식물의 이차대사산물 중 하나인 플라보노이드는 항산화, 항암, 항노화, 항균, 항염 등의 건강에 이로운 효능과 식물성 질병 방어물질로서의 작용을 하는 중요한 소재이다. 플라보노이드의 생산에 있어 미생물을 이용한 시스템은 배양의 용이성, 형질전환 가능성, 대사조절이 가능한 점 등으로 다른 방법에 비해 우수한 점이 많으며, 이에 따라 플라보노이드 생산 공정시스템 개발을 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그러나 플라보노이드를 화학합성하는 방법은 독성물질이 필요하거나 극단적인 반응조건이 필요한 경우가 있어 문제점이 있다.
<h1>서 론</h1> <p>식물이 생합성 하는 알칼로이드, 테르페노이드, 폴리페놀 등과 같은 이차대사산물은 기능성식품, 화장품, 의약품 등을 개발하기 위한 중요한 소재이다. 특히 폴리페놀에 속하는 플라보노이드는 가장 잘 알려진 이차대사산물중의 하나로서 항산화, 항암, 항노화, 항균, 항염 등과 사람의 건강과 관련된 다양한 생리적 기능뿐만 아니라 박테리아, 곰팡이, 바이러스, 곤충 등에 의해 야기되는 식물성 병에 대한 방어물질로 작용하는 것으로 알려져 있다. 플라보노이드의 다양한 의학적 유용성에도 불구하고 대부분의 플라보노이드는 식물로부터 추출하여 사용되기 때문에 유용한 플라보노이드를 안정적이고 일정하게 공급하는 것이 어렵다. 화학합성법으로 플라보노이드를 생합성 할 수 있지만, 플라보노이드 합성반응에 독성물질이 필요하거나 때로는 아주 극단적인 반응조건을 필요로 하는 경우가 있다. 따라서 이러한 어려움을 극복하고 다양한 식 \( \cdot \)의약 소재로 사용하기 위해 플라보노이드를 안정적으로 공급하기 위한 방법으로 식물세포배양법, hairy root배양법, 효모배양법, 미생물 배양법 등을 이용한 생산법 개발들이 시도되고 있다. 이들 중 미생물을 이용한 플라보노이드 생산시스템은 다른 생산 공정법에 비해 배양이 쉅고, 형질전환이 가능하며, 생합성에 필요한 각종 조효소들의 생합성경로 대사조절이 가능하기 때문에 최근들어 플라보노이드 생산 공정시스템을 개발하려는 연구가 다양하게 시도되고 있다.</p> <p>플라보노이드는 식물에서 페닐프로파노이드 생합성경로를 통해서 만들어지는 플라보노이드는 현재 약 9,000종 이상이 다양한 식물들에서 발견되고 있다. 식물에서 플라보노이드 생합성은 phenylalanine ammonia lyase (PAL)에 의해 페닐알라닌을 cinnamic acid로 전환하는 것으로부터 시작한다. Cinnamic acid는 cinnamic acid 4-hydroxylase에 의해 p-coumaric acid로 전환되고 순차적으로 4-Coumarate-CoA ligase, Chalcone synthase, chalcone isomerase에 의해 naringenin이 생합성되고 이는 다양한 플라보노이드를 생합성의 전구물질로 사용된다. 플라보노이드는 일반적으로 B링과 C링의 연결위치, hydroxylation, oxidation, saturation의 정도에 따라 플라바논, 플라보놀, 플라본, 이소플라본, 플라반-3-ol, 안토시아닌 등의 6그룹으로 나누어진다. 이들 중 플라보놀은 폐암, 결장암, 유방암, 위암, 식도암, 류마티스관절염, 당뇨병, 천식, 백내장 등의 다양한 질병에 효과를 보이는 것으로 보고되고 있다. 플라보놀은 안토시아닌, 프로안토시아닌과 생합성 경로를 공유한다. 일반적으로 식물에서 flavonol의 합성은 naringenin을 시발물질로 flavanone 3-hydroxylase (F3H)에 의해 dihydroflavonol로 촉매 되고 이는 다시 flavonol synthase (FLS)에 의해 flavonol (kaempferol)이 생합성 된다(Fig. 1). 하지만, 최근의 연구에 의하면 이러한 naringenin으로부터 kaempferol을 생합성 할 수 있는 새로운 type의 FLS유전자가 보고되었다.</p> <p>Isokaempferide는 주로 Amburana cearensis와 Cirsium rivulare(Jacq.) 로부터 추출되는 3-O-methylated kaempferol이다. Isokaempferide (5,7,4'-trihydroxy-3-methoxyflavone)의 in vitro 연구에서 간 보호, 항균, 항증식성, 항염 등의 효과를 가지는 것을 보였으며 기니 피그 적출기관(guinea pig isolated trachea)을 대상으로 한 실험에서 isokaempferide는 근육이완효과를 보였다. 이와 같이 다양한 생리활성에도 불구하고 isokaempferide는 식물에서 추출되어 사용되기 때문에 이물질을 안정적으로 공급하기 위해서는 공간적 계절적으로 많은 제약을 받는다. 따라서 isokaempferide의 공급뿐만 아니라 다른 생리활성들을 탐색하기 위해서 이 물질을 안정적으로 공급할 수 있는 대체 생산법의 개발이 필요하다.</p>