(A) parametric study on methane conversion of 5 kWe class methane-steam reformer with intermediate temperature heat source

윤진원 Chungnam National University 2020 국내박사

초 록* 중온 열원용 5 kWe급 메탄 수증기 개질기의 메탄 전환 매개변수 연구 尹 振 源 忠南大學校 大學院 機械工學科 熱流體시스템 專攻 指導敎授 劉 尙 錫 일반적인 메탄 수증기 개질기는 고온의 열원을 공급받아 흡열 반응인 수증기 개질 반응을 통해 높은 효율로 수소를 생산하는 장치이다. 그러나 최근 연구가 활발하게 진행 중인 연료전지와 다양한 하부 사이클을 사용하여 시스템 효율을 상승시키는 하이브리드 시스템에서는 연료극 출구의 미연소 배기가스를 추가 동력을 발생시키는데 사용하기 때문에 개질기에 공급하기 위한 열원의 온도와 양이 현저히 줄어든다. 이와 같이 일반적으로 고온에서 운전하는 개질기와 다르게 낮은 운전 온도로 인하여 개질 성능이 급격하게 낮아지므로, 한정된 열원으로부터 열전달을 최대로 하여 개질기의 개질 효율을 증가시킬 수 있는 성능 향상에 대한 다양한 연구가 중요하다. 본 연구에서는 메탄 수증기 개질기의 성능에 영향을 미칠 수 있는 형상변수를 사용하여 4종류로 개발된 개질기의 성능특성을 파악하였고, 기준 개질기를 사용하여 매개변수 연구를 진행하였다. 실험을 통해 얻어진 다양한 결과들을 바탕으로 설계를 고려하여 성능 개선형 개질기를 추가 제작하여 성능향상을 확인하였다. 또한, 하이브리드 시스템의 부족한 열원 개선을 위해 개질기 입구에 촉매 연소부를 추가하였고, 결과적으로 개질 반응부의 추가 열공급 가능성을 확인하였다. 본 연구는 중온 열원하에서 사용되는 메탄 수증기 개질기의 성능 최적화와 시스템 내에서 성능 향상을 위한 운전 기법을 개발하는데 그 토대를 제공한다고 할 수 있다. * A dissertation submitted to the committee of Graduate School, Chungnam National University in a partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Mechanical Engineering conferred in February 2020.

Plasma-induced Graft Polymerization of Acrylic Acid and Plasma Polymerization of Allylamine on Polymeric Surfaces for Biomaterial Applications

Sung-Woon Myung Graduate School, Chungnam National University 2007 국내박사

In this thesis, plasma surface modification and functionalization were conducted with different plasma techniques. In a vacuum system, oxygen plasma treatment was used to introduce large amount of carboxyl groups on the surface of PU (polyurethane) films through plasma-induced graft polymerization and plasma polymerization was applied to synthesize plasma polymer thin film with highly retaining amine groups. And atmospheric pressure plasma was used to modify the PU foam for preparing ion exchanger and media based on the synthesized PU-g-PAAc. For the basic study, polyurethane films were modified with the vacuum oxygen plasma and then plasma-induced graft polymerization was applied to introduce carboxylic groups on the surface of PU. The optimum plasma discharge conditions of 100 W, 250 mtorr, and 30 sec were decided for the maximum concentration (2 nmo1/㎠) of reactive peroxides on the surface of PU film. Successful synthesis of PU-g-PAAc was identified using water contact angle, ATR-FTIR, ESCA, and optical microscopy. The feasibility of introducing biocompatible functional groups, which are commonly used in biomaterials, onto the surface of other materials was demonstrated in this study. Such a technique can have potential in many other applications. Plasma-induced grafting method was also applied to polyurethane foam which has a good mechanical property. The surface of PU foam(10 pore per inch) was modified through atmospheric pressure plasma treatment and subsequent grafting of AAc(acrylic acid). Atmospheric pressure plasma, which is a continuous and economic process, was utilized in this experiment. Through this study, it was found that the optimum plasma treatment conditions were the RF-power of 100 W and the treatment time of 100 sec. The immobilization of Lysozyme was successfully confirmed through the electrophoresis analysis of proteins, which were recovered by the PU-g-PAAc foam from egg white. And it was also found that the PU-g-PAAc showed 2.7 and 3.0 fold higher microbial immobilization than unmodified one, respectively. The PU-g-PAAc foam has a potential for applying to high throughput ion exchange and microbe media. Plasma polymerization of allylamine in both inductively coupled plasma and inner electrode plasma using RF power with continuous wave (CW) and pulsed wave was conducted in order to make organic thin film with amine functional group retained. The characterization of plasma-polymerized-allylamine (PPAa) thin film was performed mainly to provide the fundamental understanding of systematical effect about plasma processing conditions. The characteristics of PPAa highly depend on the type of the reactor and input power. For the view point of the surface introduction of high amine functionality, the following conclusions were summarized. RF continuous wave with less than 30 W power in ICP reactor resulted in PPAa thin film retaining more amine groups due to less fragment of monomer reducing a high degree of ionization. RF continuous wave plasma with inner electrode was effective for introducing the high retention amine group. In this RF continuous wave power, the N/C ratio indicated 25 - 27 % indicated that the amine percent of surface were 4.37 - 7.10 % in the 30 - 80 W power range studied. In RF pulsed wave power, the plasma-polymerized-allylamine thin film showed relatively low N/C ratio of 17.06 - 18.50 % at 300 - 400 W with duty cycle 0.1, but resulted in the relatively high amine percent of 4.86 - 6.41 %. This means that the surface amine percent of PPAa at RF pulsed pow□□ could be retained more efficiently than that of PPAa at RF continuous wave power. If the properties of plasma polymer were discovered further more, we can apply the plasma polymer to a proper application by developing the process system. A dissertation submitted to the committee of Graduate School, Chungnam National University in a partial fulfillment of the requirements for the degree Doctor of Philosophy conferred in February 2007. 본 논문에서는 저온 플라즈마의 표면 처리 및 관능기 도입 기술을 적용하여 고분자 소재를 기반으로 하는 생체소재의 개발을 목적으로 하였다. 진공 산소 플라즈마를 이용하여 폴리우레탄(이하 PU) 필름 표면을 개질하고, 플라즈마 중합을 실시하여 플라즈마 중합 알릴아민 박막을 제조하였다. 그리고 대기압 플라즈마로 PU 폼을 처리하여 이온 교환체와 미생물 담체를 제조하였다. 우선 PU 필름을 진공 산소 플라즈마로 처리하여 플라즈마 유도 그라트팅 중합법을 확립하였다. PU 필름 표면에 진공 산소 플라즈마로 활성화한 후 형성된 퍼옥사이드는 DPPH 법으로 정량하였고, 최대 표면 퍼옥사이드 농도를 측정하여 최적 플라즈마 처리 조건을 결정하였다. 최적 플라즈마 처리 조건은 RF 전압이 100 W이고 압력은 250 mtorr, 처리 시간은 30 초로 결정되었고, 이 때의 최대 퍼옥사이량은 2 nmol/㎠이다. 카로복실기의 성공적인 도입은 물접촉각, ATR-FTIR, ESCA, 광학현미경으로 확인하였다. 확립된 플라즈마 유도 그라프팅법은 다른 여러 생체의용소재 개발 등에 응용 및 적용될 수 있다. 망상형 PU 폼(10 pores per inch)에 앞서의 플라즈마 유도 그라트팅 중합법을 적용하였다. 보다 효율적인 대기압 플라즈마로 망상형 PU 폼의 표면을 활성화하였고, 무게 변화를 측정하여 계산된 최대 AAc의 그라프팅율(이하 GD)을 조사한 결과, 최적 대기압 플라즈마 처리조건은 RF 전압 100 W와, 처리 시간 100 초였다. 달갈 흰자에 함유된 단백질 및 효소들을 합성한 PU-g-PAAc로 회수하고, 전기 영동으로 Lysozyme과 단백질에 대한 PU-g-PAAc의 고정화능을 조사하였다. PU-g-PAAc 의 GD가 증가함에 따라 정전기적 상호작용이 증가하여 Lysozyme과 단백질의 고정화량도 향상됨으로써 이온 교환체에 적용 가능성을 확인하였다. 또한 미생물 고정화능도 향상되어 미생물 담체로 이용 가능함을 알 수 있었다. 플라즈마 중합 알릴아민 박막을 제조하기 위해서 유도결합형 플라즈마와 내부 전극 형태의 플라즈마 장비를 사용하여 RF 연속전압과 펄스 전압 하에서 표면 관능화 기법인 플라즈마 중합을 수행하였다. 효과적으로 표면에 아민기를 도입하기 위한 주요 플라즈마 중합 변수로는 RF 전압을 사용하였고, 다른 조건은 일정하게 두었다. 플라즈마 중합 알릴아민 박막의 특성화를 통하여 플라즈마 공정조건이 박막 특성에 주는 영향을 좀 더 자세히 알 수 있었다. 특히 플라즈마 중합 알릴아민 박막 특성은 반응기 형태에 따라 달라지고, 전압 특성에 크게 의존하는 것을 알 수 있었다. 알릴아민 플라즈마 중합 시 표면 아민기 퍼센트의 효율적인 도입 측면에서 플라즈마 반응기와 RF 전압에 따른 표면 아민 퍼센트에 대해서 다음과 같은 결론을 내렸다. 유도결합형 플라즈마에서는 30 W이하의 낮은 전압에서 아민기의 손실을 줄일 수 있었다. 내부 전극 형태의 플라즈마 반응기에서 중합된 플라즈마 중합 알릴아민 박막의 특성은 비슷한 RF 연속전압의 유도결합형 플라즈마에서 보다 25 - 27%의 높은 표면 N/C비를 보여주어 알릴아민 분쇄를 줄일 수 있었으며, 이 때의 표면 아민기 퍼센트는 4.37 - 7.10 %로 계산되었다. 그러나 RF 펄스전압을 인가하였을 때의 플라즈마 중합 알릴아민 박막은 17.05-18.5 %의 낮은 표면 N/C 비에도 4.86 - 6.41 %의 높은 아민기 퍼센트를 나타내어 보다 효과적으로 낮은 RF 펄스전압에서 아민기를 도입할 수 있었다. 플라즈마 중합 고분자의 특성을 잘 이해하면 적절한 플라즈마 시스템을 개발하여 플라즈마 고분자의 응용성을 향상시킬 수가 있다. 그러나 앞으로 PPAa와 같은 친수성 플라즈마 고분자는 수용액이나 용매 속에서 안정성이 떨어지므로 이를 개선하기 위한 연구가 필요하다.

The Role of COX-2, VEGF and cyclin D1 in distant metastasis of breast cancer : 乳房癌에서 COX-2, VEGF, Cyclin D1의 役割

최정훈 Graduate School of Chungnam National University 2004 국내박사

현재까지 유방암의 예후 인자로 알려진 것으로는 DNA ploidy, 증식정도, ER 과 PR을 포함한 여러 수용체, Her-2/neu와 같은 암유발 유전자, p53과 같은 암억제 유전자등 외에도 가장 강력한 종양의 크기와 액와림프절의 전이가 있다. 그러나 이들 중 어느 것도 원격전이에 대한 가능성에 대해서는 잘 설명되지 못하였다. 따라서 유방암에서 원격전이에 관여하는 COX-2와 VEGF의 역할을 밝히고, 세포증식에 관여하는 Cyclin D1의 역할을 알아 보고자 하였다. 1993년 1월부터 2001년 7월까지 충남대학교 병원 외과에서 유방암으로 수술을 받았거나 전이성 유방암으로 진단 받은 95명의 환자를 대상으로 후향적 관찰을 하였다. 국소 재발과 원격전이가 없었던 50명과 원적 전이가 있었던 환자 45명의 원발 종양에서 얻어낸 조직을 이용해 COX-2, VEGF, Cyclin D1, ER, PR과 C-erb B2 면역염색을 시행하였다. 통계 분석은 SPSS 10.0을 이용했고 Pearson Chi-Square test와 Pearson correlation 방법을 이용했으며 무병 생존율과 생존율 분석은 Kaplan-Meier survival 분석을 통한 Log rank test를 이용했다. p-value는 0.05 이하가 통계적으로 의미있다고 판정하였다. 유방암의 전이군에서 COX-2, VEGF와 Cyclin D1 은 의미있게 상승하였고, 유방암의 전이와 관련된 임상 병리학적 인자로는 원발 종양의 크기, 액와 림프절의 전이, 병리학적 병기, 조직학적 분화도, 림프혈관의 전이, ER와 PR로 나타났다. COX-2 와 VEFG, COX-2 와 Cyclin D1, VEGF 와 Cyclin D1 는 모두 양의 상관 관계가 있었다. COX-2 의 발현과 연관된 인자로는 원발 종양의 크기와 C-erb B2 였고, VEGF의 발현과 연관된 인자로는 액와 림프절의 전이, 조직학적 분화도, 림프혈관의 전이, ER 과 PR 로 나타났으며, Cyclin D1 의 과발현과 연관된 인자로는 C-erb B2 로 나타났다. 또한, COX-2, VEGF와 Cyclin D1의 과발현은 무병 생존과 생존 기간을 단축시켰다. 유방암 환자의 원발 병소에서 COX-2, VEGF와 Cyclin D1의 과발현은 원격 전이를 유발하는 나쁜 예후 인자로 여겨진다. 유방암 환자의 원발 병소에서 측정 할수 있는 원격전이 및 생존에 대한 강력한 예후 인자로서는 COX-2, VEGF, Cyclin D1이다. 이 중 가장 정확한 것은 VEGF이나, VEGF는 COX-2의 발현으로 유도된다. 따라서, 유방암 환자에서 COX-2 inhibitors는 원발 병소에서 원격장기로의 전이를 예방하고 더 나아가 원격 전이의 치료제로 이용될 수 있을 것으로 기대 된다. The most important independent prognostic factors of breast cancer were reported to be tumor size and lymph node metastasis besides DNA ploidy, proliferation index, various receptors which include ER and PR, oncogenes such as Her-2/neu, and tumor suppressor gene, p53. However, all these prognostic factors still cannot estimate exactly for distant metastasis of breast cancer. Based on this, we aimed to study for the prognostic factors that associated with distant metastasis of breast cancer in COX-2 and VEGF, which are related to angiogenesis, and Cyclin D1, which participates in cell proliferation in breast cancer. A retrospective study was carried out in 95 patients who underwent operation for breast cancer, with or without metastasis from January 1993 until July 2001 in the Department of Surgery, Chungnam National University Hospital. The study was based on immunohistochemical staining of primary tumor for COX-2, VEGF, Cyclin D1, ER, PR and C-erb B2 which were obtained from tissue sample of 50 patients with no distant metaststic breast cancer and 45 patients with distant metastatic breast cancer. SPSS, Windows, Version 10.0 was used for statistical analysis. The expressions of COX-2, VEGF, and Cyclin D1 were statistically significant in distant metastatic breast cancer. The clinicopathologic parameters associated with distant metastasis were humor size, lymph node metastasis, tumor stage, histologic grade, lymphovascular invasion, ER, and PR. There were positive correlations between (1) COX-2 and VEGF, (2) COX-2 and Cyclin. D1, (3) C-erb B2 and Cyclin D1, and (4) VEGF and Cyclin D1 respectively. Besides, COX-2 had positive relation with tumor size and C-erb B2, VEGF had positive relation with lymph node metastasis, histologic grade, lymphovascular invasion, ER and PR. The overexpressions of COX-2, VEGF and Cyclin D1 showed shortened the disease-free survival and the survival period. Accordingly their overexpressions were considered as poor prognostic factors to induce distant metastasis. Among them, VEGF is most strong which is induced by the expression of COX-2. Therefore COX-2 inhibitors might prevent distant metastasis and could be prescribed for the treatment of metastatic breast cancer.

Development and Application of a National Surveillance Model to Demonstrate Freedom from Foot-and-Mouth Disease in Korea : 구제역 청정화 확인을 위한 전국 예찰 모델의 개발 및 적용

朴智用 The Graduate School, Chungnam National University 2004 국내박사

2000년 3월 한국에서 66년만의 첫 구제역이 발생하였다. 이전까지는 국제수역사무국 (OIE)에서 인정하는 구제역 백신접종을 실시하지 않는 구제역 청정국가였으나 OIE로부터 청정국가 지위를 다시 회복하기 위해서는 통계학적 예찰을 포함한 효과적인 수준의 예찰이 실시되어야 한다. 그러나 OIE에서 제시하는 구제역에 대한 예찰기준이 없었으며, 국제적으로 인증된 방법도 발표된 적이 없다. 또한 한국에서는 구제역에 대한 통계학적 예찰이 실시된 적이 없어, 이전까지 수행되어온 다른 예찰기법을 여기에 적용할 수가 없었다. 이 연구는 국내에서 구제역 비발생 확인을 위한 통계학적 혈청 예찰 모델을 개발하였다. 예찰모델의 개발은 6개의 단계로 구성되어 추출기법, 질병의 특징, 층화, 실험실 진단, 계산, 예찰방법에 관한 요소를 고려, 결정하는 방법으로 수행하였으며 예찰의 최적조건을 확인하기 위하여 시뮬레이션을 실시하였다. 개발된 구제역 예찰모델은 다른 질병에 대한 예찰을 설정하는데 적용될 수 있다. 이와 같이 개발된 통계학적 혈청예찰 모델은 2000년 구제역 발생 이후 실제 적용하였다. 예찰은 층화 2단계 무작위 추출법으로 소와 염소를 표본대상으로 실시하였고, 지역화를 적용하여 전국을 백신지역과 4개의 비백신지역으로 구분하여 이루어졌다. 각 지역의 연간 검사두수는 구제역의 농가간 이병률이 1%, 농가내 이병률이 소의 경우 20%, 염소의 경우 29%로 가정하였을 때, 구제역을 확인할 수 있는 확률이 99%가 될 수 있도록 계산하였다. 백신지역에서는 총 4,640두를 3ABC-ELISA로, 비백신지역에서는 24,800두를 LPB-ELISA로 스크리닝 검사를 실시하였으며 항체반응을 나타내는 시료는 중화시험, 프로방 검사 등의 정해진 절차에 따라 추가검사를 진행하여 구제역에 의한 반응이 아닌 것으로 판단되었다. 국내에는 구제역의 추가발생이 없는 것으로 확인된 예찰결과를 OIE에 제출하여 2001년 9월 21일 청정국가 지위를 다시 인정 받았다. 2002년 5월부터 6월 사이, 16개의 농장에서 구제역이 다시 발생함에 따라, 국내 구제역 통계학적 혈청예찰 모델을 적용하였다. 예찰은 층화 2단계 무작위 추출법으로 소, 염소, 돼지를 표본대상으로 실시하였고 2002년 당시에는 백신접종이 실시되지 않았고, 전국의 위험정도가 유사한 것으로 판단되어 지역화를 적용하지 않았다. 전국에 대한 검사두수는 구제역의 농가간 이병률이 1%, 농가내 이병률이 소의 경우 20%, 염소의 경우 29%, 돼지의 경우 50%로 가정하였을 때, 구제역을 확인할 수 있는 확률이 99%가 될 수 있도록 계산하였다. 총 10,132두를 LPB-ELISA로 스크리닝 검사하였으며 항체양성반응을 나타낸 시료는 정해진 절차에 의해 추가검사를 실시하였다. 예찰 결과는 2002년 발생 이후 구제역이 존재하지 않는 것으로 나타났으며 OIE에 제출되었다. 한국은 2002년 11월 29일 구제역 청정국가 지위를 회복하였다. 2002년 구제역 발생 당시, 발생농가로부터 3km인 보호지역과 3-10km인 경계지역에 대해 구제역의 확산을 막기 위한 이동제한 조치를 실시하고 있었다. 총 3개의 보호지역과 4개의 경계지역이 유지되고 있었으며 이 지역에 대한 이동제한을 해제하기 위해서는 구제역이 없다는 혈청예찰 확인이 필요하였다. 이러한 목적을 위해 개발된 통계학적 혈청예찰모델을 적용하여 층화 2단계 무작위 추출법으로 소, 염소, 돼지 표본대상에 대하여 실시하였다. 각 지역에 대한 검사두수는 구제역의 농가간 이병률이 1%, 농가내 이병률이 소와 염소의 경우 20%, 돼지의 경우 20%로 가정하였을 때, 구제역을 확인할 수 있는 확률이 95%가 될 수 있도록 계산하였다. 보호지역에서 5,067두와 경계지역에서 10,842두를 LPB-ELISA로 스크리닝 검사를 실시하였으며 항체양성반응을 나타낸 시료는 정해진 절차에 따라 추가검사를 수행하여 구제역에 의한 양성반응이 아닌 것으로 확인하였다. 예찰 결과 이동제한지역에 구제역이 존재하지 않는 것으로 확인되었으며, 이 결과에 따라 모든 이동제한이 해제되었다. 이와 같이 개발된 통계학적 혈청예찰 모델은 구제역 종식 이후 전국의 비발생 증명과 이동제한 해제를 위한 예찰로 매우 유용하였으며, 향후 유사질병 발생시, 청정화 증명을 위한 예찰에도 유용하게 사용할 수 있을 것이다. Republic of Korea, which had been listed as an FMD free country without vaccination by the World Organization for Animal Health (OIE), experienced its first FMD outbreak in 66 years in 2000. In order to regain its previous FMD free status, the country must be able to demonstrate absence of FMD by demonstrating effective level of surveillance, including statistical serological surveillance. However the OIE does not provide a recommended standard for this surveillance nor is there an internationally recognized method. In addition, no statistically designed serological surveillance for FMD had been performed in Korea, and there were no previous surveillance strategy that could be applied for this situation. This study presents a statistical serological surveillance model to demonstrate freedom from FMD in Korea that was developed based on these needs. The surveillance model was developed using a procedure consisting of 6 stages where factors required to develop the model concerning the sampling strategy, characteristics of disease, stratification, laboratory diagnosis, calculation, and surveillance procedure is considered and determined. Simulations performed to determine optimal parameters are described. The method used to develop the surveillance model for FMD can be used to design surveillance models for other diseases. This study also presents the actual application of the statistical serological surveillance model. In 2000, stratified two-stage random sampling strategy was used to select samples from the cattle and goat population. Zoning was applied and the country was divided into a vaccinated zone, comprised of areas where emergency vaccinations had been performed and 4 non-vaccinated zones. For each of the zones, annual surveillance size was calculated to provide 99% probability of detecting evidence of FMD if it is present at a prevalence of 1% among farms and 20% within infected farms for cattle and 29% for goats. A total of 4,640 samples from the vaccinated zone and 24,800 samples from non-vaccinated zones were tested using 3ABC-ELISA and LPB-ELISA respectively. The samples showing reaction to the ELISA tests were retested according to a set procedure and were concluded not to be due to the presence of FMD. The results of the surveillance supported the view that Korea was free from FMD after the 2000 FMD outbreak. Surveillance results were submitted to the OIE and Korea was able to regain the previous status of FMD free country where vaccination is not practiced on 19 September 2001. In 2002, Korea experienced another outbreak of FMD and a total of 16 farms were confirmed between 2 May and 23 June. The statistical serological surveillance model was again implemented. No zones were applied and annual surveillance size for the country was calculated to provide 99% probability of detecting evidence of FMD if it is present at a prevalence of 1% among farms and 20% within infected farms for cattle, 29% for goats and 50% for cattle. A total of 10,132 samples were tested using LPB-ELISA as the screening test. The samples showing reaction to the ELISA tests were retested according to a set procedure and were concluded not to be due to the presence of FMD. The results of this survey supported the view that Korea was free from FMD after the 2002 FMD outbreak. Surveillance results were submitted to the OIE and the country regained the previous status of FMD free country where vaccination is not practiced from the OIE on 29 November 2002. In 2002, movement restriction zones comprised of areas within 3km radius, which was designated as the protection zone, and areas within 3-10km radius, designated as the surveillance zone were quickly enforced around the infected farm to contain the outbreak. Total of 3 protection zones and 4 surveillance zones were enforced. In order to lift movement restrictions for these zones, serological surveillance is required to provide adequate evidence that the area is free from FMD and for this purpose the statistical serological surveillance model was implemented. Stratified two-stage sampling strategy was used to select samples from the cattle, goat and pig population. The required sample size for each zones were calculated to provide 95% probability of detecting evidence of FMD if it is present at a prevalence of 1% among farms and 20% within infected farms for cattle and goats, and 20% for pigs. A total of 5,067 samples from protection zones and 10,842 samples from surveillance zones were tested using LPB-ELISA as the screening test. Samples showing reaction to the LPB-ELISA were retested according to a set procedure and were determined not to be due to the presence of FMD. Based on the result of the surveillance all movement restrictions were lifted. The FMD surveillance model that has been developed was successfully applied after the 2000 and 2002 outbreaks to demonstrate freedom from FMD in Korea, and to lift the movement restriction zones. In the future, the model will continue to evolve to apply advances in the field and applied to demonstrate freedom for other diseases. During the spring of 2000, a total of 15 cases of FMD were reported in Korea, which prior to the outbreaks had been free from FMD for 66 years and recognized by the OIE as an FMD free country where vaccination is not practiced. Swift control measures including emergency vaccinations were able to contain the outbreak within a month, but the loss in FMD free status resulted in severe economic losses due to loss of trade and also to costs involved in eradication. In order to regain the FMD free status, sufficient evidence must be provided demonstrating that the country is free from FMD, and for this purpose the following statistically designed serological surveillance model was implemented. The surveillance uses statistically designed stratified two-stage sampling strategy to select samples from the cattle and goat population. Zoning was applied for this survey and the country was divided into a vaccinated zone, comprised of areas where emergency vaccinations had been performed and 4 nonvaccinated zones. For each of the zones, annual survey size was calculated to provide 99% probability of detecting evidence of FMD if it is present at a prevalence of 1% among farms and 20% within infected farms for cattle and 29% for goats. A total of 4,640 samples from the vaccinated zone and 24,800 samples from non-vaccinated zones were tested using 3ABC-ELISA and LPB-ELISA respectively. The samples showing reaction to the ELISA tests were retested according to a set procedure and were concluded not to be due to the presence of FMD. The results of the surveillance supported the view that Korea was free from FMD after the 2000 FMD outbreak. A statistically designed serological surveillance was implemented to demonstrate freedom from FMD after the 2002 FMD outbreak. The surveillance uses statistically designed stratified two-stage sampling strategy to select samples from the cattle and goat population. Surveillance size was calculated to provide 99% probability of detecting evidence of FMD if it is present at a prevalence of 1% among farms and 20% within infected farms for cattle, 29% for goats and 50% for cattle. A total of 10,132 samples were tested using LPB-ELISA as the screening test. The samples showing reaction to the ELISA tests were retested according to a set procedure and were concluded not to be due to the presence of FMD. The results of this survey supported the view that Korea was free from FMD after the 2002 FMD outbreak. In 2002, a total of 16 outbreaks in 2 provinces (Kyonggi, Chungbuk) were reported between 2 May and 23 June 2002. Because FMD is a highly contagious disease, movement restrictions of all susceptible animals were quickly enforced around the infected farm. Movement restriction zones were comprised of areas within 3km radius, which was designated as the protection zone, and areas within 3-10km radius, designated as the surveillance zone. Total of 3 protection zones and 4 surveillance zones were applied during the outbreaks. In order to lift movement restrictions in these zones, serological surveillance is required to provide statistical evidence of freedom from FMD. For this purpose a statistical serological surveillance model using stratified two-stage sampling strategy to select samples from the cattle, goat and pig population was applied. The required sample size for each zones were calculated to provide 95% probability of detecting evidence of FMD if it is present at a prevalence of 1% among farms and 20% within infected farms for cattle and goats, and 20% for pigs. A total of 5,067 samples from protection zones and 10,842 samples from surveillance zones were tested using LPB-ELISA as the screening test. Samples showing reaction to the LPB-ELISA were retested according to a set procedure and were determined not to be due to the presence of FMD. Based on the result of the surveillance all movement restrictions were lifted.

Transrectal ultrasound scanning for detecting the early pregnancy in Korean black goats : 직장탐촉자를 이용한 한국흑염소의 초음파 조기임신진단

신현국 Graduate School of Chungnam National University 2002 국내박사

한국흑염소에서 직장탐촉자를 이용하여 초음파 조기임신진단의 가능한 시기를 판정하고, 조기임신진단에 가장 유용한 지표인 태아낭(embryonic vesicle)의 크기와 태아체장(crown-rump length)의 변화를 측정하였다. 조기임신진단의 정확성을 실험하기 위하여 발정과 교미가 확인된 총 114두의 한국흑염소에서 교미후 19일부터 35일 사이에 5.0MHz 직장용 탐촉자를 사용하여 임신여부를 진단하였다. 임신초기 태아의 일령과 임신구조물의 크기변화와의 상관관계를 알아보기 위해 임신 19일부터 42일째의 총 142마리(평균표본수=10)의 흑염소에서 태아낭을, 그리고 임신 19일부터 49일까지 총 142(평균표본수=10)마리의 흑염소에서 태아체장을 측정하였다. 실험결과, 교미후 19일부터 21까지 706.%, 22일부터 24일까지 76.7%, 25일부터 27일까지는 80.0% 그리고 28일 이후부터는 100%의 확진이 가능했다. 임신일령에 따른 태아낭 크기변화 및 태아체장변화의 회귀방정식은 각각 GA=16.81+0.54 DEV (r^2=0.76), GA=20.82+0.76CRL(r=0.76)으로서 높은 상관관계를 나타내었다. * A thesis submitted to the Committee of Graduate School, Chungnam National University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Veterinary Medicine in February 2002.

Gadolinium as an alternative contrast agent for angiography and intervention : in vitro hounsfield unit measurement and clinical efficacy

김만득 Chungnam National University College of Medicine 2003 국내박사

The purpose of this study was to evaluate the feasibility and safety of using gadolinium-chelates for digital subtraction angiography (DSA) in patients with contraindications to iodinated contrast material, and to assess the clinically effective concentration of gadolinium(Gd). Gadopentetate dimeglumine and iopromide were used in density measurements. Using 20 mL disposable syringes, serial dilutions of Gd and iopromide with saline were performed. Computed tomography scanning was done and the attenuation of each was recorded as mean Hounsfield units using region of interest analysis. Clinical trials were done in twelve patients with the following types of angiogram or intervention : hemodialysis access, percutaneous biliary drainage, percutaneous nephrostomy, cerebral angiography and transarterial chemoembolization (TACE) in hepatocellular carcinoma. The density of 1:1 diluted Gd was nearly equal to that of 1:4 dilution of iopromide, and that of pure Gd was similar to or less than that of 1:1 dilution of iopromide. Serum creatinine level was not elevated in any of the patients. Gd is a safe alternative agent in patients with contraindications to iodinated contrast materials. Pure Gd without dilution is the most clinically useful concentration.

Protective effects of Korean red ginseng on diabetic kidney disease through autophagy induction

Karunasagara, Shanika Srideevi Lakmini Chungnam National University, College of Veterinar 2020 국내석사

홍삼(Panax ginseng C.A. Mey.; P. ginseng;)은 항산화, 피로회복, 항암 효능을 가지고 있어 건강 보조제로 널리 이용되고 있다. 본 연구는 장기적인 신 손상으로 유발하는 당뇨병성 신증을 치료하기 위한 대체 약물로서 홍삼을 연구하고자 한다. 또한, 당뇨병성 신증의 병리적 특징인 자식작용의 변화도 관찰하고자 한다. 당뇨병성 신증에서 홍삼의 효과를 검정하기 위하여 인간 근위세뇨관 세포와 스트렙토조토신(Streptozotocin)로 유도된 성체 흰쥐(Sprague-Dawley) 동물 모델을 사용하여 연구를 수행하였다. 세포 실험은 신섬유화와 자식작용에 관련된 단백질의 발현을 관찰하였다. 성체 흰쥐에 60 mg/kg의 스트렙토조토신을 단회 투여하여 당뇨병성 신증을 유발하였으며, 홍삼은 4주간 경구 투여하였다. 신장의 염증, 손상, 섬유화와 자식작용과 관련된 단백질은 Immunoblotting을 통하여 관찰하였다. 조직학적 분석을 위하여 Hematoxylin and eosin (H&E), Periodic acid-Schiff (PAS), Sirius red, 면역조직화학염색과 면역형광염색을 수행하였다. 홍삼 투여군은 대조군과 비교하여 대사와 관련된 뇨생성 및 음수량이 감소하는 것을 관찰하였으며, 혈당, 당화혈색소(glycated hemoglobin type A1c), 혈중 요소 질소(blood urea nitrogen)과 같은 혈액 생화학 지수를 감소시킴을 관찰할 수 있었다. 신염증, 신손상 및 신섬유화와 관련된 단백질인 transforming growth factor-β1 (TGF-β1), α-smooth muscle actin (α-SMA), kidney injury molecule-1 (KIM1), and advanced glycation end products (AGEs)의 발현이 홍삼의 투여로 감소함을 세포 및 동물 모델에서 Western blot을 통하여 확인하였다. 또한, 홍삼 투여군에서 신손상 및 신섬유화가 회복됨을 H&E, PAS 및 Sirius red 결과를 통하여 조직학적으로 관찰하였다. 특히, 자식작용의 주요 인자인 microtubule-associated protein light chain 3 (LC3)는 현저히 증가하였으며, p62의 발현은 감소함을 immunoblotting, 면역조직화학염색 및 면역형광염색에서 확인하였다. 홍삼 투여군에서 자식작용 기전과 관련된 5′ adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK)과 autophagy related 7 (ATG7)의 발현은 증가하였으나, mammalian target of rapamycin (mTOR)의 발현은 감소하여 대조군에 비하여 자식작용이 증가함을 관찰할 수 있었다. 본 논문에서는 홍삼이 TGF-β1 활성을 저해하여 신장의 염증, 손상 및 섬유화를 억제하며 이와 같은 효능은 세포내 자식작용을 상승시켜 일어남을 확인하였다. 따라서, 본 연구의 결과를 토대로 홍삼은 스트렙토조토신으로 유발된 당뇨병성 신증에서 자식작용 조절을 통해 탁월한 보호 효과를 가지며 이는 만성 신질환에 유용하게 적용될 수 있을 것이라 사료된다. Korean ginseng (Panax ginseng C.A. Mey.; P. ginseng) has been widely used in traditional medicine to treat diabetes mellitus for thousands of years. It also plays a key role in health maintenance owing to its anti-oxidant, anti-fatigue, and anti-cancer properties and is quite popular as a dietary supplement. This study was designed to offer an alternative medicine to manage the diabetic kidney disease (DKD), which causes long-term damage to the renal structure. This study also investigated the regulation of the autophagy mechanism, which is the underlying the pathogenesis of DKD. The effect of Korean red ginseng (KRG) on DKD was evaluated using human kidney proximal tubular cells and streptozotocin (STZ)-treated Sprague-Dawley (SD) rat models. In vitro experiments were conducted to evaluate the proteins related to fibrosis and autophagy. This was followed by in vivo experiments involving SD rats treated with single intraperitoneal administration of STZ (60 mg/kg) to induce the diabetic condition and then with KRG solution orally for 4 weeks. Proteins related to renal inflammation, injury, fibrosis, and autophagy were determined by immunoblotting. Hematoxylin and eosin (H&E), Periodic acid-Schiff (PAS), Sirius red, immunohistochemistry (IHC), and immunofluorescence (IF) were processed for histological studies. KRG diminished the levels of urination and water intake, the metabolic measurements and significantly reduced blood chemistry parameters such as blood glucose, glycated hemoglobin type A1c (HbA1c) and blood urea nitrogen (BUN) compared to the STZ alone group. In vitro and in vivo Western blotting showed a significantly decreased expression of proteins, such as transforming growth factor-β1 (TGF-β1), α-smooth muscle actin (α-SMA), kidney injury molecule-1 (KIM1), and advanced glycation end products (AGEs), which are responsible for renal inflammation, injury, and fibrosis. Histological studies such as H&E, PAS, and Sirius red also supported these results and revealed that the KRG-treated groups recovered from renal injury and fibrosis. Furthermore, the autophagy key marker, microtubule-associated protein light chain 3 (LC3), was significantly upregulated, whereas p62 was downregulated assayed through immunoblotting, IHC, and IF. The levels of proteins related to the autophagy mechanism, such as 5′ adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK) and autophagy related 7 (ATG7) increased, while mammalian target of rapamycin (mTOR) decreased with the KRG treatment and exhibited accelerated autophagy compared to the STZ alone group. According to the findings, KRG can suppress renal inflammation, injury, and fibrosis by blocking TGF-β1 activation and can induce cellular autophagy. Therefore, this study strongly suggests that KRG exhibits a renoprotective effect against the STZ-induced DKD.

Isolation of triterpenoids from the fruits of Momordica charantia L. (cucurbitaceae)

Nguyen, Quoc Tuan Chungnam National University 2018 국내박사

The cucurbitaceous plant Momordica charantia L., called “bitter melon”, is distributed throughout Asia, Africa, and South America, and is used as the vegetable and traditional medicine. In this study, using various chromatographic methods, twenty-eight cucurbitane-type triterpenoids were isolated from the EtOH extract of Momordica charantia fruits, including six new compounds (1–6) together with twenty-two known compounds (7–28). Based on physicochemical characteristics and NMR data, the isolated compounds were identified as 3β-oxalyl-5β,19-epoxy-19,25-dimethoxycucurbita-6,23-diene (1), 3β-malonyl-5β,19-epoxy-19,25-dimethoxycucurbita-6,23-diene (2), 3β-malonyl-7β-hydroxy-25-methoxycucurbita-5,23-dien-19-al (3), 3β-malonyl-7β,23-dimethoxycucurbita-5,24-dien-19-al (4), 3β-malonyl-5β,19-epoxy-25-methoxycucurbita-6,23-diene-19-on (5), 3β-malonyl-7β,25-dihydroxycucurbita-5,23-dien-19-al (6), kuguaglycoside I (7), goyaglycoside-d (8), momordicoside-G (9), karaviloside II (10), goyaglycoside-b (11), 7-methoxycucurbita-5,23-dien-19-al-3β,25-diol (12), 5β,19-epoxycurcurbita-6,23-dien-25-hydroxy-3-O-β-D-allopyranoside (13), 25-methoxy-charantoside C (14), karaviloside III (15), karaviloside VI (16), 3-O-β-D-allopyranoside-7β,25-dimethoxycucurbita-5,23-dien-19-al (17), (19R)-3β,25-dihydroxy-5β,19-epoxy-methoxycucurbita-6,23-dien (18), (23S)-3β-hydroxy-7β,23-dimethoxycucurbita-5,24-dien-19-al (19), 3β-hydroxy-25-methoxycucurbita-6,23-dien-5β,19-olide (20), 3β-hydroxy-7β,25-dimethoxycucurbita-5,23-dien-19-al (21), 19R-5β,19-epoxy-25-methoxycucurbita-6,23-diene-3β,19-diol (22), 3β,7β,25-trihydroxycucurbita-5,23-dien-19-al (23), (19S)-3β,25-dihydroxy- 5β,19-epoxy-methoxycucurbita-6,23-dien (24), 3β-malonyl-7β,23-dihydroxycucurbita-5,23-dien-19-al (25), momordicine I (26), 3β,7β-dihydroxy, 25-methoxy-5,23-dien-19-al (27), momordicoside F1 (28). Among isolated compounds, new compounds were investigated for their inhibitory activity against PDGF-induced VSMC proliferation. The results showed that the compounds 2–4, 6 and 7 inhibited vascular smooth muscle cells proliferation at concentration 10 µM. In particular, treatment with compounds 2 and 4 (each 10 µM) suppressed cell proliferation by 72.4 % and 67.9 %, respectively, without significant cytotoxicity, as determined by MTT assay. These compounds are considered as the potent candidate for continuing studies in the treatment atherosclerotic disease. “Bitter melon” 이라고 불리는 박과 (Cucurbitaceae) 의 여주 (Momordica charantia L.)는 아시아, 아프리카, 남아메리카 등지에 분포하고 있으며 전통적으로 식ㆍ의약품으로 사용되어 왔다. 본 연구에서, 다양한 크로마토그래피를 사용하여 여주로부터 6종의 신규화합물을 포함한, 28종의 cucurbitane계열 triterpenoids를 분리하였다. 물리화학적인 성질과 NMR data에 기초하여 각 화합물들을 3β-oxalyl-5β,19-epoxy-19,25-dimethoxycucurbita-6,23-diene (1), 3β-malonyl-5β,19-epoxy-19,25-dimethoxycucurbita-6,23-diene (2), 3β-malonyl-7β-hydroxy-25-methoxycucurbita-5,23-dien-19-al (3), 3β-malonyl-7β,23-dimethoxycucurbita-5,24-dien-19-al (4), 3β-malonyl-5β,19-epoxy-25-methoxycucurbita-6,23-diene-19-on (5), 3β-malonyl-7β,25-dihydroxycucurbita-5,23-dien-19-al (6), kuguaglycoside I (7), goyaglycoside-d (8), momordicoside-G (9), karaviloside II (10), goyaglycoside-b (11), 7-methoxycucurbita-5,23-dien-19-al-3β,25-diol (12), 5β,19-epoxycurcurbita-6,23-dien-25-hydroxy-3-O-β-D-allopyranoside (13), 25-methoxy-charantoside C (14), karaviloside III (15), karaviloside VI (16), 3-O-β-D-allopyranoside-7β,25-dimethoxycucurbita-5,23-dien-19-al (17), (19R)-3β,25-dihydroxy-5β,19-epoxy-methoxycucurbita-6,23-dien (18), (23S)-3β-hydroxy-7β,23-dimethoxycucurbita-5,24-dien-19-al (19), 3β-hydroxy-25-methoxycucurbita-6,23-dien-5β,19-olide (20), 3β-hydroxy-7β,25-dimethoxycucurbita-5,23-dien-19-al (21), 19R-5β,19-epoxy-25-methoxycucurbita-6,23-diene-3β,19-diol (22), 3β,7β,25-trihydroxycucurbita-5,23-dien-19-al (23), (19S)-3β,25-dihydroxy- 5β,19-epoxy-methoxycucurbita-6,23-dien (24), 3β-malonyl-7β,23-dihydroxycucurbita-5,23-dien-19-al (25), momordicine I (26), 3β,7β-dihydroxy, 25-methoxy-5,23-dien-19-al (27), momordicoside F1 (28)로 동정하였다. 분리한 화합물들 중, 신규화합물들에 대해 PDGF (Platelet-derived growth factor) 를 유도한 혈관평활근세포 증식에 대한 억제 활성을 측정하였다. 그 결과, 화합물 2-4, 6, 7이 10 uM농도에서 혈관평활근세포증식을 저해하였다. 특히, 화합물 2와 4는 같은 농도 (10 uM) 로 처리하였을 때, 각각 72.4%와 67.9%의 저해 활성을 보였다. 종합하여 이 cucurbitane triterpenoids는 죽상동맥경화증을 치료하는 잠재적인 후보물질임을 입증하였다.

Biological role of chili pepper (Capsicum annuum) NAC transcription factor, CaNAC1, in biotic and abiotic stress protection of transformed tobacco (Nicotiana tabacum)

Tweneboah, Solomon Chungnam National University 2018 국내석사

Current climatic changes combined with reduction in per capita agricultural land area and other natural resources pose major limitations for securing food demanded by the escalating world population. It is, therefore, imperative to find innovative ways of producing food crops on marginal lands and under stressful conditions. Generating transgenic crops with improved resistance against biotic and abiotic stresses is one sure approach through which global food demand could be met while ensuring sustainability and environmental health. In this study, the efficacy of Capsicum annuum NAC1, CaNAC1, transcription factor in plant defense was tested on the model plant Nicotiana tabacum. The results are summarized as follows: 1. Significantly strong resistance was exhibited by transgenic Nicotiana tabacum plants expressing CaNAC1 protein against the growth of Pseudomonas syringe pv tabaci. Gene identification analyses showed that pathogenesis-related-5 (PR5) protein was upregulated in the transgenic plants during P. syringae infection indicating that the growth of P. syringe in transgenic may have been restricted via the SA or JA-dependent signalling pathway since PR genes upregulate SA and JA. 2. BAX infection resulted in 68 – 75% cell death at the sites of inoculation in transgenic plants as compared to less than 20% of cell death in the wild type plants. Hypersensitivity-related gene, HSR203, was upregulated under BAX infection and since HR increases the biosynthesis of SA and JA, transgenic plants would be capable of restricting pathogen growth and systemic spread quite better than CaNAC1-deficient plants. 3. No significant difference was observed between transgenic lines expressing CaNAC1 gene and the untransformed wild type with regards to the growth of B. cinerea on plant leaves. 4. CaNAC1 expression significantly increased drought, NaCl and heat resistance in transgenic plants. Drought-induced dehydrin-1 (DHN1) and late embryogenesis-abundant (LEA) genes were expressed during water stress while ascorbate peroxidase-1 (APX1) was expressed during all abiotic stress conditions. Since DHN and LEA protect cell membranes from desiccation and APX proteins detoxify cell-damaging ROS, the higher expression of NbDHN1, NbLEA and NbAPX1 might have strengthened the ROS-detoxifying system in transgenic plants during drought, salt and heat stresses. Altogether, these results identify a positive correlation between CaNAC1 expression and upregulation of stress defense genes in transgenic plants, implying that CaNAC1 could play a critical role in the activation of defense responses in food crops. 전 세계적으로 기후 변화가 매우 빠르게 진행되고 있으며, 이로 인해 농가의 수입 감소로 인한 경제적 피해가 증가하고 있다. 또한 급격하게 증가하는 인구에 비례하여 주요 식량자원을 확보하는데 여러 가지 제약을 받고 있다. 따라서 식량자원의 생산량을 늘리기 위해서는 환경 스트레스를 극복할 수 있는 저항성 작물의 개발이 매우 시급하다고 본다. 특히, 생물적-비생물적 스트레스에 강한 형질전환 작물의 개발은 친환경적 일뿐만 아니라 전 세계적으로 식량자원의 수요가 충족될 수 있는 확실한 접근법이라 할 수 있다. 본 논문에서는 식물의 저항성 체계에 관여하는 전사 조절 유전자 중 하나로, 고추로부터 분리한 CaNAC1(Capsicum annuum NAC1)을 과발현시킨 담배 형질전환체를 이용하여 다양한 스트레스에 따른 기능을 분석하였고, 그 결과를 아래와 같이 요약하였다. 1. Pseudomonas syringae pv tabaci (담배불마름병균)를 접종한 결과, CaNAC1 형질전환체가 대조식물 (wild type)과 달리 강한 저항성을 나타내었다. 또한, PR5 유전자의 발현이 현저하게 증가하였다. 이 결과는CaNAC1 유전자가 병원균의 침입 시에 PR 유전자의 발현을 조절하는 살리실산(SA) 또는 자스몬산(JA)-의존적 신호 전달에 관여하는 것으로 판단된다. 2. BAX를 접종한 wild type 식물체는 20 %의 세포 사멸을 보였으나, CaNAC1을 과 발현시킨 형질전환체는 68-75%로 강하게 유도됨을 보였다. 이 결과는 병원균의 침입 시에 일어나는 식물의 저항성기작을 대표하는 표현형으로써, 세포사멸관련 마커 유전자를 이용하여 발현 패턴을 분석한 결과, HSR203J의 발현이 증가함을 확인하였다. 3. Botrytis cinerea를 접종한 CaNAC1-형질전환체와 wild type에서 큰 차이를 보이지 않았다. 이를 통해 CaNAC1유전자는 B. cinerea에 대한 저항성 기작에 관여하지 않을 것으로 판단된다. 4. 비생물적 스트레스인 건조, 염 및 고온 조건을 처리한 결과, CaNAC1 형질전환체가 모든 스트레스 조건하에서 강한 내재해성을 보였다. 또한, 대표적인 스트레스 마커 유전자인 Dehydrin (DHN1), Late embryogenesis abundant (LEA) 및 Ascorbate peroxidase 1 (APX1) 유전자들이 CaNAC1형질전환체에서 강하게 발현됨을 확인하였다. 이 결과는 CaNAC1 유전자가 각종 환경 스트레스에 대해 다양한 기작을 통하여 저항성을 보이는 것으로 사려된다. 이와 같이 CaNAC1 형질전환체는 생물적 스트레스뿐만 아니라 비생물적 스트레스에도 강한 저항성을 나타내었고, 스트레스 저항성 관련 유전자의 발현 역시 증가함을 확인하였다. 이러한 결과를 종합해 볼 때, CaNAC1은 식물에서 다양한 생물적-비생물적 스트레스에 대하여 저항성 및 내재해성을 유도하는 다중적 기능에 관여하는 전사조절유전자로서의 역할을 할 것으로 판단된다.

Molecular Characterization and Metabolic Analysis of Phenylpropanoid Biosynthesis in Agastache rugosa : 배초향 페닐프로파노이드 페닐프로파노이드 생합성의 생합성의 분자생물학적 특성 및 물질 분석

Woo Tae Park Chungnam National University Graduate School 2015 국내박사

Agastache rugosa, also known as Korean mint, is a perennial herb that belongs to the mint family (Labiatae). It has been commonly used as a flavoring in certain traditional dishes or as herbal drug in traditional treatment of cholera, vomiting, inflammation, and oxidative stress-induced disorders. Tilianin is considered to be the main flavonoid and rosmarinic acid has been proven to contribute to the medicinal potential of A. rugosa. Recently, natural product chemists and clinicians have shown increased interest in tilianin because of its important biological properties such as anti-inflammatory, antiatherogenic, antihypertensive, and vasorelaxant effect. In plants, secondary metabolites are part of the defense mechanism against predators or have a role in attracting insects for pollination. However, human beings use secondary metabolites as raw materials in various industries such as pharmacy, functional foods, condiment, dyes, cosmetics, perfumes, essential oils, and rubber industry. Therefore, effective production of natural products as industrial materials is very important. The biosynthetic pathway for phenylpropanoids is very diverse and intricate, and not many studies have investigated rosmarinic acid and tilianin biosynthesis and their biosynthetic genes in A. rugosa. In this study, the content of phenylpropanoids (such as rosmarinic acid and tilianin) in A. rugosa was increased using various external stimuli such as exposure to LED lights, induction of callus cells, treatment with chemical elicitors or by triggering of systemic acquired resistance as a signal transducer to characterize the changes in the expression of phenylpropanoids biosynthetic genes encoding PAL, phenylalanine ammonia-lyase; C4H, cinnamate 4-hydroxylase; CHS, chalcone synthase; CHI, chalcone isomerase; TAT, tyrosine aminotransferase; HPPR, hydroxyphenylpyruvate reductase; RAS, rosmarinic acid synthase (hydroxycinnamoyl-CoA:hydroxyphenyllactate hydroxycinnamoyltransferase). This study hereby establishes a rapid and cost-effective mass production system of phenylpropanoids and reveals the key genes that are involved in phenylpropanoids biosynthesis in A. rugosa. 국내 자생식물인 배초향 (Agastache rugosa)은 꿀풀과에 속하는 다년생 초본으로 강한 향미로 인해 음식의 향신료로써 이용되는 방향성 식물이다. 민간에서는 여름철에 더위를 먹거나 소화불량, 구토, 설사 등에 달여서 약용하였다. 배초향은 강한 향을 내는 monoterpene 뿐만 아니라 다기능성 물질로 활용 가능성이 큰 다양한 phenylpropanoid를 함유하고 있는데, 배초향의 주요 phenylpropanoid로는 높은 항산화 능력이 있는 rosmarinic acid와 동맥경화 치료제로 개발 중인 tilianin이 있다. 그러나 아직까지 국내외에서 배초향에 대하여 연구 보고된 사례가 드물고, 특히 phenylpropanoid는 생합성 경로가 복잡하여 배초향을 대상으로 rosmarinic acid와 tilianin의 생합성에 대한 연구는 활발히 진행되지 않고 있다. 또한 이에 관련된 유전자의 특성을 규명하는 분자생물학적 고찰도 이루어지고 있지 않은 상태이므로 배초향의 phenylpropanoid 물질과 생합성 관련유전자의 분자생물학적인 특성을 조사하는 연구가 요구되었다. 따라서 본 논문에서는 배초향(Agastache rugosa)을 대상으로 rosmarinic acid와 tilianin 등 다기능성 물질로 활용 가능성이 큰 phenylpropanoid 물질의 효율적인 생산량 증대 방법을 탐색하기 위하여 phenylpropanoid 생합성을 증대시킬 수 있는 환경인자 (LED, biotic 또는 abiotic elicitor, systemic acquired resistance 유도 물질 등)를 처리한 배초향에서 분자생물학적 기술을 이용하여 phenylpropanoid 생합성에 관련된 유전자의 기능과 특성을 밝히고, HPLC 분석을 통하여 rosmarinic acid와 tilianin 물질의 함량 변화를 연구하였다. 다양한 파장의 LED 조명이 배초향 식물체에 미치는 phenylpropanoid 물질 증대 효과를 확인하기 위하여 red, orange, green, blue, white의 다섯 가지 색의 LED를 조사하여 시설재배 시 유리한 LED 파장을 선발 하였고, callus에 LED, yeast extract, silver nitrate를 처리한 후 시간 때 별로 물질과 유전자 발현 변화를 분석해 최적의 처리 및 농도 조건을 설정하여 배초향의 기내 세포 배양을 통한 물질 대량 생산 체계를 확립 하였으며, 식물체에 systemic acquired resistance 유도물질인 Acibenzolar-S-Methyl의 처리를 통하여 처리구 및 미처리구 간 물질 함량 및 관련 유전자 발현량의 변화를 분석하였다. 이러한 연구 결과는 물질 생산이 배가된 배초향 식물체 또는 식물세포를 개발을 통하여 저렴한 가격으로 Rosmarinic aicd 및 Tilianin의 대량 생산을 가능하게 할 것이며, 산업체에서는 이를 이용하여 다양한 제품을 만들기 위해 필요한 원료를 원활하게 공급하는 시스템을 구축하는데 도움이 될 것으로 기대한다.