<h1>서 론</h1><p>대사체학(metabolomics)은 기본적으로 특정 조건에서 생물학적 시스템 내의 모든 대사체물에 대한 전체적인 정성 및 정량적 분석을 통해 대사체적 차이를 식별하는 기술로 핵자기 공명 분석법(Nuclear Magnetic Resonance), 액체크로마토그래피-질량분석법 (Liquid Chromatography-Mass Spectrometer), 그리고, 기체크로마토그래피질량분석법(Gas Chromatography-Mass Spectrometer) 등 다양한 분석 기기들이 대사체학 분석에 이용되고 있으며, 이는 생물 활성 스크리닝, 식물 분석, 식물 생리학 등을 포함한 여러 식물 연구 분야에서 필수적이며, 높은 잠재적 가치를 가진다. 대사체학을 사용함으로써 동일하거나 다른 지리적 위치의 식물에서 종간 차이를 상대적으로 분석할 수 있어야 한다. 시료들을 지역별 산지나 생물학적 관련성에 따라 분석하기 위해선 통계 알고리즘을 활용하여 판별을 위한 식물 대사체학 기반의 분석 기술이 필요하다. 대사체학 기법 중 하나인 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)은 다변량 통계 분석(multivariate data analysis)을 통하여 변수 간의 상관관계가 있는 다차원의 변수 데이터를 효율적으로 \(2\)차원 또는 \(3\)차원 데이터의 주성분 공간으로 변환시키는 통계 분석법이라고 할 수 있다. 최근에는, 초고성능 액체크로마토그래피와 사중극자 비행시간형 질량 분석기와 결합된 ultra-performance liquid chromato-graphy-quadrupole time-of-flight mass spectrometry (UPLC-QTOF-MS)를 기반으로 천연물의 2차 대사물질을 빠르고 명확하게 분리하는 연구법들이 확립되고 있으며 생체 활성 대사물질의 프로파일링을 특성화하기 위해 널리 사용되고 있다.</p><p>더덕(Codonopsis lanceolata)은 초롱꽃과에 속하는 다년생 관속식물로서 한국, 중국 등 동아시아 지역에 널리 분포하고 있다. 더덕의 뿌리는 예로부터 한국에서 식용으로 이용되어져 왔을 뿐 아니라, 기관지염, 기침, 경련, 천식, 결핵, 염증 완화 등의 약용식물로도 사용되어 왔다. 최근에는 건강기능식품에 대한 많은 관심이 집중되면서 더덕에 대한 수요증가로 인해 생산량이 \(2016\)년 \(2.3\%\)에서 \(2018\)년 \(12.2\%\)로 매년 증가하는 추세이다. 또한 현재까지 연구된 바에 의하면 더덕의 추출물을 이용한 여러 임상 실험 결과들이 보고되면서 더덕 뿌리의 약리학적 효능이 널리 알려져 있다. 생리학적 활성 연구로는 더덕추출물이 ACh와 SNP에 의한 혈관 이완을 증가시키는 경향이 있어 고혈압을 예방하며, 인슐린 분비 조절능력이 탁월하여 당뇨 증상을 효과적으로 완화시키는 효능이 보고되었다. 또한 HT-\(29\) 대장암 세포의 성장을 억제하고 암세포의 세포 분열을 일으킨다고 밝혀졌으며, 고지방식이로 유도된 쥐에 더덕추출물을 투여한 결과 지방 축적과 몸무게 증가를 억제시키는 결과가 보고되었다. 더덕의 주요 성분으로는 alkaloid, phenylpropanoid, polyphenol, saponin, tannin, steroid 등 생물학적으로 활성이 보고된 화합물들이 보고되고 있으며, 그중 대표적인 유효성분 lancemaside A는 항산화 작용과 IKK와 NF-KB 억제 작용의 결과로 인한 염증 완화와 쥐에게 경구 투약한 결과 scopolamine에 의해 유도된 기억력과 학습 결핍 증상이 개선되었다는 연구가 있다.</p><p>여러 구성성분으로 이루어진 생약(crude drug)은 다양한 약리 활성을 나타내고 있으며, 동일 종의 생약이라도 재배지의 지역적인 환경, 기후와 채취시기 및 저장방법에 의해서 성분의 불균일함을 보인다. 이러한 생약 내 구성성분의 비특이적인 변화는 생체 내 안전성과 약효의 효능에 결정적인 영향을 미치기 때문에 특정 원산지 생약의 판별 분석을 위한 대사체 마커 발굴이 요구된다. 최근 더덕의 대사체 분석연구에 따르면, 더덕의 주요 성분인 tangshenoside I와 lobetyolin 성분의 동시분석법을 이용하여 국내산 더덕의 지역별 함량 편차를 분석한 연구가 보고되어 있으며, 중국산 더덕의 HPLC-QTOF-MS 대사체 분석을 기반으로 계층적 군집분석(hierarchical clustering analysis)과 주성분 분석(PCA)을 통해 중국산 더덕의 지역별 산지의 유사성을 분석한 연구들이 보고되어 있으나, 현재까지 국내산 더덕의 주산지별 마커분석을 위한 대사체 연구는 미비한 실정이다.</p><p>본 연구에서는 지리적 기원(인제, 횡성, 무주)이 다른 더덕의 주산지의 지리적 주요 마커를 발굴하기 위해 주성분 분석법 (PCA)과 UPLC-QTOF-MS를 결합한 대사체적 접근방법을 활용한 연구를 수행하였다. 국내에서 재배된 더덕을 주산지별로 식별하기 위해 다양한 성분들의 특성을 고려하여 대사물질의 프로파일링 조합을 분석수단으로 사용하였으며, 각 peak의 mass spectrum pattern에 상응하는 성분을 동정하고, 다변량 통계 분석을 수행하여 각 산지에 따른 대사체 특성을 판별함으로써 국내산 더덕의 주산지별 마커성분 모델을 확립하고자 한다.</p>
시료들을 지역별 산지나 생물학적 관련성에 따라 분석하기 위해선 무엇이 필요합니까?
통계 알고리즘을 활용하여 판별을 위한 식물 대사체학 기반의 분석 기술