장 유래 파이토에스트로겐의 미생물 생합성 및 생리활성 기능에 대한 최신 연구 동향
2019-09-10
org.kosen.entty.User@388d3b5d
이평강(lpg2314)
1. 개요
파이토에스트로겐(Phytoestrogen)은 식물로부터 유래한 이차대사산물 중 인체 내에서 에스트로겐 수용체에 작용하여 agonist 또는 antagonist로 작용하는 화합물을 총칭한다. 이소플라보노이드(isoflavonoid), 플라보노이드(flavonoid), 쿠메스탄(coumestan) 계열의 화합물들이 주요한 파이토에스트로겐으로 분류되며, 이소플라보노이드 및 쿠메스탄은 각각 이소플라본(isoflavone) 및 쿠메스트롤(coumestrol)의 형태로 콩과 식물에 다량 함유되어 있음이 알려져 있다(그림 1).
그림 1 파이토에스트로겐으로 분류되는 화합물의 분자 구조. 제니스테인(이소플라본), 아피제닌(플라보노이드), 쿠메스트롤(쿠메스탄)
본 보고서에서는 이러한 파이토에스트로겐 중 장내에서 분자 화학적 성질이 변하여 인체 내에서 다양한 생리활성기능을 보이는 이소플라본 및 그 유도체인 에쿠올에 대해서 집중적으로 소개한다. 인간의 섭식 활동으로 장내 환경에 노출된 파이토에스트로겐은 장내 환경을 구성하는 다양한 미생물총(마이크로바이옴, microbiome)들의 대사 활동에 의해 분해 또는 변형됨이 알려져 있다. 특히, 이와 같은 사례는 이소플라본인 다이드제인(daidzein) 또는 제니스테인(genistein)에 대해서 집중적으로 연구되었으며, 주요한 대사 산물인 에쿠올(equol)은 에스트로겐 수용체에 보다 선택적으로 강하게 결합하여 에스트로겐 수용체에 대한 agonist 또는 antagonist로서의 역할을 수행함이 규명되었다[1]. 에쿠올은 또한 장내 마이크로바이옴에 의해 생성되는 자연계 유래 천연물이라는 점과, 체내 에쿠올의 농도가 여성의 갱년기 증상 완화와 직접적 상관관계가 있음이 증명됨에 따라 그 중요성 및 실용성이 강조되어 왔다. 본 보고서에서는 구체적으로 에쿠올을 생합성하는 장내 미생물 및 재조합 미생물을 소개함과 동시에 부차적으로 합성된다고 알려진 수산화 에쿠올의 생리활성 기능 및 합성 효소에 대해 소개하겠다.
2. 파이토에스트로겐 생산 미생물
2.1. 장 유래 에쿠올 생산 미생물
장내 미생물총에 의해 생합성되는 대표적인 파이토에스트로겐으로 ‘에쿠올 (equol)’이 있다. 에쿠올은 사람의 소변에서 처음으로 관찰되었으며, 사람이 섭취한 이소플라본 (isoflavone)이 장내에서 에쿠올로 변환되거나, 이소플라본을 섭취한 젖소의 장에서 에쿠올로 변환되어 유제품의 형태로 사람이 섭취됨이 알려졌다[1,2]. 2005년 광주과학기술원의 허호길 박사 연구진 및 서울대 김수일 박사 연구진에 의해 처음으로 단일 미생물인 strain Julong 732에 의해 에쿠올이 합성됨이 보고되었다[3]. 이후 다수의 에쿠올 합성 미생물이 보고되었으며, 이들 중 대부분이 코리오박테리아과에 속하는 Eggerthella, Slackia, Adlercreutzia 속들의 미생물이며, 비코리오박테리아과에 속하는 미생물 중 에쿠올을 합성하는 미생물로는 Bifidobacteria, Lactococcus garvieae 등이 보고되었다. 공통적으로 에쿠올을 합성하는 장내 미생물들은 혐기성 미생물 (strictly anaerobic bacteria)이며, 일부 미생물들은 다이드제인을 에쿠올로 변환할 수 있는 반면, 일부는 다이하이드로다이드제인만을 에쿠올로 변환할 수 있음이 확인되었다(그림 2). 또한, 자연계 유래의 미생물에 의해 합성된 에쿠올은 모두 S-에쿠올로서 에쿠올을 합성하는 효소의 광학 선택성이 일정함을 반증한다[1].
그림 2 다이드제인(daidzein)에서 S-에쿠올(equol)로의 생합성 경로
2.2. 에쿠올 생합성 효소
2005년부터 에쿠올을 생합성할 수 있는 다수의 미생물들이 동정되었지만 에쿠올 생합성에 관여하는 해당 미생물의 효소에 대한 규명은 2010년 이후부터 일본의 오츠카 제약 연구진에 의해서 차례로 규명되었다. 가장 먼저 규명된 에쿠올 생합성 효소는 이소플라본인 다이드제인 또는 제니스테인을 환원 형태인 다이하이드로다이드제인 또는 다이하이드로제니스테인으로 변환하는 “다이드제인 환원효소 (daidzein reductase, DZNR)”이다[4]. 이 효소는 이소플라본의 C-ring에 존재하는 탄소 이중결합을 단일결합으로 환원시켜 비카이랄 화합물인 이소플라본을 카이랄 형태인 이소플라바논 형태로 전환시키는 ene-reductase의 일종이다. 이 때 효소의 환원력으로 NAD(P)H를 사용하며, 전자 전달체로 iron-sulfur cluster를 갖고 있기 때문에 혐기 조건에서만 효소 반응이 가능하다. 또한 DZNR은 이소플라본을 R-형태의 카이랄 이소플라바논으로만 전환하며, 합성된 R-이소플라바논은 수용액에서 토토머화 (tautomerization) 또는 또 다른 효소인 다이하이드로다이드제인 라세미화 효소 (dihydrodaidzein racemase, DDRC)에 의해 S-이소플라바논으로 전환된다[5]. 장내 미생물 중에는 DZNR만을 갖고 있어서 이소플라본을 이소플라바논까지만 합성하기도 한다.
앞서 언급한 두 개의 효소 (DZNR, DDRC)에 의해 합성된 S-이소플라바논은 이어서 또 다른 두 개의 환원효소에 의해 최종적으로 S-에쿠올로 합성된다[6]. 먼저, short-chain dehydrogenase/reductase (SDR) 계열의 효소인 다이하이드로다이드제인 환원효소 (dihydrodaidzein reductase, DHDR)에 의해 (3S, 4R)-테트라하이드로다이드제인 (tetrahydrodaidzein)이 선택적으로 합성되며, 마지막으로 테트라하이드로다이드제인 환원효소 (tetrahydrodaidzein reductase, THDR)에 의해 S-에쿠올이 합성된다. 두 효소의 촉매 메커니즘을 좀 더 분석하였을 때, DHDR은 통상적인 SDR family 효소와 같이 NAD(P)H에서 공급받은 환원력으로 케톤 작용기를 알코올 작용기로 환원하여 테트라하이드로다이드제인을 합성하지만, THDR의 경우 정확히 어떠한 촉매 메커니즘으로 탈산소화 반응을 진행하여 에쿠올을 합성하는지 확증된 바 없다. 다만, 최근 몇몇 논문에 의하면 라디칼 중간체를 거치거나 혹은 기질 한 분자가 dehydrogenation될 때 다른 한 분자는 탈산소화 반응이 되는 dismutation 반응의 메커니즘이 제시되었다[7,8]. 촉매 효율로는 DZNR > DHDR > THDR 순임이 확인되었으며[9], 이와 같은 사실은 이소플라본이 에쿠올로 전환됨에 있어서 DHDR 또는 THDR의 발현량 및 활성이 보다 중요함을 시사한다.
2.3. 에쿠올 생합성 재조합 미생물
2010~2013년에 걸쳐 Lactococcus garvieae를 필두로 Slackia isoflavoniconvertens, Slackia sp. NATTS, Eggerthella sp. YY7918 등의 미생물에서의 에쿠올 생합성 효소가 동정됨에 따라 이들 유전 정보를 이용한 에쿠올 생합성 재조합 미생물에 대한 보고가 2016년부터 발표되었다. 대표적으로 서울대 김병기 박사 연구진은 2016년에 상기 언급한 4개의 효소 (DZNR, DDRC, DHDR, THDR)를 발현하는 재조합 대장균을 제작하였고, 해당 미생물은 호기성 조건에서 최초로 이소플라본을 에쿠올로 전환할 수 있었다[10]. 해당 재조합 대장균은 놀랍게도 제니스테인을 5-하이드록시-에쿠올 (5-hydroxy-equol)로 전환할 수 있었으며, 이는 상기 언급한 4 종의 효소가 다이드제인뿐만 아니라 제니스테인에도 기질 선택성을 가짐을 증명한다[11].
자연계에 에쿠올을 합성하는 미생물이 존재함에도 불구하고 재조합 에쿠올 합성 미생물이 주목받는 이유는 장내에서 추출한 미생물을 이용하여 이소플라본을 에쿠올로 전환하는 발효 공정이 생산 단가, 발효 시간 등에 있어서 비효율적이기 때문이다. 반면, 재조합 미생물의 경우 에쿠올 합성 효소를 인위적으로 과발현할 수 있을뿐만 아니라 효소 공학을 통해 효소의 전환능을 향상시킬 수 있고, 이소플라본의 용해도를 증가시킬 때 첨가되는 다양한 용해제에 대한 재조합 미생물의 저항성이 뛰어나서 산업적으로 에쿠올을 대량 생산하는데 있어서 많은 장점을 가진다[12]. 반면, 재조합 미생물을 에쿠올 생산 균주로 사용했을 때의 단점도 존재한다. 최근에 한 논문에 의하면 에쿠올이 재조합 대장균의 생장을 저해한다는 보고도 있으나 이는 ydiS 유전자의 결손에 의해 해결될 수 있음이 증명되었다[13]. 그리고 재조합 대장균을 사용했을 때 한국을 포함한 일부 국가에서는 식품 첨가제로 사용할 수 없다는 문제점이 제기되고 있으며, 이는 향후 재조합 균주의 식품으로의 적용에 대한 법률적 규제가 완화됨에 따라 해결되어야 할 것으로 보인다. 이에 대한 대체제로 경희대 강세찬 박사 연구진이 사람의 장내에서 새롭게 동정한 Pediococcus 및 Lactobacillus 속의 미생물이 고려될 수 있을 것이다. 비록 이 미생물들이 대두 추출물이 아닌 칡(Pueraria lobata) 뿌리 추출액으로부터 에쿠올을 합성할 수 있지만 해당 미생물의 발효는 호기 조건에서 진행될 수 있으며 생산 효율이 기타 장내 미생물의 에쿠올 합성 효율보다 높기 때문이다[14]. 재조합 대장균을 이용할 경우, 식품 첨가물로의 적용은 어렵지만 화장품 첨가제와 같이 규제가 상대적으로 적은 분야로의 적용은 가능하다. 에쿠올의 경우, 활성 산소가 야기하는 피부의 노화를 촉진하는 생물학적 경로를 막고 실제로 주름이 개선되는 효과를 보임이 입증되었다. 따라서 재조합 대장균을 이용하여 생산된 에쿠올은 기능성 화장품 첨가제로서의 적용에 있어서 전망이 밝아 보인다.
3. 수산화 에쿠올의 효능 및 생산
수산화 에쿠올은 여러 임상이 진행되고 효능이 검증된 에쿠올보다 상대적으로 그 생리활성 기능이나 생합성 방법에 대한 연구가 부족하다. 수산화 에쿠올 중 상대적으로 잘 알려진 5-하이드록시-에쿠올은 에쿠올을 합성하는 일부 장내 미생물 (Slackia isoflavoniconvertens) 및 에쿠올 합성 재조합 대장균에 의해 합성됨이 확인되었다. 다만, 공통적으로 생합성 효율은 에쿠올보다 상대적으로 낮음이 확인되었으며[11], 이는 DZNR보다 DHDR 또는 THDR의 해당 이소플라본 대사물 중간체 기질에 대한 촉매 효율이 낮기 때문으로 생각된다. 왜냐하면 여러 미생물에서 동정된 DZNR의 제니스테인에 대한 활성이 다이드제인보다 높기 때문이다. 5-하이드록시-에쿠올은 에스트로겐 수용체에 대한 결합도가 에쿠올보다 낮음이 확인되었기 때문에 체내에서 파이토에스트로겐으로서의 기능을 수행하기보다 다른 기작으로 생리활성을 보일 것으로 생각되고 있다. 현재까지 증명된 5-하이드록시-에쿠올의 생화학적 성질로는 에쿠올보다 항산화 기능이 뛰어나고, glycometabolism을 저해함으로써 간암 세포의 생장 및 전이를 저해함이 알려져 있다[15]. 5-하이드록시-에쿠올 외에 알려진 수산화 에쿠올로는 3’-하이드록시-에쿠올 및 6-하이드록시-에쿠올, 8-하이드록시-에쿠올 등이 있으며 안타깝게도 이들 수산화 에쿠올의 보고된 생리활성 기능은 전무하다. 다만, 최근 논문에 의하면, HpaBC라는 효소 쌍에 의해 3’-하이드록시-에쿠올 또는 6-하이드록시-에쿠올이 선택적으로 합성될 수 있음이 확인되었다[16]. 향후 다양한 수산화 에쿠올의 유익한 기능 및 작용 기전, 고효율 생합성 방법 등에 대한 연구가 진행될 것으로 기대한다.
3. 결론
에쿠올은 사람의 장내에서 공생하는 일부 미생물에 의해 생성되는 유용한 파이토에스트로겐이다. 인류가 콩과 식물을 재배하고 섭취하기 시작한 이후 언제부턴가 특정 미생물에 의해 이소플라본이 에쿠올로 전환되기 시작했다. 주목할 점은 인류의 약 절반 만이 에쿠올 합성 미생물과 공생하고 있다는 것이다. 또한, 해당 미생물이 인간과 공생하면서 에쿠올을 생산함에 따라서 얻는 유익함에 대한 분자생물학적 근거가 아직 밝혀지지 않았다는 것도 흥미롭다. 에쿠올 및 수산화 에쿠올과 같은 에쿠올 유도체가 내포하는 건강 증진 활성에 대한 연구는 아직도 현재 진행 중이다. 또한, 이들의 잠재적 유익성을 최대한 누리기 위해 생합성 분야의 국내외 생물공학자들이 연구를 진행하고 있다.
References
파이토에스트로겐(Phytoestrogen)은 식물로부터 유래한 이차대사산물 중 인체 내에서 에스트로겐 수용체에 작용하여 agonist 또는 antagonist로 작용하는 화합물을 총칭한다. 이소플라보노이드(isoflavonoid), 플라보노이드(flavonoid), 쿠메스탄(coumestan) 계열의 화합물들이 주요한 파이토에스트로겐으로 분류되며, 이소플라보노이드 및 쿠메스탄은 각각 이소플라본(isoflavone) 및 쿠메스트롤(coumestrol)의 형태로 콩과 식물에 다량 함유되어 있음이 알려져 있다(그림 1).
그림 1 파이토에스트로겐으로 분류되는 화합물의 분자 구조. 제니스테인(이소플라본), 아피제닌(플라보노이드), 쿠메스트롤(쿠메스탄)
본 보고서에서는 이러한 파이토에스트로겐 중 장내에서 분자 화학적 성질이 변하여 인체 내에서 다양한 생리활성기능을 보이는 이소플라본 및 그 유도체인 에쿠올에 대해서 집중적으로 소개한다. 인간의 섭식 활동으로 장내 환경에 노출된 파이토에스트로겐은 장내 환경을 구성하는 다양한 미생물총(마이크로바이옴, microbiome)들의 대사 활동에 의해 분해 또는 변형됨이 알려져 있다. 특히, 이와 같은 사례는 이소플라본인 다이드제인(daidzein) 또는 제니스테인(genistein)에 대해서 집중적으로 연구되었으며, 주요한 대사 산물인 에쿠올(equol)은 에스트로겐 수용체에 보다 선택적으로 강하게 결합하여 에스트로겐 수용체에 대한 agonist 또는 antagonist로서의 역할을 수행함이 규명되었다[1]. 에쿠올은 또한 장내 마이크로바이옴에 의해 생성되는 자연계 유래 천연물이라는 점과, 체내 에쿠올의 농도가 여성의 갱년기 증상 완화와 직접적 상관관계가 있음이 증명됨에 따라 그 중요성 및 실용성이 강조되어 왔다. 본 보고서에서는 구체적으로 에쿠올을 생합성하는 장내 미생물 및 재조합 미생물을 소개함과 동시에 부차적으로 합성된다고 알려진 수산화 에쿠올의 생리활성 기능 및 합성 효소에 대해 소개하겠다.
2. 파이토에스트로겐 생산 미생물
2.1. 장 유래 에쿠올 생산 미생물
장내 미생물총에 의해 생합성되는 대표적인 파이토에스트로겐으로 ‘에쿠올 (equol)’이 있다. 에쿠올은 사람의 소변에서 처음으로 관찰되었으며, 사람이 섭취한 이소플라본 (isoflavone)이 장내에서 에쿠올로 변환되거나, 이소플라본을 섭취한 젖소의 장에서 에쿠올로 변환되어 유제품의 형태로 사람이 섭취됨이 알려졌다[1,2]. 2005년 광주과학기술원의 허호길 박사 연구진 및 서울대 김수일 박사 연구진에 의해 처음으로 단일 미생물인 strain Julong 732에 의해 에쿠올이 합성됨이 보고되었다[3]. 이후 다수의 에쿠올 합성 미생물이 보고되었으며, 이들 중 대부분이 코리오박테리아과에 속하는 Eggerthella, Slackia, Adlercreutzia 속들의 미생물이며, 비코리오박테리아과에 속하는 미생물 중 에쿠올을 합성하는 미생물로는 Bifidobacteria, Lactococcus garvieae 등이 보고되었다. 공통적으로 에쿠올을 합성하는 장내 미생물들은 혐기성 미생물 (strictly anaerobic bacteria)이며, 일부 미생물들은 다이드제인을 에쿠올로 변환할 수 있는 반면, 일부는 다이하이드로다이드제인만을 에쿠올로 변환할 수 있음이 확인되었다(그림 2). 또한, 자연계 유래의 미생물에 의해 합성된 에쿠올은 모두 S-에쿠올로서 에쿠올을 합성하는 효소의 광학 선택성이 일정함을 반증한다[1].
그림 2 다이드제인(daidzein)에서 S-에쿠올(equol)로의 생합성 경로
2.2. 에쿠올 생합성 효소
2005년부터 에쿠올을 생합성할 수 있는 다수의 미생물들이 동정되었지만 에쿠올 생합성에 관여하는 해당 미생물의 효소에 대한 규명은 2010년 이후부터 일본의 오츠카 제약 연구진에 의해서 차례로 규명되었다. 가장 먼저 규명된 에쿠올 생합성 효소는 이소플라본인 다이드제인 또는 제니스테인을 환원 형태인 다이하이드로다이드제인 또는 다이하이드로제니스테인으로 변환하는 “다이드제인 환원효소 (daidzein reductase, DZNR)”이다[4]. 이 효소는 이소플라본의 C-ring에 존재하는 탄소 이중결합을 단일결합으로 환원시켜 비카이랄 화합물인 이소플라본을 카이랄 형태인 이소플라바논 형태로 전환시키는 ene-reductase의 일종이다. 이 때 효소의 환원력으로 NAD(P)H를 사용하며, 전자 전달체로 iron-sulfur cluster를 갖고 있기 때문에 혐기 조건에서만 효소 반응이 가능하다. 또한 DZNR은 이소플라본을 R-형태의 카이랄 이소플라바논으로만 전환하며, 합성된 R-이소플라바논은 수용액에서 토토머화 (tautomerization) 또는 또 다른 효소인 다이하이드로다이드제인 라세미화 효소 (dihydrodaidzein racemase, DDRC)에 의해 S-이소플라바논으로 전환된다[5]. 장내 미생물 중에는 DZNR만을 갖고 있어서 이소플라본을 이소플라바논까지만 합성하기도 한다.
앞서 언급한 두 개의 효소 (DZNR, DDRC)에 의해 합성된 S-이소플라바논은 이어서 또 다른 두 개의 환원효소에 의해 최종적으로 S-에쿠올로 합성된다[6]. 먼저, short-chain dehydrogenase/reductase (SDR) 계열의 효소인 다이하이드로다이드제인 환원효소 (dihydrodaidzein reductase, DHDR)에 의해 (3S, 4R)-테트라하이드로다이드제인 (tetrahydrodaidzein)이 선택적으로 합성되며, 마지막으로 테트라하이드로다이드제인 환원효소 (tetrahydrodaidzein reductase, THDR)에 의해 S-에쿠올이 합성된다. 두 효소의 촉매 메커니즘을 좀 더 분석하였을 때, DHDR은 통상적인 SDR family 효소와 같이 NAD(P)H에서 공급받은 환원력으로 케톤 작용기를 알코올 작용기로 환원하여 테트라하이드로다이드제인을 합성하지만, THDR의 경우 정확히 어떠한 촉매 메커니즘으로 탈산소화 반응을 진행하여 에쿠올을 합성하는지 확증된 바 없다. 다만, 최근 몇몇 논문에 의하면 라디칼 중간체를 거치거나 혹은 기질 한 분자가 dehydrogenation될 때 다른 한 분자는 탈산소화 반응이 되는 dismutation 반응의 메커니즘이 제시되었다[7,8]. 촉매 효율로는 DZNR > DHDR > THDR 순임이 확인되었으며[9], 이와 같은 사실은 이소플라본이 에쿠올로 전환됨에 있어서 DHDR 또는 THDR의 발현량 및 활성이 보다 중요함을 시사한다.
2.3. 에쿠올 생합성 재조합 미생물
2010~2013년에 걸쳐 Lactococcus garvieae를 필두로 Slackia isoflavoniconvertens, Slackia sp. NATTS, Eggerthella sp. YY7918 등의 미생물에서의 에쿠올 생합성 효소가 동정됨에 따라 이들 유전 정보를 이용한 에쿠올 생합성 재조합 미생물에 대한 보고가 2016년부터 발표되었다. 대표적으로 서울대 김병기 박사 연구진은 2016년에 상기 언급한 4개의 효소 (DZNR, DDRC, DHDR, THDR)를 발현하는 재조합 대장균을 제작하였고, 해당 미생물은 호기성 조건에서 최초로 이소플라본을 에쿠올로 전환할 수 있었다[10]. 해당 재조합 대장균은 놀랍게도 제니스테인을 5-하이드록시-에쿠올 (5-hydroxy-equol)로 전환할 수 있었으며, 이는 상기 언급한 4 종의 효소가 다이드제인뿐만 아니라 제니스테인에도 기질 선택성을 가짐을 증명한다[11].
자연계에 에쿠올을 합성하는 미생물이 존재함에도 불구하고 재조합 에쿠올 합성 미생물이 주목받는 이유는 장내에서 추출한 미생물을 이용하여 이소플라본을 에쿠올로 전환하는 발효 공정이 생산 단가, 발효 시간 등에 있어서 비효율적이기 때문이다. 반면, 재조합 미생물의 경우 에쿠올 합성 효소를 인위적으로 과발현할 수 있을뿐만 아니라 효소 공학을 통해 효소의 전환능을 향상시킬 수 있고, 이소플라본의 용해도를 증가시킬 때 첨가되는 다양한 용해제에 대한 재조합 미생물의 저항성이 뛰어나서 산업적으로 에쿠올을 대량 생산하는데 있어서 많은 장점을 가진다[12]. 반면, 재조합 미생물을 에쿠올 생산 균주로 사용했을 때의 단점도 존재한다. 최근에 한 논문에 의하면 에쿠올이 재조합 대장균의 생장을 저해한다는 보고도 있으나 이는 ydiS 유전자의 결손에 의해 해결될 수 있음이 증명되었다[13]. 그리고 재조합 대장균을 사용했을 때 한국을 포함한 일부 국가에서는 식품 첨가제로 사용할 수 없다는 문제점이 제기되고 있으며, 이는 향후 재조합 균주의 식품으로의 적용에 대한 법률적 규제가 완화됨에 따라 해결되어야 할 것으로 보인다. 이에 대한 대체제로 경희대 강세찬 박사 연구진이 사람의 장내에서 새롭게 동정한 Pediococcus 및 Lactobacillus 속의 미생물이 고려될 수 있을 것이다. 비록 이 미생물들이 대두 추출물이 아닌 칡(Pueraria lobata) 뿌리 추출액으로부터 에쿠올을 합성할 수 있지만 해당 미생물의 발효는 호기 조건에서 진행될 수 있으며 생산 효율이 기타 장내 미생물의 에쿠올 합성 효율보다 높기 때문이다[14]. 재조합 대장균을 이용할 경우, 식품 첨가물로의 적용은 어렵지만 화장품 첨가제와 같이 규제가 상대적으로 적은 분야로의 적용은 가능하다. 에쿠올의 경우, 활성 산소가 야기하는 피부의 노화를 촉진하는 생물학적 경로를 막고 실제로 주름이 개선되는 효과를 보임이 입증되었다. 따라서 재조합 대장균을 이용하여 생산된 에쿠올은 기능성 화장품 첨가제로서의 적용에 있어서 전망이 밝아 보인다.
3. 수산화 에쿠올의 효능 및 생산
수산화 에쿠올은 여러 임상이 진행되고 효능이 검증된 에쿠올보다 상대적으로 그 생리활성 기능이나 생합성 방법에 대한 연구가 부족하다. 수산화 에쿠올 중 상대적으로 잘 알려진 5-하이드록시-에쿠올은 에쿠올을 합성하는 일부 장내 미생물 (Slackia isoflavoniconvertens) 및 에쿠올 합성 재조합 대장균에 의해 합성됨이 확인되었다. 다만, 공통적으로 생합성 효율은 에쿠올보다 상대적으로 낮음이 확인되었으며[11], 이는 DZNR보다 DHDR 또는 THDR의 해당 이소플라본 대사물 중간체 기질에 대한 촉매 효율이 낮기 때문으로 생각된다. 왜냐하면 여러 미생물에서 동정된 DZNR의 제니스테인에 대한 활성이 다이드제인보다 높기 때문이다. 5-하이드록시-에쿠올은 에스트로겐 수용체에 대한 결합도가 에쿠올보다 낮음이 확인되었기 때문에 체내에서 파이토에스트로겐으로서의 기능을 수행하기보다 다른 기작으로 생리활성을 보일 것으로 생각되고 있다. 현재까지 증명된 5-하이드록시-에쿠올의 생화학적 성질로는 에쿠올보다 항산화 기능이 뛰어나고, glycometabolism을 저해함으로써 간암 세포의 생장 및 전이를 저해함이 알려져 있다[15]. 5-하이드록시-에쿠올 외에 알려진 수산화 에쿠올로는 3’-하이드록시-에쿠올 및 6-하이드록시-에쿠올, 8-하이드록시-에쿠올 등이 있으며 안타깝게도 이들 수산화 에쿠올의 보고된 생리활성 기능은 전무하다. 다만, 최근 논문에 의하면, HpaBC라는 효소 쌍에 의해 3’-하이드록시-에쿠올 또는 6-하이드록시-에쿠올이 선택적으로 합성될 수 있음이 확인되었다[16]. 향후 다양한 수산화 에쿠올의 유익한 기능 및 작용 기전, 고효율 생합성 방법 등에 대한 연구가 진행될 것으로 기대한다.
3. 결론
에쿠올은 사람의 장내에서 공생하는 일부 미생물에 의해 생성되는 유용한 파이토에스트로겐이다. 인류가 콩과 식물을 재배하고 섭취하기 시작한 이후 언제부턴가 특정 미생물에 의해 이소플라본이 에쿠올로 전환되기 시작했다. 주목할 점은 인류의 약 절반 만이 에쿠올 합성 미생물과 공생하고 있다는 것이다. 또한, 해당 미생물이 인간과 공생하면서 에쿠올을 생산함에 따라서 얻는 유익함에 대한 분자생물학적 근거가 아직 밝혀지지 않았다는 것도 흥미롭다. 에쿠올 및 수산화 에쿠올과 같은 에쿠올 유도체가 내포하는 건강 증진 활성에 대한 연구는 아직도 현재 진행 중이다. 또한, 이들의 잠재적 유익성을 최대한 누리기 위해 생합성 분야의 국내외 생물공학자들이 연구를 진행하고 있다.
References
- Setchell, K. D. R. et al. S-Equol, a potent ligand for estrogen receptor b, is the exclusive enantiomeric form of the soy isoflavone metabolite produced by human intestinal bacterial flora. The American Journal of Clinical Nutrition, 81, 1072-1079, 2005.
- Mustonen, E. A. et al. Equol in milk of dairy cows is derived from forage legumes such as red clover. British Journal of Nutrition, 102, 1552-1556, 2009.
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