| 초록 |
□ 핵심기술 - 기존의 생물농약보다 월등한 표적특이성(target specificity)과 즉효성(rapidity) 및 지효성(sustained release) - Starch(전분), lipid(지질), protein(단백질) nanoparticle의 약제저항성 기작 회피효과 □ 최종목표 - 본 특허기술의 이전을 통해 전분 및 지질과 단백질 나노소재(nanoparticle)의 패키징(emulsification)기법을 적용하여 식물추출물의 침투성이 극대화된 물리화학적 조건을 확립하여 기존화학농약수준의 방제가가 구현된 제품의 상품화 및 쌀을 주식으로 하는 글로벌시장(Global market)을 개척하여 수출입 성과를 확대하고자 한다. □ 개발내용 및 결과 ○ 연구개발 취지 - 주요 안보식량작물인 벼(rice) 수확량의 최대 1/10수준까지 감소를 야기하는 벼 도열병(rice blast disease)의 친환경적방제를 하는 새로운 생물농약의 개발을 위해 식물추출물을 소재로 하여 나노기술을 접목한 새로운 개념의 생물농약의 개발 및 제품화를 목적으로 하였다. - 2,000여 종(species)의 식물에서 유래한 식물 추출물중에서 영릉향(Lysimachia foenum graecum Herba)과 지모(Anemarrhena asphodeloides)추출물이 벼 도열병균 (Magnaporthe oryzae)의 균사성장억제효과를 보이는 것을 확인하여 생물농약의 소재로 선정하였다. ○ 연구개발 핵심내용 - 발굴된 식물추출물의 단순처리에서 벗어나 전분(starch)을 소재로 하는 나노공학(Nanotechnology)기술을 이용하여 제형효과의 개선을 확인한 바,지질(lipid)을 소재로하는 페키징을 통해 세포막침투성의 향상을 통해 방제가를 개선하였고, 글루텐(gluten)을 소재로 서방형(sustained release) 제형기술을 확립하여 방제가의 향상을 확인하였다. - 벼 도열병의 균사성장억제효과에 관여하는 식물추출물의 유효분획을 확인하였고, 매우 낮은 농도의 추출물 처리에서 균사의 포자발아(spore germination)와 부착기(appresorium)형성을 억제함을 확인하여 높은 방제가에 대한 원인 규명을 수행하였다. ○ 식물추출물의 표적단백질(target protein) 규명 - 추가기술개발의 내용으로서 제품의 방제가의 획기적인 향상을 위해, 식물추출물의 벼 도열병균의 세포내 표적(target) 유전자인 ABC transporter 단백질의 존재를 규명하였고, 세포내 Blastidicin S deaminase(BSD)와의 상호작용을 확인한 바 이들을 표적특이적(target specific)으로 제어하는 화학농약수준의 제품개발의 기반을 마련하였다. □ 기술개발 배경 ○기존화학농약의 문제점 기존의 화학농약은 농약으로서의 즉효성과 방제가의 측면에서 뛰어나지만,농산물의 재배포장에서의 반복적인 사용으로 인한 식물병원균의 약제내성(drug resistance)의 증가를 야기함으로 인해 해당 화학약제의 사용량이 증가가 초래되고 인축과 환경에 미치는 악영향이 심대하여 무공해 생물농약이 등장하였다. ○기존생물농약의 문제점과 개선 기존의 생물농약은 미생물간의 길항능력을 활용한다는 특징이 있지만, 환경변화에 따라 방제효과가 일정하지 않고 방제가 역시 높지 않다는 특징이 있다. 이러한 배경으로 새로운 생물농약소재로서 광범위한 식물 종의 다양성에 기반하여 식물추출물을 활용한 생물농약의 개발을 수행하였으며, 전세계적으로 활용되고 있는 약물전달시스템(drug delivery system, DDS)을 응용하여 본 특허기술에 적용된 전분나노입자체계(starch nanoparticle system)를 적용하였다. □ 핵심개발 기술의 의의 ○ 기존 생물농약과의 차별성과 신규성 - 기존의 생물농약의 문제점 현재 개발되고 판매되는 생물농약의 대부분은 미생물간의 길항능력을 활용한다는 특징이 있지만, 환경변화에 따라 방제효과가 일정하지 않고 방제가 역시 높지 않다는 단점이 있으나 본 연구에서 식물추출물을 소재로 하고 있어 미생물농약의 사용환경에 따른 방제가의 변동성을 큰 폭으로 줄였다고 판단된다. ○ Nanotechnology를 적용한 기술개발 - 원래는 인체의 효과적인 약물전달물전달시스템(drug delivery system,DDS)을 위해 개발된 약제의 페키징 및 세포내 유입기술이 암세포(cancer) 등의 세포수준에서 표적세포로의 약물투입을 목적으로 개발된 개념이다. - 이 체계를 식물병(plant disease) 구제에 응용하여 본 특허기술에 적용된 전분나노입자체계(starch nanoparticle system)를 적용하였다. 즉, 세포수준에서의 약물전달형태는 인체세포와 같은 진핵세포(eukaryotic cell)인 진균류(fungi)인 벼 도열병균(M. oryzae) 에도 유사하게 적용된다고 판단하였다. - 기술이전된 특허기술이외에 페키징소재의 진전된 연구개발을 실시하였으며, 병원균의 세포막과 유사한 물성을 지닌 lipid(Stearic acid)를 활용한 연구와, 글루텐(gluten)을 소재로 제형의 내구성을 확보함으로써 서방형(sustained release)제형기술을 확립하여 방제가의 향상을 확인하였다. - 현재까지 국내 학술문헌에서도 식물병원균 방제분야에 응용된 사례가 극히 적기 때문에 기존의 비특이적 대량살포 생물농약과는 확연히 다른 제품을 생산하는 기법이 될 수 있다고 사료된다. 즉, 천연물과 결합이 가능한 지질성분을 이용하여 일정한 미세공간에 일정농도로 약제를 나노수준에서 화학적으로 포장(encapsulation)하기 위한 starch nanoparticle을 합성하여 drug delivery(약제전달) 효율을 향상시켰고, 동시에 약제내성을 극복하는 체계를 구축할 있다는 점에서 종래와는 확연히 다른 생물농약 제조기술로서 이용될 것으로 사료된다. ○ 유효분획(fraction)의 확보 - 본 연구에서 벼 도열병의 균사성장억제효과를 보인 영릉향과 지모 의 총 추출물(total extract)에서 Chloroform, n-Butanol, Ethyl acetate, Hexan분획을 확보하여 분획별 균사성장억제효과를 조사한 결과 영릉향은 n-Butanol분획에서, 지모의 경우 Ethyl acetate분획에서 최고의 균사성장억제효과를 확인하였고, 이들 분획에 대한 HPLC(high performanceliquid chromatography)를 실시하여 순수한 유효성분의 Peak를 확인하였다. ○ 벼도열병균의 세포내 분자표적(target)의 확인과 상호작용요소(interaction factor)발굴 - 방제가의 획기적인 향상을 위해, 식물추출물의 벼 도열병균의 세포내 target 유전자인 ABC transporter유전자의 발현이 저해됨을 규명하였고, 이들과 상호작용하는 Blastidicin S deaminase(BSD)와의 상호작용을 확인한 바 제품의 유효물질에 의한 성능향상을 위한 기반을 구축하였다. ○ 기타작물에 대한 확장성 고추탄저병, 감귤검은점무늬병에 대한 높은 방제가 역시 확인하였다. □ 적용 분야 본 연구개발에서 구제하고자 한 벼 도열병 이외에 국내에서 제 2 경제작물인 고추탄저균(Colletotrichum acutatum)에 의한 고추탄저병(Pepper anthracnose), 감귤검은점무늬병(Diaporthe citri)에 의한 감귤검은점무늬병(Melanose)에 대한 방제가 역시 포장시험(field test)을 통해 확인한 바, 경우 벼 도열병의 방제가보다 높은 수준을 보여 여타 진균류에 의한 식물병해의 구제에 큰 확장성이 있다고 판단된다. (출처: 초록 - 3. 개발결과 요약 4p) |
