생물 유발 물질

Biogenic substance
변형생성물질인 원유
헤베아 브라실리엔시스(Hebea brasiliensis

생물 유발 물질은 생명체에 의해 또는 생명체에 의해 만들어진 제품이다. 원래 이 용어는 다른 유기체에 독성 영향을 미치는 대사성 화합물에만 한정되어 있었지만,[1] 식물이나 동물의 모든 성분, 분비물, 대사물을 포함하도록 발전되었다.[2] 분자생물학의 맥락에서 생물 유발 물질을 생체분자라고 한다. 그것들은 일반적으로 고립되고 크로마토그래피와 질량분광기법의 사용을 통해 측정된다.[3][4] 또한, 환경, 특히 수로에서 생물 유발 물질의 변환과 교환을 모델링할 수 있다.[5]

생물 유발 물질의 관찰과 측정은 지질학과 생화학 분야에서 특히 중요하다. 지질 퇴적물에서 이소프로노이드와 지방산의 많은 비율은 식물과 엽록소에서 파생되며, 프레암브리아까지 거슬러 올라가는 표본에서 찾을 수 있다.[4] 이러한 생물 유발 물질은 침전물에서 디아게네시스 과정을 견딜 수 있지만 다른 물질로 변형될 수도 있다.[4] 이것은 지질학자들이 다른 암석의 나이, 기원, 분해 과정을 검증하는 생물학적 지표로서 유용하게 만든다.[4]

생물 유발 물질은 1960년대부터 해양 생화학의 일부로 연구되어 왔는데,[6] 이것은 물 속에서 그들의 생산, 수송, 변형을 조사하고,[5] 그것들이 산업용 응용에 어떻게 사용될 수 있는지를 조사해왔다.[6] 해양 환경에서 많은 양의 생물 유발 화합물이 시아노박테리아를 포함한 미세조류와 매크로 조류에 의해 생성된다.[6] 그들의 항균 특성 때문에 그들은 현재 항풀링 페인트와 [1]같은 두 산업 프로젝트나 의학에서 연구 대상이다.[6]

발견 및 분류 이력

생물성 침전물: 화석이 함유된 석회석

1903년 뉴욕 과학 아카데미의 지질학 및 광물학 부문 회의에서 지질학자 아마데우스 윌리엄 그래보는 자신의 논문 '암석의 새로운 분류에 관한 논의와 제안'에서 새로운 암석 분류 체계를 제안했다.[7] 화학적 과정을 통해 형성된 암석인 "내생적 암석"의 1차적인 부분에는 "유기적 암석"과 동의어로 사용된 "생물학적 암석"이라는 분류가 있었다. 다른 2차 범주는 "Ignous"와 "Hydrogenic" 암석이었다.[7]

1930년대에 독일의 화학자 알프레드 E. Treibs는 그의 포르피린 연구의 일환으로 석유에서 생물 유발 물질을 처음 발견했다.[4] 이러한 연구를 바탕으로 1970년대에 지질학 연구의 일환으로 퇴적암에 있는 생물 유발 물질에 대한 연구가 점차 증가하였다.[4] 이것은 보다 진보된 분석 방법의 개발로 촉진되었고, 퇴적물의 생물 유발 화합물을 연구하기 위해 지질학자들과 유기 화학자들 사이의 더 큰 협력으로 이어졌다.[4]

연구진은 1960년대 초 해양환경에서 미생물에 의한 화합물 생산을 추가로 조사하기 시작했다.[6] 1975년까지 해양 생화학 연구에서는 서로 다른 연구 분야가 개발되었다. 이것들은 "해양 독소, 해양 생물학, 해양 화학 생태학"[6]이었다. 1994년에 이어 테우셔와 린데키스트는 저서 '바이오젠 기프테'에서 생체 유발 물질을 "생물이 합성하고 특정 농도를 초과하면 화학적 또는 물리화학적 효과에 의해 다른 생물이 일시적이거나 영구적으로 손상되거나 심지어는 사망하는 화학적 화합물"이라고 정의했다.[1][8] 생물 유발 물질의 독성에 대한 연구와 분류에서 강조된 것은 부분적으로 생물학적으로 활성성분을 검출하는 데 사용된 세포독성 유도 선별 검사 결과 때문이다.[6] 이후 대체 의약품과 산업용 어세이 사용을 통해 생체 유발 제품의 다양성이 세포독성 물질에서 확대되었다.[6]

환경에서는

수생태학

해양성분들의 이동모델

는 타타르 해협에서 일본해에 생체 물질의 이동을 연구하고를 통해, 러시아 팀은 생체 물질 중 외부에서 입력, 물은 대중들 안에 운송 또는 물 안에 대사 과정에 의해 개발 때문에 해양 환경에 들어갈 수도 있다고 밝혔다.[5] 그것들은 마찬가지로 생물역조성 과정, 즉 미생물에 의한 바이오매스 형성으로 인해 확장될 수 있다. 본 연구에서는 생물 유발 물질 농도, 변환 빈도, 이직률이 모두 물의 상층부에서 가장 높았다. 또한 해협의 여러 지역에서 연간 이동량이 가장 높은 생물 유발 물질은 일정했다. 이들은 O2, DOC, DISi로, 자연수에서 일반적으로 큰 농도로 발견된다.[5] 해협 외부 경계선을 통해 입력이 낮아지고 따라서 가장 이전이 적은 생물 유발 물질은 N과 P의 광물 및 탈선 성분이었다. 이 같은 물질은 해양환경에서 바이오트랜스포메이션 과정에 적극적으로 참여하고 연간 생산량도 낮다.[5]

지질 유적

온콜라티 석회석: 스피로이드 온콜라이트는 시아노박테리아에[9][10] 의한 탄산칼슘 증착을 통해 형성된다.

유기화학자들은 또한 석유에서 생물 유발 물질의 다이오메네시스와 그것들이 퇴적물과 화석에서 어떻게 변형되는지를 연구하는 데 관심이 있다.[4] 이 유기물질의 90%는 케로겐이라 불리는 일반적인 유기용매에서 용해되지 않지만 10%는 용해성 형태로, 그 후 생물 유발 화합물을 분리할 수 있다.[4] 포화 선형 지방산과 색소는 가장 안정적인 화학 구조를 가지고 있으므로 디아게네시스 공정에서 분해되어 원래 형태로 검출되는 것을 견디는 데 적합하다.[4] 그러나 보호 지질 지역에서도 고분자가 발견되었다.[4] 대표적인 침전조건은 효소, 미생물, 물리화학 작용과 함께 온도와 압력 상승이 수반되어 생물 유발 물질의 변형으로 이어진다.[4] 예를 들어 엽록소나 헤민의 탈수소화에 의해 생기는 색소는 니켈이나 바나딜 복합체로서 많은 퇴적물에서 발견될 수 있다.[4] 퇴적물에 함유된 이소프로노이드의 많은 비율도 엽록소에서 유래한다. 마찬가지로 독일 메셀 핏의 메셀 오일 셰일에서 발견된 선형 포화 지방산은 혈관 식물의 유기 물질에서 발생한다.[4]

또한 프레암브리아 암석의 수용성 추출물에서 알칸과 이소프로노이드 등이 발견되어 30억년 이상 전의 생물학적 물질의 존재 가능성을 알 수 있다.[4] 그러나 이러한 유기 화합물이 자연에서, 특히 Presambrian 퇴적물에서, Abiogenic일 가능성이 있다. 스터디에 외 연구진(1968)의 이소프로노이드 합성에 대한 시뮬레이션 결과 화석 및 퇴적물에서 바이오마커로 사용되는 롱체인 이소프로노이드(long-chain isoprenoid)는 생성되지 않았지만 C-C914 이소프로노이드의 흔적이 검출됐다.[11] 또한 폴리이소프로노이드 체인은 Al(CH25)3 – VCl과3 같은 촉매를 사용하여 입체적으로 합성하는 것도 가능하다.[12] 그러나 이러한 화합물이 자연환경에서 이용될 가능성은 낮다.[4]

측정

엽록소의 크로마토그래피 분리

식물의 생물 유발 물질을 구성하는 다양한 생체 분자, 특히 씨앗에서 나오는 분자는 실험실 환경에서 다양한 종류의 크로마토그래피를 사용하여 식별할 수 있다.[3] 대사물 프로파일링의 경우, 가스 크로마토그래피-질량분석법을 사용하여 케르세틴과 같은 플라보노이드를 찾는다.[3] 그런 다음 역상 고성능 액체 크로마토그래피-질량 분광법을 사용하여 화합물을 더욱 차별화할 수 있다.[3]

수역학[13] CNPSi 모델은 수역학 CNPSi 모델을 사용하여 수역학적으로 수역학적으로 수역학적으로, 수역학적으로, 수역학적으로, 수역학적으로, 수역학적으로, 수역학적으로, 수역학적으로, 수역학적으로, 수역학적으로, 수역학적으로, 수역학적으로 생물 물질의 공간 이동을 계산할 수 있다.[5] 이 모델은 물 교환과 유량을 고려하며, 물의 모든 영역 또는 층에 대해 생물학적 물질 운임 값을 산출한다. 주요 평가방법은 단위수량당 측정(연 mg3/m)과 전체 층수량(연간 t)당 측정 물질(소자/연간)의 2가지다.[5] 전자는 주로 유동과 변형을 위한 생물 유발 물질 역학 및 개별 경로를 관찰하는 데 사용되며, 해협이나 수로의 개별 지역을 비교할 때 유용하다. 두 번째 방법은 월별 물질 유동성에 사용되며, 층의 수량에 월별 변동이 있다는 점을 고려해야 한다.[5]

지질화학 연구에서는 표적 암석 시료를 긁어 부수고 40% 불산, 물, 벤젠/메탄올을 3:1 비율로 세척하는 과정을 통해 화석이나 퇴적물로부터 생물 유발 물질을 격리시킬 수 있다.[4] 이어 암석 조각들을 갈아서 원심분리해 잔여물을 만든다. 화학 화합물은 이후 다양한 크로마토그래피와 질량 분광 분리를 통해 유도된다.[4] 그러나 추출에는 지문에서 나오는 아미노산 오염물질이나 [14]다른 분석 처리 방법에서 나오는 실리콘 오염물질이 없는지 확인하기 위한 엄격한 예방조치가 수반되어야 한다.[4]

적용들

마이크로코커스 루테우스의 성장을 억제하는 시아노박테리아 추출물

방청도료

해양조류에서 생산되는 대사물은 항균 성질이 많은 것으로 밝혀졌다.[1] 이것은 그것들이 해양 유기체들에 의해 화학적 억제제로서 생산되고, 따라서 생물 활성 화합물을 포함하고 있기 때문이다. 이러한 종류의 2차 대사물을 생산하는 해양조류의 주요 등급은 시아노피세아, 엽록소, 로도피세아이다.[1] 관찰된 생물 유발 제품에는 폴리케티드, 아미드, 알칼로이드, 지방산, 인돌, 지방산 등이 포함된다.[1] 예를 들어, 가장 풍부한 시아노박테리아 중 하나인 Lyngbya majuscula에서 격리된 화합물의 10% 이상이 항균성 및 항균성을 가지고 있다.[1][6] 추가적으로, 렌 외 연구진의 연구. (2002) 로도피세아 등급의 델리세아 풀크라가 생산한 할로겐화 후라논을 바실러스 아열대의 성장에 대해 시험했다.[15][1] 후라논은 40µg/mL 농도로 도포했을 때 박테리아에 의한 바이오필름 형성을 억제하고 바이오필름의 두께를 25%, 살아있는 세포의 수를 63%[15] 줄였다.

그러면 이러한 특성은 환경을 해치는 화학 물질 없이 부동 페인트를 만드는 것과 같이 인간이 만든 재료에 활용될 수 있는 잠재력을 갖는다.[1] 독성 화합물을 물과 환경으로 방출하고 몇몇 국가에서 금지된 TBT(틴 기반 부동액)에 대해 환경적으로 안전한 대안이 필요하다.[1] 박테리아와 파울링을 유발하는 미세조류에 대하여 상당한 영향을 미친 생물 유발 화합물의 종류는 스미르니오토풀로스 외 연구원이 콜러파 증식기(Collerpa sesquiterpnode eser)에서 생산한 아세틸렌 세스퀴테르페노이드 에스테르이다. (2003) TBT 산화물의 효능의 최대 83%로 세균성 성장을 억제하는 것을 관찰했다.[16]

미세조류 대사물을 생성하는 데 사용되는 광생물거레작용제

현재의 연구는 또한 이러한 생물 유발 물질을 대사 공학 기술을 이용하여 상업적인 차원에서 생산하는 것을 목표로 하고 있다.[1] 이러한 기법과 생화학적 공학 설계를 결합함으로써 녹조 및 그 생물 유발 물질을 광생물작용제를 사용하여 대규모로 생산할 수 있다.[1] 서로 다른 생물학적 제품을 생산하기 위해 다른 시스템 유형을 사용할 수 있다.[1]

생체인성 복합제 생산을 위한 광생물작용제 사용의 예
광생물작용제 종류 조류종 양식 제품 참조
미역형 폴리우레탄 스키토네마 경련.TIRST 8208 그램 양성균, 필라멘트 균류, 병원성 효모에 효과적인 순환 도데카펩타이드 항생제 쳇수몬 외 연구진(1998)[17]
저온 전차 아가르디엘라수불라타 바이오매스 황과 로러(2003)[18]
공수 자이로디늄 임펀디쿰 뇌심막염 바이러스에 대한 항바이러스 작용을 위한 황화 이산화물 임씨 외 (2003)[19]
대형 아웃도어 해마토코쿠스 홍적티 아스타잔틴 화합물 미겔(2000년)[20]

광화학토닥소학

고생케모탁소학 분야에서 지질 퇴적물에 생물 유발 물질이 존재하는 것은 옛 생물학적 샘플과 종을 비교하는 데 유용하다.[4] 이러한 생물학적 표지는 화석의 생물학적 기원을 검증하는 데 사용될 수 있으며, 고생물-생태학적 표지의 역할을 한다. 예를 들어, 프리스탄의 존재는 석유나 침전물이 해양에서 기원한 것임을 나타내는 반면, 비해양기원의 생물 유발 물질은 다순환 화합물이나 피탄의 형태인 경향이 있다.[21] 생물학적 표지는 지질 환경에서 생물학적 물질의 분해 반응에 대한 귀중한 정보도 제공한다.[4] 지질학적으로 오래된 암석과 최근의 암석 사이의 유기물질을 비교하는 것은 서로 다른 생화학적 과정의 보존을 보여준다.[4]

금속 나노입자 생산

은 나노입자의 전자 현미경 이미지 스캔

또 다른 생물 유발 물질의 적용은 금속 나노입자의 합성에 있다.[3] 현재 사용되는 나노입자에 대한 화학적, 물리적 생산방법은 비용이 많이 들고 환경에서 유독성 폐기물과 오염물질을 발생시킨다.[22] 게다가, 생산되는 나노입자는 불안정하고 신체에서 사용하기에 부적합할 수 있다.[23] 식물에서 유래한 생물 유발 물질을 사용하는 것은 환경 친화적이고 비용 효율적인 생산 방법을 만드는 것을 목표로 한다.[3] 이러한 감소 반응에 사용되는 생화학물질은 삶은 잎 육수,[24] 바이오매스 분말,[25] 용액에 대한 식물 전체 몰입 또는 [23]과일과 야채 주스 추출물 등 다양한 방법으로 식물에서 유래될 수 있다.[26] C. 안진즙은 은이온으로 치료할 때 상온에서 Ag 나노입자를 생성하며, 섭취할 때 필수 비타민과 아미노산을 추가로 전달해 잠재적인 나노물질로 만들어진다.[3] 또 다른 방법은 다른 생물 유발 물질을 사용하는 것이다: 발아 씨앗의 분출이다. 씨앗이 흠뻑 젖으면 수동적으로 피토케미컬을 주변 물에 방출하는데, 평형에 도달한 후에는 금속 이온과 혼합해 금속 나노입자를 합성할 수 있다.[27][3] 특히 사티바는 아그 메탈릭 입자를 효과적으로 생산하는 데 성공했고, L. culinaris는 아우 나노입자 제조에 효과적인 반응제다.[3] 이 과정은 또한 삼각형, 구, 막대, 나선형 등 다른 형태의 나노 입자를 생성하기 위해 pH, 온도, 발출 희석, 식물 기원과 같은 인자를 조작함으로써 더욱 조정될 수 있다.[3] 이러한 생체 금속 나노입자는 촉매, 열을 절연하는 유리창 코팅, 바이오의약품 및 바이오센서 장치에 응용된다.[3]

예

식물에서[28] 유래한 트라이테르페노이드인 루폴의 화학구조

격리된 생물 유발 화합물 표

케미컬 클래스 화합물 출처 참조
리포펩타이드[1]
  • 룽바이알로사이드
  • 라디오슈민
  • 클라인,[29] 브라크만, 달로제, 호프만 & 드물린(1997)
  • 무베리,[30] 스트랫맨 & 무어(1995)
지방산[1]
  • 구스타프슨 외 연구진(1989)[31]
  • 오타 외 연구진(1994)[32]
테르펜[6]
  • 프로클로로트릭스 홀랑디카, 메셀 오일 셰일
  • 시모닌, 위르겐스 & 로머(1996년),[33] 알브레히트 & 아우리송(1971년)[4]
알칼로이드[1]
  • 세이커 & 이글스햄 (1999년)[34]
  • 장앤스미스(1996)[35]
케톤[4]
  • 아보리노네
  • 메셀 오일 셰일
  • 알브레히트&[4]오리송(1971)

아비제닉 (반대)

Abiogenic 물질이나 과정은 살아있는 유기체의 현재 또는 과거의 활동에서 비롯되지 않는다. Abiogenic 제품은 단순한 유기 화합물뿐만 아니라 미네랄, 기타 무기 화합물일 수 있다(예: 외계 메탄, 또한 Abiogenesis 참조).

참고 항목

참조

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