하등식물의 생리활성물질에 대한종합 연구

소련 과학아카데미

V. A. 코마로프

식물학연구소

하등식물의 생리활성물질에 대한종합 연구

소련 과학아카데미 출판부

모스크바-레닌그라드

1961

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실제 실험 연구를 하다 보면 화학적-물리적 지표들로 볼 때 같은 종류임이 분명한 고분자 물질들이 생물 유기체를 대상으로 생물학적 실험을 하면 세밀하게 불순물을 제거한 상태여도 완전히 다른, 심지어 정 반대되는 생리적 특성을 가진 물질들로 밝혀지는 경우가 빈번하다. 이는 연구대상 물질들의 화학적 구조의 명백한 차이가 물리-화학적 조사 방법으로는 포착되지 않는다는 것을 말해준다. 따라서 새로 발견된 천연 화합물에 대해 생화학적(혹은 생리적) 활성에 따른 고유한 특질을 부여할 특별한 생물학적 방법, 혹은 특별한 검사법을 개발하여 그 천연 화합물이 동물이나 식물 유기체에 미치는 작용을 연구해야 할 절실한 필요성이 생겨났다. 그러한 종류의 생물학적 검사는 정확성과 신뢰도로 볼 때 가장 향상된 물리-화학적 분석 방법보다 백배는 더 우월한 것이다. 게다가 생물학적 검사를 통해 생리 활성 물질들의 정확한 특질을 알기 위해서는 아주 적은 중량의 물질만 있어도 충분하며 이 물질에 묻어 있는 불순물을 반드시 제거하지 않아도 무방하다.

 

생물학적 활성이 있는 다양한 종류의 천연 화합물, 일정한 화학 구조조차 없는 경우가 드물지 않은 이런 화합물들을 연구하기 위해 사용되는 생물학적 연구 방법이 개발되어 끊임없이 보완되고 있으며 바로 이에 기반하여 항생물질, 비타민, 호르몬, 효소, 자극제, 혹은 성장 억제제 등으로서 생물 유기체에 작용하는 물질의 기본 특징에 따라 새로운 생리활성물질들의 특성을 설명하는 것이 가능한 것으로 생각되었다.

가장 향상된 생화학, 생물리학, 생리화학적 방법을 사용하여 체계적인 하등 식물군을 철저하고 심도 깊게 조사함으로써 하등 식물의 생물학적 본질을 더욱 깊이 연구하고 그 식물들 속에서 유용하고 새로운 질적 특성을 발견하여 특히 전망 있는 인공재배 대상을 밝혀내는 것이 가능하리라 추정하는 것은 너무도 당연한 일이다. 여기서 우리는 고등 식물의 생화학과 생리학이 오늘날 매우 높은 수준으로 발달해 있다는 점을 지적할 필요가 있다. 고등식물계의 상당 부분은 집단적인 식물화학적 특성 및 경제적 특성이 파악되어 있고 단백질군 , 전분함유군, 탄닌군, 정유함유(essential oil-bearing)군, 섬유질군, 비타민함유군 및 기타 식물군 등등 유사한 고유 특성을 가진 식물군으로 분류되어 있다.

 

많은 종류의 버섯과 방선균(actinomyces)은 신진대사 과정에서 항생물질외에도 비타민 B12(방선균의 경우)를 포함한 복합 비타민 B, 스테로이드 호르몬, 광범위한 효소군 및 대체 불가능한 아미노산들을 거의 모두 함유하고 있는 단백질 등 다양한 생리활성물질들을 합성할 수가 있다고 일련의 연구자들이 지적한 바 있다.

 

2차 대전후 몇 년 동안 소련은 물론 폴란드에서도 몇몇 연구자들이 다공균 버섯 Inonotus obliquus(Pers.) Pil.의 무생식 형태인 차가 연구에 지대한 관심을 쏟았다. 차가에 관한 폭넓은 연구가 시작된 것은 1951년 소련과학아카데미 산하 V. L. 코마로프 식물학연구소와 I. P. 파블로프 레닌드라드 제1 의과대학의 협동 작업에 의해서였다. 이 작업의 1단계 연구 자료들은 『 차가, 그리고 4기 암 치료제로 차가의 사용』(1959년)이라는 논문집에 게재되어 있다.

 

수행된 연구가 좋은 결과를 낳자 이에 자극을 받아 여러 생화학자, 약리학자, 생리학자 및 의사들이 암 발병으로 쇠약해진 동물 유기체에 뚜렷한 치료 및 강장 효과를 갖고 있는 차가의 특수한 복합생합성 물질들을 계속 연구하게 되었다.

 

환자의 인체에 대해 차가가 미치는 생리학적 작용의 본질은 아직까지는 최종적으로 규명되지 못했다. 하지만, 차가가 악성 종양에 직접 작용하는 것은 아니라고 생각해야 한다. 차가는 암 발병으로 위축된 효소계의 활성 회복을 자극하는 것이 분명하다. 우리가 관찰한 바에 따르면, 차가로 만든 약은 한결같이 저해인자(inhibitor)에 짓눌린 동물 및 식물 유기체의 몇몇 효소계의 활동을 왕성하게 복구해준다. 예를 들어 불화나트륨에 의해 활성을 잃은 효모의 발효 능력을 차가가 복구해 주고 발아한 밀의 뿌리의 성장을 멈추게 한 유산동의 독성 작용을 해소해준다는 것이 확인되었던 것이다.

 

이와 유사하게 암 환자들의 경우 병이 손쓸 수 없는 단계에 이르지 않은 경우에는 오르니틴 회로 요소 배출의 급격한 감소를 동반하는 간의 억제된 아르기나아제 효소 활동이 차가에 의해 복구된다. 차가는 또한 암 환자들에게서 급격히 저하된 혈액의 카탈라아제와 프로티아제 활성을 정상치까지 복구해 주는 경우도 드물지 않았다.

 

이와 같이, 차가의 생리활성물질 복합체는 질병으로 억제된 환자의 효소계 활동을 상당 정도 복구하여 환자의 신진대사 과정을 정상화해주고 그럼으로써 인체의 전반적인 반응성은 물론 중추신경계의 활동까지도 향상시켜주는 독특한 생물학적 능력을 가지고 있음이 분명하다. 차가의 매우 효과적인 치료 작용을 기대할 수 있는 것은 암 예방 부문, 즉 환자의 효소계 활동이 교란되기 시작하는 과정을 수반하는, 이른바 전암 질환의 치료에서이다.

 

본 논문집에는 차가에 관해 가일층 진행된 협동 연구 작업의 결과물들이 수록되어 있다.

치료 효과가 있는 특수한 종류의 생리활성물질 보유자인 차가는 산업화되어 이용되기에 이르렀다. 차가로 만든 약의 출고가 해마다 증대하고 있는 것이다. 논문집에 수록된 이와 관련된 논문에는 차가의 생물학과 생화학 연구, 차가를 약의 형태로 만들어서 임상에 적용한 사례 연구 등에 관한 자료들이 들어 있다. 논문집에는 또한 식물학연구소에서 시작된 다른 다공균 버섯들의 생화학 및 생리학에 관한 체계적인 연구를 일차적으로 총합한 결과들이 수록되어 있다.

 

아주 최근에는 연구자들이 수목파괴 버섯군에 주의를 돌렸다. A. N. 쉬브리나의 개론적 논문에는 아직까지 거의 연구 자료가 없는 담자균(basidiomycetes)에 관한 내용이 서술되어 있다. 대표적인 담자균 각각에서는 항생물질 외에 비타민 B군과 엽산, 트리테르펜 화합물, 단백질, 그리고 효소들이 발견되었다.

 

차가 및 기타 다공균에 관한 최근의 연구 과정에서 식물학연구소 하등식물 생화학 실험실의 연구원들은 밝혀진 고분자 물질군에 적합한 새로운 일련의 물리-화학적 방법들을 개발하고 체득해야 했다. 몇몇 논문에는 몇 가지 종류의 다공균에 대한 생화학 및 생물학적 관찰에 따른 연구 결과들이 기술되어 있다. 다공균의 생리학에 관한 저술에는 위에 기술된 종류의 다공균을 액내배양 및 액면배양을 통해 인공 배양하고 그에 따른 영양배지의 선택하고 다른 종류의 탄소를 공급할 때 버섯의 생산과 성장에 미치는 영양이 어떤지 등등에 관한 자료들이 제시되어 있다(O. P. 니스코프스카야, N. M. 밀로바). A. N. 쉬브리나와 E. V. 로뱌기나,  E. G. 플라토노바야의 저술들을 보면 자작나무 톱밥이 들어 있는 배지에서 액면 인공 배양을 했을 때 몇몇 종류의 자작나무 기생 다공균들은 배양기간이 길었음에도(6-8달) 불구하고 차가의 색소 복합체와 화학적으로 가까우며 휴민산과 유사한 물질들을 생성하는 능력이 있었다는 것을 알 수 있다.

 

차가를 포함하여 연구 대상이었던 10종의 다공균을 액내 인공 배양한 경우 많은 고등식물의 잎과 딸기과의 열매에서 발견된 것과 같은 엽산군의 물질들이 그 균사체에 생성되었다고 A. N. 쉬브리나와 E. V. 로뱌기나는 기록하고 있다. 연구 대상 버섯들의 균사체에서는 티아민, 리보플라빈, 비오틴, 테톤산을 포함한 일련의 비타민 B군이 합성되었다. O. M. 예피멘코가 확인한 바에 의하면 몇몇 다공균들은 자연 상태와 인공 배양에서 스테린, 트리테르펜산을 합성할 수 있으며 또한 아직 밝혀지지 않은 호르몬 성질을 가진 다른 물질들을 합성할 수도 있을 것이다. 예피멘코는 또한 자작나무 목이버섯(Polyporus butulinus(Bull.) Karst.)에서 3가지 트리테르펜산을 추출했는데, 그 중 2가지는 항생성을 갖고 있는 것이었다.

 

종류가 다른 다공균들은 자연 상태에서는 형태적 특징과 해부적 특징에 의해 서로 확연하게 구별이 된다. 뿌리 부분에서 생성되는 균사 덩어리는 다른 종류의 다공균들이라 해도 거의 구분이 되지 않는 동일한 섬유질 구조를 갖고 있지만 액체 배지에서는 여과나 원심분리를 통해 쉽게 분리된다.

 

N. N. 팔리나와 다른 이들의 논문은 배양을 할 때 다른 종류의 다공균 버섯들의 생물량(biomass)에는 건조 상태로 환산해보면 30-45%의 단백질들이 축적되어 있음을 보여주었다. 단백질의성분은 버섯의 종류가 다른 경우 동일하지 않을 수 있는데, 동물 유기체에 필수적인 각각의 아미노산 함량에서 특히 그러하다. 인공 액내배양에서 다공균에 의해 생성되는 단백질에 대해서는 계속 연구할 필요가 있다. 담자균 버섯을 포함한 하등식물들의 단백질을 대량 합성하는 것은 중요한 전망을 가진 문제이기 때문이다.

 

여기서 지적해야 할 점은 생리활성물질 및 단백질의 합동 생산자인 다공균 버섯을 배양하는 것은 경제적으로 매우 전망 있는 일이라는 점이다. 이는 이 수목파괴 버섯들이 동일한 에너지로 갈락토스 타입의 오탄당(pentose), 육탄당(hexose) 등 비식용 당류를 소화하기 때문이다. 많은 종류의 다공균 효소 복합체는 전분과 펜토산을 쉽게 가수분해한다. 몇몇 종류의 다공균은 세포막질을 소화하고 당화할 수 있으며 또 다른 다공균은 리그닌도 동화할 수 있다. 이로써 매우 흥미로운.......

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차가가 침범할 때 석세포(stone cell)가 생성되고 침범한 후에는 형성층에 의해 새로이 퇴적되는 목질 요소들이 불규칙한 위치를 갖게 되는 것 역시 특이한 현상이 아니다. 말하자면, 예컨대 세포 "분열" 후 카렐리아 자작나무 고갱이의 넓은 방사상 조직 반대쪽의 피층에 석세포가 생성될 수도 있는 것이다(소콜로프, 1950년). 카렐리아 자작나무 고갱이의 좁은 방사상 조직과 넓은 방사상 조직이 접할 때, 그리고 석세포가 목질 속으로 자라들어갈 때 눈(resting buds)이 발달한 결과 형성층의 규칙적인 활동을 파괴하는 캘로우스가 내부에 생성되기 때문에 물관과 방사상 조직, 도관 위치의 규칙성이 깨어질 수가 있는데 이로 인해 카렐리아 자작나무 목질에 특징적인 많은 마디가 생기게 된다(소콜로프, 1948)

 

자작나무 줄기에 차가가 침범한 경우 위에서 고찰한 줄기의 병리학적 진행과정의 추이가 갖는 특수성은 건강한 나무의 감염 메커니즘에 관해 몇 가지 추정을 해볼 수 있도록 해준다.

 

A. S. 본다르체프(1954, 1959)가 추측하는 것처럼 차가가 자작나무를 침범하는 입구가 되는 지점은 얼어서 터진 곳과 햇볕으로 탄 곳, 다양한 물리적 손상과 기생충에 의한 손상 지점, 그리고 가지가 부러진 지점 등이다. 그러나 수목파괴 버섯들이 외피의 피목(lenticel)에 항상 존재하는 부생 버섯을 뒤따라 나무 속으로 침투할 수 있다는 사실을 보면 이 부생 버섯들이 침범의 잠재적인 원천이라는 추정을 할 수 있을 것이다. 게다가 자작나무는 생육 기간 거의 내내 계속해서 성장하는데 죽은 자리에서 2차 성장이 이루어지는 것을 보면 이 점이 더욱 분명해진다.(로제네, 1953). 이 경우 새로 생성된 코르크는 옛 코르크와 구별되지 않는다(메르클린, 1864). 이와 관련하여 흥미로운 점은 Betula verrucosa Ehrh와 B. Pubescens Ehrh 개체군에서 추출된 결이 거친 피층, 흰 피층, 회색 피층, 황색 피층 형태의 감염 가능성에 관한 차별 분석이다(메갈린스키, 1950).

 

버섯 균사가 항상 들어있는 검은 잔 가지들과 아주 빈번히 보게 되는, 떨어진 가지가 남긴 무성한 잔가지들 역시 감염의 원천이 될 수 있음이 분명하다(아부트코프, 1955, 메이에르, 1934).

 

이와 관련해 볼 때, I. Obliquus의 감염은 수면 중 외과 감염 유형으로 진행되며 감염된 나무는 내부의 환경이 차가의 성장을 위한 완전한 호조건이 될 때까지 독특한 "보균상태"로 있을 것이라고 추정하는 것이 이치에 맞다. 이러한 추정을 뒷받침하는 것이 차가 옹이가 발달하기 시작하는 단계의 특수성이다. 차가의 성장은 나무의 외부에서 내부로 시작되는 것이 아니라 내부로부터 외피 쪽으로 시작된다(그림 1과 13). 이는 균사가 뻗어가기 좋은 도관의 구멍(loculus)들이 주변부보다 중심층에 훨씬 더 많은 것과 관련되어 있다(알렉세예바, 1958b). 하지만 잘 알려진 것처럼 나이테의 넓이가 주변부로 갈수록 좁아지면서 자작나무 목질의 밀도와 물리적 특성은 커져간다(고보로프, 1935, 페렐르이긴과 페프초프, 1934, 스트레갈로프스키, 1949). 차가 옹이 발달의 형태학적 그림을 통해 우리가 알 수 있는 것은 나이테가...........

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