Production and Regulation of Gamma-aminobutyric Acid (GABA) Enriched Sea Tangle Extract by Lactic Acid Bacterial Fermentation

Abstract

다시마는 (Saccharina Japonica) 전통적으로 한국과 일본에서 식용으로 이용되어 왔고 항산화, 항균, 항당뇨, 함염 등의 효과가 있다고 보고 되어 있다. 선행 연구를 통하여 Lactobacillus brevis BJ 20을 사용하여 다시마 발효 추출물에서 gamma amino butyric acid (GABA) 전환에 성공하였고, 이러한 GABA가 풍부한 다시마 발효 추출액은 간기능 보호, 항산화, 항염증 등 다양한 생리활성을 가진다고 보고 되어 있다. 하지만 GABA 전환에 대한 gene regulation 에 대해서는 잘 알려져 있지 않아 본 연구에서는 GABA 전환을 극대화 하기 위해서 L. brevis BJ20 에 의해glutamic acid가 GABA 로 전환되는 gene regulation에 대해 규명하기 위해 실험 하였다. GABA 전환의 극대화를 위해, 유산균의 증식에 영향을 미치는 요소인 탄소원, 질소원, 유리 아미노산을 다시마 추출물에 첨가하여 균 증식 및 GABA를 측정하였고, GAB의 경우 HPLC로 측정하였다. 그 결과, 탄소원의 경우 다시마 추출물에 glucose 1%을 첨가 하였을 경우 균의 증식은 유산균 증식 배지인 MRS broth 와 유사하였지만 GABA는 생성되지 않았다. 질소원의 경우, 다시마 추출물에 3% yeast extract 첨가 하였을 경우 균의 증식이 MRS broth와 유사하게 나타났고 GABA 전환 역시 6.36%로 가장 높게 측정 되었다. 이는 질소원에 있는 아미노산의 영향으로 판단 되어 GABA 전환에 대한 유리 아미노산의 영향을 분석하였다. 하지만, 다시마 추출물에 부족한 유리 아미노산을 첨가한 경우에도, GABA의 전환은 나타나지 않았다. 또한, MRS broth의 경우에도 거의 GABA 전환이 이루어지지 않았는데, 이는 MRS broth에 있는 glutamic acid 의 함량이 낮은 것이 원인으로 분석 되었다. 이상의 결과를 종합해 보면, 다시마 추출물에 첨가한 yeast extract 가 glutamic acid 의 GABA 전환에 중요한 인자로 판단된다. 이에 GABA 전환에 관여하는 유전자 발현에 대한 yeast extract 첨가의 영향을 조사하였다 Yeast extract를 함유한 다시마 추출액에서 발효 108시간에 glutamate acid가 GABA로 거의 다 전환된 것으로 분석 되어, 이 조건에서 GABA 전환에 관여하는 유전자 발현을 RT-PCR로 모니터링 하였다. 그 결과 GABA 전환에 관여하는 관련 유전자인 glutamate transcriptional regulator gene (gadR), gamma aminobutyric antiporter gene (gadC)와 glutamate decarboxylase gene (gadB)의 발현은 yeast extract 가 첨가된 다시마 추출물에서만 나타났다. 이상의 결과는 향후, 다시마 등의 해조류 발효를 통해 GABA 와 같은 bioactive compound를 다량 함유하는 고부가가치제품의 개발을 위한 최적 발효조건 연구에 연결될 것으로 기대된다.