Purification and Characterization of Novel Antibacterial Peptide from Silkworms (Bombyx mori L.)

Abstract

인간의 수명을 연장하고 삶의 질을 향상시키기 위해 수많은 항생제가 개발되었다. 하지만 항생제는 많은 부작용을 가지고 있으며, 전 세계적으로 사용이 증가함에 따라 항생제 내성 박테리아가 출현하게 되었다. 최근 많은 연구기관에서 이러한 항생제 내성균 감염을 치료하기 위한 새로운 항생제를 개발하고 있다. 그러나 현재 개발되고 있는 항생제는 기존 항생제를 약간 변형한 것으로 일반적으로 항생제 내성균 치료에 유용하지 않고, 새로운 항생제에 대한 내성이 나타나 문제를 가중시키고 있다. 세계 보건기구 보고서에서는 항생제 내성균의 심각성과 새로운 항생제 개발의 필요성을 강조하면서 항생제 개발이 시급한 우선 순위 항생제 내성균을 나열했다. 따라서 내성을 일으키지 않으면서 세균 감염을 효과적으로 치료할 수 있는 새로운 치료제가 시급하다. 이에 따라 모든 생물종에 존재하며 선천 면역을 담당하는 항균 펩타이드가 항생제 내성 세균 감염을 효과적으로 치료할 수 있는 항생제의 대안으로 연구되고 있다. 동양에서 오랫동안 연구되고 사용된 한의학에서는 고혈당, 불면증, 피부병, 소화불량 등의 질병을 치료하는데 누에를 사용하였다. 최근에는 누에가 파킨슨병에 치료 효과가 있다고 밝혀져 많은 연구가 진행되고 있다. 또한, 누에는 아미노산, 지방산, 당류 등 다양한 성분이 함유되어 있고, 단백질 함량이 높아 식용 곤충으로 분류된다. 본 연구에서는 누에로부터 항균 펩타이드를 분리 및 정제하였다. 먼저 누에 분말을 추출 완충액과 반응시킨 후 분자량 1,000 Da의 투석관을 이용하여 상온에서 3일간 투석하여 페놀, 지방산, 미네랄, 당류 등의 성분을 제거하였다. 투석 된 샘플은 30, 10, 3 kDa 필터를 통해 크기에 따라 분리되었다. 3 kDa 이하의 샘플은 역상 고성능 액체 크로마토그래피를 사용하여 분석하고 10–20분 및 20–30 분으로 분리했다. 항균 활성이 좋았던 분획을 다시 HPLC를 이용하여 부석하였고, 각각의 피크를 분리하여 항균활성을 확인하였다. 피크 1.3, 1.4, 1.11은 대장균에 대한 우수한 항균활성을 보여 내성을 유발하는 기존 항생제에 대한 대안이 될 수 있음을 시사한다.|Numerous antibiotics have been developed to increase human lifespan and improve the quality of life. However, antibiotics have many side effects, and their increased use worldwide has led to the appearance of antibiotic-resistant bacteria. Recently, many research institutes are developing new antibiotics against these antibiotic-resistant bacteria. However, the antibiotics currently being developed are slightly modified versions of the existing antibiotics and are typically not useful for treating antibiotic-resistant bacteria, leading to emergence of resistance to the new antibiotics, thereby aggravating the problem. A report from the World Health Organization (WHO) listed priority pathogens for which antibiotic development is urgent, emphasizing the seriousness of antibiotic-resistant bacteria and the need to develop new antibiotics. Therefore, new therapeutic agents that can effectively treat bacterial infections without causing resistance are urgently needed. Accordingly, antimicrobial peptides that exist in all living species and are responsible for innate immunity are being studied as an alternative to antibiotics that can effectively treat antibiotic-resistant bacterial infections. In Oriental medicine, which has been widely studied and used for a long time in the East, silkworms were used to treat diseases such as high blood sugar, insomnia, skin diseases, indigestion, and lethargy. Accordingly, many studied have focused on silkworms, which were recently shown to have therapeutic effect on Parkinson's disease. In addition, silkworms contain various components, such as amino acids, fatty acids, and sugars and they are classified as edible insects due to their high protein content. In this study, antibacterial peptides were isolated and purified from silkworms (Bombyx mori L.). First, silkworm powder was reacted with extraction buffer and then dialyzed at room temperature for 3 days using a dialysis tube with a molecular weight of 1,000 Da to remove components such as phenols, fatty acids, minerals, and saccharides. The dialyzed samples were separated based on size by passing them through filters with molecular weight cut-offs of 30, 10, and 3 kDa. Samples that were 3 kDa or smaller were analyzed using reverse-phase high-performance liquid chromatography (RP-HPLC) and separated into 10–20 and 20–30 min fractions. The fraction showing promising antibacterial activity was analyzed again using RP-HPLC, and antibacterial activity was confirmed by separating each peak. Peaks 1.3, 1.4, and 1.11 showed good antimicrobial activity against Escherichia coli, indicating their potential as alternatives for existing antibiotics that induce resistance.