; Kim et al., 2018) 아직 과학적 근거는 부족한 실정이다.

꿀벌 (Apis mellifera L.)은 여왕벌, 일벌, 수벌로 나뉘며 이들은 각각 형태와 크기, 역할이 나뉘어져 있다. 일반적으로 벌통 1개에 약 300에서 3000마리의 수벌이 존재한다. 수벌의 성충은 여왕벌보다는 작지만 일벌보다는 2~3배 크다. 또한 이들은 여왕벌과 일벌과 달리 벌침이 없고 여왕벌과의 교미 외에 역할이 없다. 이러한 수벌은 최근 과거의 역사적 배경을 바탕으로 하여 양봉농가의 새로운 수입원의 다양화를 위한 연구로 식품원료로서의 개발이 진행되었다. 이후 국내에서 사육되는 Apis mellifera L. strain의 수벌번데기는 비타민, 무기질, 고단백질 식품으로 보고되었을 (Kim et al., 2018) 뿐만 아니라 식품원료로서의 안전성도 확보하였다 (Choi et al., 2019).

Alcohol dehydrogenase (ADH)는 세포질에 존재하며 사람의 경우 7개의 유전자형을 가지고 있다. 이 중 5개의 ADH 유전자형이 간에 가장 많이 분포한다고 보고되어 있다. ADH는 ethanol의 가역적 산화를 촉매하며 레티놀, 지방산, ω-hydroxy fatty acids, 3β-hydroxy-5-β-steroids, 4-hydroxy-3-methoxyphenyl ethanol같은 많은 endogenous 기질의 대사 및 몇몇 약품들과 그 대사 산물에 중요한 역할을 하는 것으로 알려지고 있다 (Di et al., 2021).

2020년 수벌번데기가 한시적 새로운 식품원료로서 허가 받은 이래로 수벌번데기의 풍부한 영양소와 안전성을 기반으로 한 다양한 식품제형으로 개발가능성을 탐색하고 기능성 식품으로서의 가능성을 타진하기 위해 우리는 수벌번데기를 대상으로 여러 기능성 식품원료로서의 평가 마커들 중 간 건강 관련 기능성 평가 바이오마커의 하나인 ADH 활성을 알아보고자 수벌번데기 70% 에탄올 추출물의 헥산분획물과 물 분획물을 대상으로 ADH 활성을 알아보았다.

재료 및 방법

결 과

1. 수벌번데기 분획추출물의 % ADH activity

수벌번데기 동결건조 분말시료를 대상으로 용매에 따라 얻은 추출물들 (Fig. 1) 중 헥산분획물과 물분획물을 DMSO와 멸균증류수에 녹여 얻은 시료에 대하여 ADH activity 흡광도를 측정하였다. 그 결과, 수벌번데기 헥산분획물을 DMSO에 녹였을 때 시간에 따른 활성은 109.15, 93.76, 116.54, 121.74, 96.55, 89.16%로 나타났고 동일조건에서 물 분획물을 DMSO에 녹였을 때 활성은 101.51, 161.60, 190.79, 215.75, 209.93, 228.83%로 나타났다. 용매를 증류수로 하였을 때 헥산분획물 ADH 활성은 92.55, 87.95, 86.01, 106.60, 99.94, 79.71%로 나타났고 물분획물은 114.23, 112.66, 111.45, 110.84, 111.69, 116.05%로 나타났다. 물분획물은 헥산분획물보다 ADH activity가 높게 나타났다. 또한 물분획물은 용매에 따라 차이를 나타내었는데 DMSO에 녹인 시료의 경우 30 min에서도 양성대조군과 비슷한 활성을 보였으며 시간이 증가함에 따라 활성은 증가하는 것으로 나타났다. 반면 증류수에 녹였을 때는 모든 시간에서 거의 같은 활성을 보이는 결과를 얻었다. 헥산분획물에서도 ADH activity는 보였으나 물분획물보다는 적게 나타났으며 물을 용매로 하였을 시 활성이 가장 낮게 나타났다 (Fig. 2, Table 1). 이때 용해 시간에 따른 차이에 대한 유의성을 나타내는 p 값은 60 min 일 때 p=0.035, 90 min일 때 p=1.95×10^-5, 120 min일 때 p=7.91×10^-6, 150 min일 때 p=0.0005, 1800 min일 때 p=6.2×10^-6이었다.

Fig. 1.

The schematic diagram of fractionation of drone pupa (Apis mellifera L.).

Fig. 2.

Percentage of ADH activity for the fraction of drone pupa dissolved in DMSO and H2O. ADH activity assay was performed using ADH detection kit (ab102533, abcam). The Samples consist of hexane fraction and water fraction of drone pupa extract using DMSO and distilled water. Each 0.5 g of the fractions was placed in a conical tube, 5.0 mL of DMSO was added and vortexed vigorously. Then, the extracts agitated to dissolve for 30, 60, 90, 120, 150, 180 min. A reaction mixture was added to the sample and positive control, provided with the kit, incubated the plate for an hour at 37℃, and read the absorbance at 450 nm in a plate reader (Molecular Device, US) and expressed the result as the percentage ADH activity compared to positive control. T-test was used to calculated statistical significance. *p≤0.05; **p≤0.01; ***p≤0.0001.

Table 1.

Percentage of ADH activity for the fractions of drone pupa dissolved in DMSO and H2O

2. 수벌번데기 분획추출물 ADH activity

먼저 수행한 % ADH activity 측정 결과 헥산분획물보다 물분획물에서 활성이 높다는 결과를 얻었다. 동일 시료, 수벌번데기 추출물에서 헥산분획물과 물분획물을 동일 용매, DMSO와 증류수에 녹여 얻은 시료를 대상으로 ADH의 대사 산물인 NADH 생산 정도에 따라 그 활성을 측정하였다. 물분획물에서 ADH 활성은 DMSO로 녹였을 때 시간이 증가함에 따라 26.94±0.14 mU/mL에서 58.88±1.09 mU/mL로 나타났고 헥산분획물은 120 min에서 32.02±0.87 mU/mL로 가장 높은 활성을 보였다. 또한 증류수에 녹였을 때 헥산분획물은 120 min에서 28.22±3.67 mU/mL을 보였고 물분획물은 시간에 따른 영향은 크지 않았다 (Fig. 3, Table 2). DMSO 용매에 녹인 헥산분획물의 활성이 가장 높은 120 min에서 수층분획물과의 ADH 활성 차이는 약 23.58 mU/mL의 차이를 보였고 물분획물에서 가장 높은 활성을 보이는 180 min에서는 35.04 mU/mL의 차이를 보였다. 반면 물을 용매로 하였을 때 헥산분획물 활성이 높게 나타난 120 min에서 물분획물과의 ADH 활성차는 약 1.06 mU/mL로 서로 간의 차이가 크지 않음을 양적으로도 확인할 수 있었다.

Fig. 3.

Regression analysis of the absorbance for NADH concentration. To investigate the ADH activity of the drone pupa, add the NADH standard into a 96 well plate in duplicate to generate 2, 4, 6, 8, 10 nmole/well. A reaction mix was added to each well containing the standard. Incubated the mix for 3 min at 37℃, then measure absorbance at 450 nm in a microplate reader (A0). Then incubated for another one hour at 37℃ and measure OD at 450 nm again (A1). Plotting of the absorbance for each NADH concentration yield a regression formula of y=15.407x+0.5048. The regression constant R2 was calculated to be 0.9994.

Table 2.

ADH activity for the fractions of drone pupa t dissolved in DMSO and H2O

고 찰

수벌번데기 헥산분획물과 수층분획물에서 ADH 활성을 조사한 결과 용매에 따라 또한 용매에 녹이는 시간에 따라 ADH activity에서 유의한 차이를 보이는 것을 알 수 있었다. 각 분획물에서 ADH 활성을 나타내는 성분의 최적 용출시간을 알아보고자 180 min 동안 실험한 결과 DMSO에 녹인 경우 헥산분획물의 ADH 활성이 높았던 시간은 90 min과 120 min에서 높게 나타났다. 이것으로 보아 헥산분획물 내에 존재하는 ADH 활성을 보이는 성분이 용출될 수 있는 시간이 2시간 정도 필요한 것으로 보였다. 반면 물분획물은 시간에 따라 활성이 증가하는 경향을 보이는 것을 알 수 있었다. 이는 물분획물에 ADH 활성을 보이는 다양한 성분이 존재하는 것으로 생각되며 이를 위한 성분분석 연구가 병행되어야 할 것으로 판단된다. 또한 물을 용매로 하였을 때 헥산분획물은 대조군 이상의 활성을 보기 어려웠으며 물분획물은 시간에 큰 영향을 받지 않고 최소 시간인 30 min에도 대조군보다 높은 활성을 나타냄을 알 수 있었다. 이와 같이 수벌번데기 분획물에서의 ADH activity를 양성대조군 대비 활성 비교와 37℃에서 분당 1 μmol의 NADH을 생산하는 ADH의 양으로 정의하여 이를 1 unit로 표현한 ADH 활성 결과를 통하여 물분획물에서 ADH 활성이 높다는 것을 알 수 있었다. 이 결과는 수벌번데기 70% 추출물에서 헥산, 에틸아세테이트, 부탄올을 이용한 분획 외에 물분획물에 좀 더 ADH 활성을 보이는 성분이 존재할 것으로 추정된다. 이는 다른 분획물과의 비교분석과 함께 물분획물의 성분분석 연구를 더 진행해 봐야 정확하게 알 수 있을 것이다. 앞으로 수용성 용매에서 용출되는 성분들에 대하여 특정되는 결과는 수벌번데기의 다양한 생리활성 조사를 위한 세포실험 및 동물실험에 있어서 용매에 대한 독성을 배제할 수 있으므로 유용할 것으로 판단된다.

간의 주된 기능은 소화물질 분비 및 대사과정에서 만들어지는 독성물질을 해독하는 기관이다. 간에 가장 많이 분포하는 ADH는 알코올 대사에 중요한 역할을 담당하며 세포 내 다양한 기질 대사에 관여하는 것으로 알려져 있다. 최근 ADH는 알코올 섭취에 의한 알코올 대사에 관여할 뿐 아니라 abacavir (HIV/AIDS), hydroxyzine (antihistamine), ethambutol (antituberculosis) 약제의 알코올기 대사와 근래 사용되는 Celecoxib이나 Cyclophosphamide 같은 약제들의 대사에도 관여한다는 보고가 있다 (Di et al., 2021).

현재 알코올성 손상으로부터 간을 보호하는 데 도움이 된다고 인정되는 원료는 2가지가 있고 이외에 간 건강에 도움이 된다고 인정된 원료는 8종이 있다 (Sohn et al., 2016; Lee et al., 2020). 이들 원료는 주로 식물성 원료들이다. 그러나 복어, 홍합, 전복 등과 같은 동물성 원료의 추출물에서의 ADH 활성에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있으나 아직 인정된 원료는 없다 (Shin et al., 2008; OK et al., 2014; Kim et al., 2016).

지금까지 수벌번데기에 대한 영양학적 보고에 의하면 높은 단백질과 지방을 함유하는 것으로 알려져 있어 고단백식이가 필요한 환자나 노인, 유아에게 좋은 식품으로 제시하고 있으며 (Kim et al., 2018) 또한 이 연구 결과를 통해 ADH 활성을 보이는 수벌번데기 추출물이 알코올 대사와 약제 대사에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단되어 간 대사 보조 기능을 갖는 식품원료로서 활용할 수 있기를 기대한다.

Acknowledgments

본 연구는 국립농업과학원 농업과학기반기술연구사업 (과제번호: PJ01512902)에 의하여 수행되었습니다.

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