Anti-MRSA (Methicillin Resistant Staphylococcus aureus) Activity of Aspergillus oryzae Fermentation Extract of Ecklonia cava Residue

Abstract

다양한 해양유래 생물종을 대상으로 실시한 일련의 연구에서 해조류인 감태에서 가장 뛰어난 anti-MRSA 활성이 조사되었고, 또한 열수 추출 후의 감태 부산물에서도 상당 수준의 anti-MRSA 활성이 관찰되었다. 감태는 우리나라 제주도 지역에서 자생하는 대형 갈조류로서 그 열수 추출물은 식품과 화장품 등의 원료로 최근 주목을 받고 있다. 하지만 열수 추출 후에 대량으로 발생하는 부산물은 극히 일부분만 퇴비로 사용 될 뿐이고 대부분은 산업 쓰레기로 무단 방치 되거나 해양에 투기하고 있는 실정이다. 따라서, 다량의 생리활성 성분을 여전히 가지고 있는 것으로 기대되는 감태 부산물의 산업적 활용범위를 넓히기 위한 시도가 필요하다. 이에 본 연구에서는 감태 부산물의 산업적 이용도를 증대하기 위하여 추출공정에 미생물 발효공정을 도입하고 미생물의 발효 (즉 효소 분해 작용)에 의해 MRSA에 대한 항균활성이 어떻게 변화하는지를 연구하였다. 또한, 감태 부산물의 항균 특성에 대하여도 조사 하였다. 감태 부산물 추출액을 유기용매로 획분하고 각 획분의 MRSA에 대한 항균활성 실험 결과 EtoAc 획분 > n-BuOH 획분 순으로 항균활성이 나타났으며 n-hexan 획분, CH2Cl2 획분, H2O 획분에서는 항균활성이 나타나지 않았다. 감태 부산물을 황국균으로 액상 발효하였을 경우에도 감태 부산물의 추출물 처럼 EtoAc 획분에서 가장 높은 항균활성이 관찰되었다. 감태 부산물의 황국균 발효 추출물의 경우 EtoAc 획분의 MRSA에 대한 MIC 값이 64～256 μg/ml 으로 감태 부산물의 EtoAc 획분의 MIC 값(128～256 μg/ml) 보다 증가 하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는, 유용 성분의 열수 추출 후에도 세포벽 등의 세포 조직에 다량으로 남아 있는 항균성 물질들이 황국균에 의해서 생산되는 다양한 효소들의 분해 작용에 의해 보다 효과적으로 추출된 것으로 사료 되었고, 실제 HPLC를 이용하여 분석한 결과 감태의 phlorotannins 중 MRSA에 대한 강한 항균 활성을 가지고 있는 것으로 알려진 dieckol의 함량이 발효에 의해 증가된 것으로 조사되었다. 이외에도 다른 세균들에 대한 항균활성도 발효에 의해 증가한 것으로 조사되어 대량으로 발생하는 감태의 열수 추출부산물에 대한 미생물 발효공정의 적용은 천연 항생제의 개발에 이용될 수 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

In an effort to discover an alternative therapeutic agent against MRSA, several medicinal plants and seaweeds were screened. Among them, the extract of E. cava residue exhibited significant antibacterial activity against MRSA. To perform more detailed investigation on antibacterial activity, the extract was further fractioned with organic solvents such as n-hexane (C6H14), dichloromethane (CH2Cl2), ethyl acetate (EtOAc), n-buthanol (n-BuOH), and water (H2O). Among them, the ethyl acetate fraction showed the strongest anti-MRSA activity and MIC values of the fraction against MRSA stains were in the ranges of 128-256 μg per ml. Interestingly, the anti-MRSA activity of E. cava residue was seemed to enhance by A. oryzae fermentation. After 2-3 days of fungal fermentation of E. cava residue, the MIC values of ethyl acetate extract against MRSA stains in the ranges of 64-128 μg per ml. Interestingly, the yield of solvent soluble compounds was also increased as extended the periods of fungal fermentation. Among the solvent extracts, the yield of ethyl acetate fraction was dramatically increased. From these results, it was supposed that the fungal fermentation mainly resulted in the break-down of ethyl acetate soluble compounds in the E. cava residue and the ethyl acetate soluble compounds of E. cava would be mainly related with the anti-MRSA activity. In E. cava, phlorotannins has been known as major ethyl acetate soluble compounds. All of phlorotannins exhibit significant anti-MRSA activity. Among them, dieckol showed the strongest activity against MRSA. The MICs of dieckol in the ranges of 32-128 μg per ml were equal to or less than those of other phlorotannins against the MRSA strains. The total content of phlorotannins was increased as extended the periods of fermentation. The highest content of phlorotannins was observed after 2 days of fermentation and then the content was apt to decreased afterward. The dieckol was a major compound over all periods of fermentation compared to other phlorotannins. The highest content of dieckol was observed after 2 days of fermentation and the strongest anti-MRSA activity was also observed after 2 days of fermentation. Considering above results, dieckol seems to be one of major anti-MRSA substances in E. cava.