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눈에 보이지 않는 (초)미세플라스틱 영향 밝혀냈다
의학약학 한국생명공학연구원 (2019-01-10 10:43)

국내연구진이 최근 사회적 이슈인 (초)미세플라스틱(나노플라스틱)의 체내 흡수와 복합독성 영향을 실험동물인 제브라피쉬를 이용하여 검증하였다. 향후 (초)미세플라스틱의 안전성과 관리방안에 중요한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.
    *제브라피쉬 : 줄무늬를 가진 열대어로 인간과 유사한 기관을 갖고 있으며 배아의 발생 관련 연구에 주로 활용됨

한국생명공학연구원(이하 생명연) 환경질환연구센터 정진영 박사팀과 질환표적구조연구센터 이정수 박사팀(교신저자: 정진영/이정수 박사)이 수행한 이번 연구는 과학기술정보통신부(한국생명공학연구원 주요사업)와 과학기술연합대학원대학교 미래지향원천기술사업의 지원으로 수행되었고, 나노분야의 과학전문 저널인 나노스케일(Nanoscale, IF 7.23) 12월 10일자 온라인 판에 게재되었다.
     (논문명 : Bioaccumulation of polystyrene nanoplastics and their effect on the toxicity of Au ions in zebrafish embryos )

(초)미세플라스틱(또는 나노플라스틱)은 미세플라스틱이 쪼개지거나 분리되면서 생기는 미세플라스틱 중 가장 작은 플라스틱으로 크기는 약 1 마이크로미터 (< 1 μm) 이하이다.

(초)미세플라스틱은 수 밀리미터(< 5 mm)에 해당하는 미세플라스틱과 달리 눈이나 현미경으로도 관찰이 어려울 정도로 작은 플라스틱이다. 이와 더불어 미세플라스틱이 환경과 생물에 미치는 영향은 알려져 있지만, 나노플라스틱에 대한 구체적인 체내 흡수나 분포, 그리고 생물학적 영향에 대해선 아직까지 알려져 있지 않았다.

연구팀은 (초)미세플라스틱이 대표적인 실험동물인 제브라피쉬 배아에서 크기에 따라 난막을 통과해 배아 체내에 쌓이는 것을 확인하였다. 특히, 배아의 기관 중 배아의 영양을 공급하는 난황에 대부분이 축적되며 이외에도 신경이나 각종 기관에 분포되는 것을 형광 분석을 통해 관찰하였다.

(초)미세플라스틱을 흡수한 제브라피쉬 배아는 대조군과 비교하여 겉으로 보기엔 특이점은 없었으나 전자현미경을 통해 세포 수준에서 관찰한 결과, 미토콘드리아를 미세하게 손상시키는 것을 확인하였다.

이런 미세한 미토콘드리아의 손상은 다른 약한 독성이 있는 물질과 함께 있을 경우 복합적으로 작용하여 급격한 독성을 유발할 수 있는데, 예를 들어 금 이온과 함께 처리한 (초)미세플라스틱에 의해 미토콘드리아가 깨지거나 망가지는 것을 확인하였다.

다시 말해, (초)미세플라스틱이 몸 속에 분포되면서 세포 안에 있는 미토콘드리아에 영향을 주고 다른 물질에 의한 독성을 증폭시키는 역할을 한다는 것이다.

연구책임자인 정진영 박사는 “이번 연구는 (초)미세플라스틱의 체내 흡수와 분포, 그리고 잠재적으로 심각한 독성을 유발할 수 있는 가능성을 보여주는 결과로, 향후 이에 대해 심도있는 연구와 조사가 더 필요할 것”이라고 밝혔다.

연구결과 개요

□ 연구배경
○ (초)미세플라스틱은 크기가 1 마이크로미터 (< 1 μm) 이하의 작은 플라스틱을 의미하며 미세플라스틱이 쪼개지거나 분해될 때 생성되는 물질이다.
○ 현재 환경에 얼마나 있는지, 어떤 영향을 미치는지에 대해 아직까지 잘 알려져 있지 않으며 특히 체내 흡수와 분포, 그리고 생물학적인 안전성이 밝혀지지 않았다. 

□ 연구내용
○ 연구팀은 (초)미세플라스틱이 난막을 통과하여 동물(제브라피쉬) 배아에 흡수되며 난황을 비롯한 배아 전 조직에 분포하는 것을 확인하였다.
○ 이 연구에서 연구팀은 (초)미세플라스틱이 작을수록 난막을 더 많이 통과하여 체내 축적되는데 특히, 주로 배아에 영양분을 공급하는 난황에 축적되는 것을 확인하였다.
○ (초)미세플라스틱이 축적된 동물배아는 겉으로는 이상이 없으나 세포 수준에서 미세한 미토콘드리아 손상이 있음을 확인하였으며, 다른 물질에 의한 독성을 증폭시키는 것을 발견하였다.

□ 연구성과의 의미
▶ (초)미세플라스틱의 생물학적 영향 분석
○ 본 연구는 (초)미세플라스틱의 체내 흡수/분포 및 생체 영향에 대한 연구로 국민생활과 밀접한 (초)미세플라스틱의 안전성에 대한 기초자료를 제공하고 관리방안 마련에 활용될 것으로 기대한다.

(초)미세플라스틱 제브라피쉬(물고기) 배아 흡수 과정에 대한 모식도

그림 1. (초)미세플라스틱 제브라피쉬(물고기) 배아 흡수 과정에 대한 모식도
(초)미세플라스틱은 크기가 작을수록 제브리피쉬 배아의 난막을 통과하여 주로 지방으로 이루어진 난황을 비롯하여 전 조직에 분포되며 다른 물질의 독성을 증폭시킬 수 있음.

녹색형광을 띈 (초)미세플라스틱(50나노미터)에 노출된 제브라피쉬 형광 이미지

그림 2. 녹색형광을 띈 (초)미세플라스틱(50나노미터)에 노출된 제브라피쉬 형광 이미지
발생 중인 물고기(제브라피쉬) 배아에 (초)미세플라스틱을 노출시키면 난황을 비롯하여 망막, 소뇌, 척수, 근육 등에 거의 모든 부위에 흡수가 되는 것을 형광현미경으로 관찰하였다.

(초)미세플라스틱이 미토콘드리아에 미치는 영향을 비교한 전자현미경 사진

그림 3. (초)미세플라스틱이 미토콘드리아에 미치는 영향을 비교한 전자현미경 사진
(초)미세플라스틱에 노출된 물고기 배아의 세포 속에 있는 미토콘드리아를 정상 배아세포와 비교했을 때, 정상 세포의 미토콘드리아는 본래의 모양을 잘 유지하는 반면, 나노플라스틱을 처리한 세포의 미토콘드리아는 모양이 일부 망가져있음을 확인하였다.

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