현재까지 자연계로부터 발견된 수많은 다당(polysaccharide)의 종류에 비하여 산업화되어 사용되고 있는 다당의 종류는 극히 제한적이다. 우리가 일상 생활에서 섭취하고 있는 식품 성분 중에 몸에 좋은 성분은 다양할 것이다. 특히 면역 증강과 항암 효과가 있는 식품군은 지속적으로 관심의 대상이 되고 있다. 최근 들어 기능이 강화된 식품, 몸에 좋은 식품을 선호하는 추세가 확산되면서 베타글루칸이란 소재가 주목을 받고 있다.

■ 베타글루칸의 유래 및 구조

베타글루칸은 일반적으로 효모 세포벽, 버섯류, 곡류에 존재하는 물질로서 1941년 미국의 루이스 필레머(Louis Pillemer) 박사에 의해 효모 세포벽에서 비특이적인 면역 반응에 관여하는 물질을 발견 자이모산(Zymosan)으로 명명하였다. 자이모산은 단순한 효모 추출물이었기에 베타글루칸 이외에 단백질이나 지방을 다량으로 함유하고 있어 알레르기를 일으키는 부작용을 수반하기도 하였다.

이러한 자이모산은 1960년대 초 미국의 니콜라스 딜루지오(Nicholas Diluzio) 박사에 의해 효모의 세포벽에서 추출한 고분자 다당을 베타글루칸이라 명명하면서 면역 활성화 물질임을 증명하였다. 다당의 일종인 글루칸은 D-글루코오스만을 구성당으로 하는 포도당 중합체로서 연결 형태에 따라 a 혹은 b형으로 구분된다. 특히 베타글루칸(b-glucan)은 포도당 단위체가 1, 3위치에 b-글리코시드 결합으로 연결된 기본 골격에 4번(b-1,4 결합) 혹은 6번(b-1,6 결합) 탄소에 측쇄를 가지며 이러한 측쇄 유무에 의해 구조적인 차이와 함께 물리·화학적 성질을 좌우하는 것으로 알려져 있다.<자료참조>

■ 베타글루칸의 일반적인 효능

베타글루칸이 사람과 동물 안에서 체액성, 세포성 면역을 자극하여 면역 체계를 증폭하고 면역 조절 물질로서 작용한다는 연구가 많이 보고되어 있다. 베타글루칸의 항암 효과에 대한 기전도 많은 부분들이 알려져 있으며 이들 베타글루칸은 암세포를 직접 공격하기보다는 대식세포(Macrophage), 자연 살해 세포(NK cell), T세포 등의 정상적인 면역 세포의 면역기능을 활성화시켜 암 세포의 증식과 재발을 억제하고 면역 세포의 증가를 촉진한다고 알려져 있다.

베타글루칸은 식물이나 균류로부터 얻어지는데 그에 따른 구조와 물성이 다양하다. 베타글루칸의 활성은 분자량, DB(degree of branch), 구조, 용해 정도, 분자 사이의 결합에 의해 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 베타글루칸 중에서도 항암 효과가 있는 주된 구조는 베타 1,3글루칸인 것으로 밝혀져 있다. 우리가 즐겨 먹는 대부분의 버섯은 수분이 90% 이상이고 나머지 10%는 단백질, 지방질, 당질, 미네랄 등이다.

칼로리가 거의 없는 데다 고단백이어서 다이어트와 성인병 예방에 중요한 식품으로 애용되고 있다. 해마다 우리 나라에서는 24만여 명이 숨지는데 그 중 사망 원인 1위는 6만명의 사망자를 낳는 암이다.

암이야말로 사람들이 가장 두려워하는 질환으로 이 암에 대한 항암 효과가 버섯에 들어 있는 베타글루칸이란 성분이 면역력을 강화하기 때문이란 것이 알려지면서 영지버섯, 운지버섯, 상황버섯, 아가리쿠스버섯 등 버섯류가 최근 들어 항암 건강보조식품으로 급부상하고 있다.

버섯으로부터 정제된 베타글루칸은 면역 세포를 강화하는 작용이 있다는 것이 증명되면서 의약품으로 사용되고 있는데 실제로 일본에서는 의약품으로서 담자균류에 속하는 구름버섯의 다당(PSK, Krestin) 표고버섯의 렌티난(Lentinan) 치마버섯에서 시조필란(Schzophyllan)들은 임상에 쓰이고 있으며 아주 고가의 의약품으로 판매되고 있다.

효모의 세포벽으로부터 추출한 베타글루칸은 미국에서 차세대 기능 성건강식품으로 상당한 판매량을 보이고 있으며 1983년 미국 FDA에서 안전한 식품으로 인정되어 FDA가 규정하는 일반 안전 기준(GRAS 규격 Title21, vol. 3)에 기재되어 있다. 현재까지 버섯류와 효모의 경우는 대량 생산과 정제 과정이 복잡하여 제품의 용도가 한정적이며 고가이다. <자료참조>

■ 미생물이 생산하는 베타글루칸

이외에도 박테리아가 생산하는 베타글루칸이 알려지고 있는데 이 경우는 세포외로 베타글루칸을 생산하므로 버섯류와 효모에 비해 대량 생산이 가능하며 고순도로 분리 정제할 수 있는 특징이 있다. 면역력을 강화하여 항암 효과를 나타내는 성분은 베타글루칸 중에서도 베타-1,3글루칸인데 미생물이 생산하는 베타글루칸을 FT-IR 및 13C NMR 구조 분석 결과 베타-1,3글루칸으로 존재함을 밝혔다.

㈜더멋진바이오텍에서는 토양으로부터 미생물을 분리하여 베타글루칸만 생산할 수 있는 고농도 생산 균주를 개발하였으며 60 g/L 이상의 고농도 베타글루칸을 생산할 수 있는 대량생산 공정을 개발하였다. 충남 연기군에 34톤 공기 부양형 발효조 설비를 갖추고 월 1000kg 이상 베타글루칸을 생산하고 있다.

·미생물이 생산하는 면역 증강 및 항암 활성

미생물이 생산하는 베타글루칸은 대량 생산이 가능하며 고순도로 정제하기가 용이한 장점이 있다. 정제된 베타글루칸의 면역 활성 효능을 검증하기 위하여 한국생명공학연구원 공동으로 수행된 여러 연구 결과를 보면 우선 인체 말초 단핵세포(pheriperal Blood Mononuclear cell; PBMCs)의 IFN-g에 미치는 영향에 대한 연구결과 IFN-g의 분비를 촉진하여 마이크로파지(macrophage)나 NK세포, cytotoxic T세포를 활성화하며 결과적으로 세포내 세균 및 바이러스 감염에 억제능을 가지는 효능이 입증되었다.

그리고 베타글루칸을 마우스에 복강 주사한 후 비장과 흉선에서 여러 가지 사이토카인 발현 정도를 비교한 결과 IL-1, IL-2, TNF-a 등의 분비를 증가시킴으로써 세포를 직접 공격하는 세포성 면역 반응을 촉진할 뿐 아니라 IL-6의 분비를 증가시킴으로써 항원 특이적 면역 반응을 촉진하였다. 이외에도 정상 세포에는 영향을 미치지 않으면서 암 세포만 특이적으로 공격하는 항암 효과도 확인되었다. 참고 문헌 약학회지 제46권 제6호 459-465 (2002).

■ 베타글루칸의 항암효과

·베타글루칸의 식이섬유로서 체지방 감소 및 콜레스테롤 수치 저하
미생물이 생산하는 베타글루칸은 강력한 면역 증강 효과를 지님과 동시에 독특한 물성을 갖는 것으로 알려져 있다. 미생물이 생산하는 베타글루칸은 산(acid)과 구강에서의 효소적 분해에 대해 매우 높은 안정성을 가지며 인체에서 분해되지 않아 저칼로리 식이섬유인 음료나 다이어트 식품으로 사용될 수 있다.

미생물이 생산하는 베타글루칸의 비만에 관련된 효능을 검증하기 위해 고지방 식이로 유도된 비만 쥐에서 식이 베타글루칸이 체지방 형성 및 혈청 지질에 미치는 영향을 조사한 결과 베타글루칸이 항비만 효과가 있음을 밝혔다. 소재로서 건강기능식품, 의약품, 화장품 소재로서 용도가 다양해질 것으로 보인다. <자료참조>

<자료제공:더 멋진 바이오텍>

김현옥 기자 다른기사 보기