Page 91 - Pharma Paper Review

2. Diatom Biosilica의 생물학적 특성 및 생합성

2.1 생합성 메커니즘

DB는 규조류의 세포주기와 연동된 효소기반 규소 고정 및 중합 과정(biosilicification)을 통해 생성됩니다.

규소의 주 원료는 orthosilicic acid (Si(OH)₄)로, 세포 내 Silica Deposition Vesicle (SDV)이 이를 농축
후 중합하여 세포벽을 형성합니다.

중합에는 silaffin, silicanin-1 (Sin1)등 규소대사 관련 단백질이 관여하며, 유전자 조절 연구에서 Sin1 결손
시 세포벽의 구조적 결함과 기계적 강도 저하가 관찰되었습니다. 이는 DB 형성이 유전적 제어에 의해 정밀
하게 조절됨을 의미합니다.

2.2 생태적 역할

DB는 규조류가 환경에 적응하기 위한 핵심 구조물로, 자외선 차단·기계적 보호·광산란 조절·영양흡수 조절
등의 기능을 수행합니다.

DB의 형태는 종에 따라 원판형, 침형, 타원형, 별형 등 다양하며, 이러한 구조적 다양성은 서식환경(부유성,
부착성)에 따른 적응 전략으로 해석됩니다.

기계적 실험 결과, 세포 크기가 작을수록 파괴강도가 높았으며, 이는 DB가 미세구조 최적화를 통해 강도와
안정성을 확보한 생물학적 설계체임을 시사합니다.

2.3 환경적 영향요인

DB 형성에 영향을 미치는 주요 요인은 빛, 온도, pH, 염도, 규산농도입니다.

광강도: 100–200 µmol m⁻² s⁻¹ 범위에서 최적의 광합성 효율과 DB 생성이 나타납니다.

온도: 20–24 °C에서 세포성장률과 규소축적률이 최대화됩니다.

pH 및 염도: pH 7.8–8.2, 염도 18–36 PSU에서 세포 활성과 DB 생산이 향상됩니다.

특히 청색광은 광보호 관련 유전자 발현을 증가시켜 세포 손상을 억제합니다.

2.4 정제 방법

생체적용을 위해서는 세포 내 단백질·지질·다당류 등의 유기물 제거가 필요합니다.

전통적인 강산 또는 과산화수소 처리법은 유기물 제거 효율은 높지만 환경부담이 크며, DB의 구조적 손상을
유발할 수 있습니다.

이에 따라 친환경 정제법인 Sono-Fenton(SF) 공정이 제안되었습니다.

SF 공정은 초음파 진동과 Fenton 시약(Fe²⁺/H₂O₂)의 결합으로 유기물을 산화분해하며, 45 °C 조건에서
유효한 정제효율과 구조 보존을 동시에 달성하였습니다.

초음파 세기·시간 최적화를 통해 세포핵이나 단백질을 선택적으로 추출할 수도 있습니다.