경희대학교 “식품면역학연구실” (김우기 교수)

연구실 개요

식품면역학연구실 (Food Immunology Lab)에서는 식품소재 및 그 구성 성분에 의한 면역 조절 효과 및 그 기작을 파악하는 연구를 진행하고 있다. 전통적인 면역학적 관점에서 더 나아가 분자생물학적 관점에서 세포 내 에너지대사 분석 체계를 구축하여 현상학적인 연구와 더불어 면역세포의 에너지대사 표현형을 조절하는 연구를 진행 중이다. 식품소재를 다양한 방식으로 가공하여, 달라지는 특성에 따른 면역세포의 에너지대사 표현형의 변화를 측정하고, 면역반응 중 염증반응 조절 효과 확인을 통해 새로운 식품 가공 기술을 개발, 활용하는 연구를 수행하고 있으며, 이를 적용하여 새로운 기능성 식품소재를 개발하는 연구를 수행하고 있다. 건강기능식품에 대한 관심과 소비가 증가함에 따라, 건강기능식품 이외에도 메디푸드, 대체식품, 고령친화식품 등 특정 계층을 타겟팅하는 특수식품산업이 발전하고 있는 식품 산업계의 추세에 맞춰 염증반응을 유발하는 관련 요인들을 파악하여, 수반되는 염증반응을 세포의 에너지대사 표현형 조절을 통해 감소시킴으로써, 건강기능식품 소재의 개발뿐만 아니라, 특수식품시장에서도 경쟁력을 가질 수 있는 소재에 대한 연구를 진행하고 있다. 또한, 지방이나 근육 등 조직 내 대식세포의 활성, 기능과 조직 내의 환경의 연관성을 파악하여, 여러 요인에 의해 유발된 염증반응이 제어되지 못하고 지속되어 나타나는 경도의 만성 염증, 또는 급성염증을 조절할 수 있는 식품소재 및 성분에 관한 연구도 진행하고 있다.

주요 연구내용 소개

1. 식품 신가공 기술을 활용한 신소재 탐색

본 연구실에서는 기존 식품소재의 효능을 극대화하기 위해 다양한 식품 가공 기술을 활용하여 최적의 조건을 찾는 연구를 진행하고 있다. 식품소재의 본연의 기능성을 강화하기 위해 생체 이용률을 높일 수 있는 기술을 확보하는 연구를 수행하였다. 또한, 다양한 기능성이 있는 식품소재들을 혼합하여, 시너지 효과를 나타낼 수 있는 최적의 조건을 확립하여, 새로운 기능성 식품소재를 개발하는 연구를 진행하였다. 이러한 결과를 바탕으로 식품소재별 기능성을 강화할 수 있는 가공 기술을 파악하고 적용하여 새로운 기능성 소재를 탐색하는 연구를 진행 중이다.

2. 재구성지질을 활용한 기능성 식용유 개발

식품을 섭취 후 소화, 저장, 이용 단계에서의 효율성을 높이기 위해 식품 구성 성분의 구조를 변화시켜 이에 따른 식품의 기능성을 평가하는 연구를 진행하였다. 식품 구성 성분 중 지질 성분인 triglyceride(TG)는 glycerol backbone에 free fatty acid가 ester 결합을 한 형태를 띠고 있으며, fatty acid의 조성, 길이에 따라 물리화학적인 성질이 달라진다. 이러한 특성을 이용하여 fatty acid의 결합 형태와 길이를 재구성하여 칼로리가 낮고, 에너지대사를 증가시키는 이점을 가지는 소재를 개발하는 연구를 수행하였다.

3. Methanotroph 유래 면역강화 기능성 물질 탐색

메탄자화균(Methanotroph)은 메탄을 탄소원과 에너지원으로 사용하는 미생물로, 이를 대사하여 알코올, 유기산, 바이오폴리머 등을 생성한다. 이러한 메탄자화균의 대사 경로를 원하는 방향으로 전환하여 다양한 고부가가치 대사산물을 생성하도록 유도하고 있다. 본 연구실은 이렇게 만들어진 대사산물의 효능을 확인하는 연구를 진행하고 있으며, 카르테노이드(cartenoids)를 포함한 메탄자화균 추출물의 면역강화 기작 및 항염증 기작을 확인함으로써 바이오매스를 활용한 사료개발 및 나아가 건강기능식품 원료화를 탐색중이다.

4. 식품성분의 새로운 항염증 기작 연구

세포는 해당과정(Glycolysis)및 산화적 인산화(Oxidative phosphorylation)를 통하여 필요한 에너지를 생성하는데, M1(염증성) 대식세포의 경우 주로 glycolysis를 통해 lactate를 생성하는 경로를 통해 필요한 에너지를 얻는다. 또한, 염증성 대식세포의 경우 항염증성 대식세포 대비 산소 소비량이 감소하는 경향을 보이는데 이러한 에너지대사의 변화를 대식세포의 분극화에 접목시켜, 대식세포의 분극화를 조절하는 기작에 대한 연구를 진행 중이다. 다양한 식품소재를 개발, 활용하여 대식세포 내 에너지대사 조절을 통한 항염증 효과의 기작을 구명하는 연구를 세포 수준에서 동물 수준까지 확장하여 수행하였다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 식품소재 및 식품 구성 성분의 조성 변화를 통해 세포의 에너지대사를 조절하여 항염증 기능을 가지는 새로운 소재에 대한 연구를 진행 중이다. 또한 제올라이트 합성 연구에서도 구조 분석은 큰 역할을 담당한다. 분말 상태의 합성 제올라이트는 리트벨트 분석법(Rietveld refinement)을 통해 제올라이트 골격 구조 및 산점 분포를 해석할 수 있으며, 제올라이트 세공 내에서 유기 구조유도물질의 위치 및 분포 등을 파악할 수 있어 새로운 구조의 제올라이트 개발을 향한 연구에 활용할 수 있다.

연구실 현황

식품면역학연구실은 ‘자기주도이며 진취적인 식품연구 인재’를 목표로 김우기 교수님의 지도 아래 박사학위과정생 2명, 석사학위과정생 3명, 학부연구생 1명이 연구개발에 매진하고 있다. 그 결과, 최근 3년간 17편의 연구논문을 국내외 저널에 발표하였으며, 연구과제 수행을 통하여 산업체로 총 3건, 1억5천여만원의 기술이전을 실시함으로써 이론적 연구에 머무르지 않고 현장적용 가능한 산업화 연구를 진행 중이다.