세균은 다당류인 한천을 분해하여 단당류로 전환할 수 있는 효소인 한천분해효소를 가지고 있어 한천을 에너지원으로 사용하고 부수물을 만들 수 있다. 이러한 분해과정 중 얻어지는 분해산물은 식의약, 기능성 식품, 화장품 및 의약품에 응용이 가능하고 생물학적으로 다양한 기능을 가지고 있다. 본 논문은 한천 대사물질 연구를 통해 향후 기초연구 및 응용연구에 적용하고자 한다.
<h1>세균에 의한 한천의 분해</h1><p>전 지구적인 탄소순환에 있어 세균의 역할이 중요한데 홍조류의 생물량 분해에는 한천분해효소인 agarase와 카라기난 분해효소인 carraggeenase 등을 생산하는 미생물들의 역할이 중요하므로, 이에 근거하여 agarase 생산 미생물을 탐색할 수 있다. 한천을 에너지원과 탄소원으로 이용하기 위해서는 다당류인 한천을 분해하여 올리고당으로 만들고 이를 다시 단당류로 전환하는 과정이 필요하다. Pseudoalteromonas atlan-tica는 분비형 agarase로 agarose를 neoagarotetraose로 분해 한 후 원형질막주위 효소(periplasmic enzyme)인 다른 agarase가 neoagarotetraose (NA4)를 neoagarobiose (NA2)로 분해하고 역시 원형질막주위 효소인 neoagarobiose hydrolase NABH에 의해 단당류인 D-galactose와 AHG가 생성되며 세포질에서 이용된다. 원형질막주위 효소인 agarase는 세포내에서는 \( \beta \)-neoagarotetraose hydrolase라는 명칭으로 보고 되었다. Vibrio sp. JT0107은 분비형 agarase가 agarose를 NA2와 NA4로 분해한 후, 원형질막주위 효소인 \( \alpha \)-L-galactosidase가 neoagarooligosaccharides의 비환원말단에서 \( \alpha \)(1,3) 결합을 끊어 단당류를 생산한다. Bacillus sp. MK03은 agarase에 의해 생산된 NA4 혹은 neoagarohexaose (NA6)의 비환원말단에 있는 \( \alpha \)(1,3) 결합을 \( \alpha \)-neoagarooligosaccharide hydrolase에 의해 절단하여 AHG와 agarotriose 혹은 agaropentaose를 생산한다.</p><p>Saccharophagus degrandans 2-40에 agarose를 탄소원으로 공급하면 다른 탄소원들이 이용하지 않는 이화경로를 사용하고 아미노산과 핵산 생합성의 중간체들이 증가하였다는 보고가 있어, 향후 기초연구와 응용연구에 이용이 가능할 것으로 기대된다.</p><h1>한천분해산물의 기능성</h1><p>한천과 같은 황함유 다당류와 한천 분해산물은 항응고 작용, 항바이러스 작용, 면역-염증 작용 등 다양한 생물학적 활성을 나타내어 식의약(neutraceutical) 식품, 기능성 식품, 화장품 및 의약품에 응용이 가능하다. 한천의 \( \beta \)-agarase 산물인 네오한천올리고당의 기능성은 많이 보고되고 있는데, 항암 기능, 대식세포 활성화, 자유라디칼과 과산화라디칼 및 지질의 과산화를 방지하는 항산화 활성, 장내세균의 활성화로 건강에 도움을 주는 prebiotic 효과, 활성산소종(ROS)으로부터 간을 보호하는 효과, 미생물성장을 저해하는 효과 등이 있다. 한편, \( \alpha \)-agarase가 한천에 작용하여 생산되는 한천올리고당의 기능성도 보고되어 있는데, 항산화 활성과 항암 활성 등이 있으며, 홍조류의 구성성분인 porphyran의 \( \alpha \)-agarase 분해산물도 자유라디칼과 과산화라디칼을 제거하는 항산화 활성이 있다.</p><p>특히, NA2는 미백 효과와 보습 효과를 동시에 가지는 것으로 보고되었는데 \( 100 \mathrm{mg}\)의 NA2가 피부보습제로 사용되는 sodium hyaluronate나 glycerol보다 많은 \( 30 \mathrm{mg} \) 이상의 물을 함유하였다. NA2는 형성된 멜라닌 색소의 감소가 아닌 tyrosinase의 활성을 저해하여 멜라닌의 생합성을 저해하는 기작으로 이는 상업적으로 이용되는 kojic acid나 arbutin과 동일한 미백 기작이지만 kojic acid나 arbutin과 달리 세포독성이 없어 향후 응용가능성이 높다고 할 수 있다. Jang 등은 NA4 처리된 멜라노마(melanoma) 세포의 멜라닌 함량이 kojic acid나 arbutin 처리한 경우와 유사하고 세포 독성은 없다고 보고하였다.</p>