Streptomyces althioticus에서 신규 Resistoflavin 유도체의 분리 및 구조규명에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 제주도 연안 퇴적토에서 분리한 해양 방선균 Streptomyces althioticus 2304JJ-041 을 포함한 해양 미생물로부터 신규 이차대사산물을 분리·구조 규명하고, 그들의 생리활성을 평가하기 위하여 수행되었다. 분리된 균주는 16S rRNA 유전자 염기서열 분석을 통해 동정하였으며, 각 균주를 다양한 배지 조건에서 배양한 후 유기용매 추출, 분획, 컬럼 크로마토그래피 및 HPLC 재정제를 통해 순수 화합물을 확보하였다. 본 석사학위 논문은 학위 기간동안 연구한 대표적인 6 종의 미생물에서 분리한 신규화합물 4 종을 포함한 총 19 종의 화합물에 대한 연구 결과를 포함한다. Streptomyces althioticus 2304JJ-041 균주로부터는 폴리케타이드(polyketide) 계열의 화합물들이 분리되었으며, 이 중 두 종은 신규 resistomycin-type 폴리케타이드인 1-hydroxy-1- norresistoflavin B 와 C 로 규명되었다. 분리된 화합물들의 구조는 HRESIMS, 1D/2D NMR (COSY, HSQC, HMBC), IR, ECD 스펙트럼 등의 분광학적 분석을 통해 구조를 확립하였다. 특히 신규 화합물들은 기존 resistoflavin 계열과 유사한 평면구조를 가지면서도, 입체화학적 차이를 통해 독특한 물리·화학적 특성을 나타내었다. 또한, Streptomyces lopnurensis 246DD-101 균주로부터는 문헌상 보고된 bafilomycin 계열 화합물들이 확인되었으며, 이들에 대해서는 분광학적 분석을 기반으로 구조적 특징을 검토하였다. 아울러, 해당 균주는 문헌상 bafilomycin 유도체가 보고된 계통과 유사성을 보여, 향후 관련 유도체가 생성될 가능성을 시사하였다. 본 연구는 이러한 known compounds 의 구조 정보 및 분석 데이터를 정리함으로써, 후속 연구의 기초 자료로서 의미를 가진다. 분리된 일부 화합물들은 다양한 암세포 주에 대한 세포독성 평가를 통해 생리활성을 검정하였으며, 그중 일부는 우수한 항암 활성을 보였다. 본 연구는 해양 방선균 유래 이차대사산물의 화학적 다양성과 구조적 독창성을 확인하고, 신규 해양 천연물의 약리학적 응용 가능성을 제시하였다는 점에서 의의가 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aimed to isolate and characterize new secondary metabolites from marine-derived microorganisms, including Streptomyces althioticus 2304JJ- 041 and Streptomyces lopnurensis 246DD-101, which were obtained from diverse marine environments around the Korean Peninsula, and to evaluate their biological activities. The strains were identified by 16S rRNA gene sequencing, cultivated under various culture conditions, and subjected to solvent extraction, column chromatography, and HPLC purification to yield pure compounds. A total of 19 metabolites, including four new compounds, were isolated from six representative marine-derived microorganisms. From S. althioticus 2304JJ-041, two new resistomycin-type polyketides, 1-hydroxy-1-norresistoflavin B and C, were identified. Their structures were elucidated by extensive spectroscopic analyses, including HRESIMS, 1D and 2D NMR (COSY, HSQC, and HMBC), IR, and ECD measurements. These compounds shared planar structures with known resistoflavin analogues but exhibited distinct physicochemical properties resulting from stereochemical differences. Some of the isolated compounds displayed significant cytotoxic activity against various human cancer cell lines. From S. lopnurensis 246DD-101, several known Bafilomycin-related metabolites were identified and structurally examined. The strain also showed characteristics typical of taxa known to produce Bafilomycin derivatives, suggesting potential for related metabolites within this lineage. Overall, this study underscores the remarkable chemical diversity and structural novelty of secondary metabolites derived from marine actinomycetes and highlights their potential as promising candidates for future drug discovery and marine natural product research.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 실험 재료 및 방법 4
• 1. 실험기기 및 시약 4
• 1.1. 실험기기 4
• 1.1.1. NMR spectrometer 4
• 1.2. 용매 5
• 1.3. 시약 및 충진제 5
• 1.4. 배지 6
• 1.4.1. Bennett’s agar (BN) 배지 6
• 1.4.2. Actinomycete Isolation Agar (AIA) 배지 7
• 1.4.3. Humic acid Vitamin Agar (HV) 배지 8
• 1.4.4. Bennett’s broth 배지 9
• 1.5. 절대 구조 규명 10
• 1.5.1. ECD 계산 10
• 1.5.2. ECD 측정 10
• 1.6. 생물학적 활성 검색 11
• 1.6.1. 항균 활성 검색 11
• 1.6.2. 세포독성 검색 11
• Ⅲ. 결과 및 고찰 13
• 2. 해양 미생물의 분리 13
• 2.1. 해양 방선균 Streptomyces althioticus 2304JJ-041의 분리 및 동정 14
• 2.2. 해양 방선균 Streptomyces lopnurensis 246DD-101의 분리 및 동정 15
• 2.3. 해양 박테리아 salinimonas lutimaris 228DD-019의 분리 및 동정 17
• 2.4. 해양 세균 Bacillus subtilis 228DD-046의 분리 및 동정 18
• 2.5. 해양 세균 Bacillus subtilis 238DD-099의 분리 및 동정 19
• 2.6. 해양 세균 Shewanella algae 239DD-026의 분리 및 동정 20
• 3. 해양미생물의 배양 및 2차 대사산물의 분리와 구조 규명 21
• 3.1. Streptomyces althioticus 2304JJ-041 21
• 3.1.1. 배양 및 추출 21
• 3.1.2. 분리 및 정제 24
• 3.1.3. 2304JJ-041에서 분리된 화합물 25
• 3.1.3.1. 화합물 1의 분리 및 구조 규명 25
• 3.1.3.2. 화합물 2의 분리 및 구조 규명 25
• 3.1.3.3. 신규화합물 3(1-hydroxy—1-norresistoflavin B)의 분리 및 구조 규명 26
• 3.1.3.4. 신규화합물 4(1-hydroxy-1-norresistoflavin C)의 분리 및 구조 규명 27
• 3.1.3.5. 화합물 5의 분리 및 구조 규명 29
• 3.1.3.6. 신규화합물 3(1-hydroxy-1-norresistoflavin B)과 4(1-hydroxy-1-norresistoflavin C)의 입체화학적 구조 규명 30
• 3.1.3.7. 신규화합물 3(1-hydroxy-1-norresistoflavin B)과 4(1-hydroxy-1-norresistoflavin C)의 빛에 따른 구조 변형적 특성 31
• 3.1.3.8. 2304JJ-041균주에서 분리된 화합물의 생리학적 활성 31
• 3.2. Streptomyces lopnurensis 246DD-101 33
• 3.2.1. 배양 및 추출 33
• 3.2.2. 분리 및 정제 35
• 3.2.3. 246DD-101에서 분리된 화합물 37
• 3.2.3.1. 화합물 6의 분리 및 구조 규명 37
• 3.2.3.2. 신규화합물 7의 분리 및 구조 규명 38
• 3.2.3.3. 화합물 8의 분리 및 구조 규명 40
• 3.2.3.4. 화합물 9의 분리 및 구조 규명 40
• 3.2.3.5. 화합물 10의 분리 및 구조 규명 40
• 3.2.3.6. 화합물 11의 분리 및 구조 규명 41
• 3.3. Salinimonas lutimaris 228DD-019 42
• 3.3.1. 배양 및 추출 42
• 3.3.2. 분리 및 정제 43
• 3.3.3. 228DD-019에서 분리된 화합물 44
• 3.3.3.1. 화합물 12의 분리 및 구조 규명 44
• 3.3.3.2. 화합물 13의 분리 및 구조 규명 44
• 3.3.3.3. 화합물 14의 분리 및 구조 규명 44
• 3.3.3.4. 화합물 13과 14의 생리학적 활성 45
• 3.4. Bacillus subtilis 228DD-046 46
• 3.4.1. 배양 및 추출 46
• 3.4.2. 분리 및 정제 47
• 3.4.3. 228DD-046에서 분리된 화합물 48
• 3.4.3.1. 화합물 15의 분리 및 구조 규명 48
• 3.2.3.2. 화합물 15의 생리학적 활성 48
• 3.5. Bacillus subtilis 238DD-099 49
• 3.5.1. 배양 및 추출 49
• 3.5.2. 분리 및 정제 50
• 3.5.3. 238DD-099에서 분리된 화합물 51
• 3.5.3.1. 화합물 16의 분리 및 구조 규명 51
• 3.6. Shewanella algae 239DD-026 52
• 3.6.1. 배양 및 추출 52
• 3.6.2. 분리 및 정제 53
• 3.6.3. 239DD-026에서 분리된 화합물 54
• 3.6.3.1. 화합물 17의 분리 및 구조 규명 54
• 3.6.3.2. 신규 화합물 18의 분리 및 구조 규명 54
• 3.6.3.3. 화합물 19의 분리 및 구조 규명 55
• Ⅳ. 결론 57
• Ⅴ. 참고문헌 96