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플라스틱 첨가제 ‘비스페놀 A’의 대체제인 ‘비스페놀 F’의 신경독성을 밝혀내다

의약바이오연구본부

제브라피쉬 동물모델을 활용한 신경계 대사체 분석 플랫폼기술을 개발한 화학연 연구팀

(좌로부터 배명애 책임연구원, 김성순 박사후연구원, 조성희 책임연구원)

국내 연구진이 차세대 실험동물로 주목받고 있는 제브라피쉬 동물모델을 활용한 대사체분석 플랫폼을 통해, 플라스틱 첨가제 물질인 ‘비스페놀 A(bisphenol A)’의 대체제인 ‘비스페놀 F(bisphenol F)’의 신경계 교란 및 독성 기전을 세계 최초로 규명하였다.

비스페놀 A는 투명하고 높은 강도 및 내열성을 갖는 소재로 물병, 유아용 젖병, 식품보관 용기, CD나 DVD, 건축용 패널까지 널리 사용됐으나, 체내 호르몬인 ‘에스트로겐’ 구조와 유사하여 내분비계 교란물질로 알려져 유아용 젖병 등에 사용이 금지되고 이외의 제품에도 제한적으로 사용된다. 비스페놀 F는 ‘비스페놀 A’의 대체재로 화학적 구조와 물성이 유사한 물질이다.

화학연 배명애·조성희 박사 연구팀은 서울과학기술대학교 김기태 교수 연구팀과의 공동 연구를 통하여 기존 유해물질의 대체물질로부터 국민건강을 보호하기 위한 선제대응 측면에서, 대체물질의 신경계 교란 및 독성 기전을 신속하게 규명할 수 있는 기술개발에 성공하였다.

연구팀이 개발한 ‘신경계 교란 및 독성 기전 신속 규명 기술’을 통해서 플라스틱 첨가제, 가소제 등 산업계의 다양한 대체물질들의 신경계 교란 및 독성 기전을 규명하여, 보다 안전한 국민 생활환경을 구축할 수 있을 것으로 전망된다.

2040년 바람직한 미래 한국사회의 모습을 전망하고 이를 과학 기술적 측면에서 달성하기 위해 수립된 국가차원의 목표와 전략인 2040 과학기술미래비전 하의 ‘안전한 생활환경구축 기술’ 및 ‘유해성 물질 관리 기술’ 개발을 실현하기 위해, 기존 위해성이 알려진 화학물질을 대체할 수 있는 다양한 대체제들이 개발되고 있지만 이들의 독성평가 및 기전연구가 제대로 이루어지지 못하고 있는 실정이다.

특히 체내 호르몬인 에스트로겐 구조와 유사하여 내분비계 교란물질로 알려져 유아용 젖병 등에는 사용이 금지된 비스페놀 A를 대체하기 위한 다양한 대체제들이 개발되어 왔지만, 이러한 대체재들 역시 비스페놀 A와 구조적으로 유사하여 생식 독성이 그대로 보전될 수 있다는 사실이 연구로 밝혀졌다. 하지만 아직까지 신경 및 행동계에서의 교란 장애 및 독성 기전은 명확하게 규명한 사례가 없었다.

이에 연구팀은 일반 생활환경 중에서 존재하는 비스페놀 F의 실제 농도(0.001~0.1mg/L)를 모사하여 생태 독성 평가 모델인 제브라피쉬에 28일 동안 노출하였고, 행동학·대사체학·전사체학을 종합적으로 분석하여 비스페놀 F 노출에 의한 뇌 신경계 교란 및 독성 기전을 규명하였다.

비스페놀 F는 외부물질의 침투를 막고 뇌를 보호하는 역할을 하는 혈-뇌 장벽 (Blood-brain barrier)을 쉽게 투과하고, 제브라피쉬 뇌 조직에 축적되는 결과를 보여주고 있다.

연구팀은 환경 중 존재하는 미량의 비스페놀 F가 뇌 신경계 교란을 일으키기 위해 생체 내, 특히 뇌로 들어갈 수 있는지 확인하기 위하여 검사를 진행하였으며, 미량의 비스페놀 F가 제브라피쉬의 혈-뇌 장벽(blood-brain barrier)을 투과하여 실제 뇌 조직에 축적되는 것을 확인하였다.

또한, 이후 다양한 행동학적 검사를 통하여 새로운 환경에 대한 불안 반응이 증가하며, 먹이 탐색을 위한 인지·기억력이 저하되는 것을 확인하였다.

연구팀은 본 성과를 토대로, 향후 기존 유해 화학물질을 대체하기 위한 다양한 대체물질 개발 분야에서 신경독성 평가를 위한 플랫폼 표준화를 통해 신경계 교란 및 독성 기전 신속 규명 기술을 더욱 발전시킬 예정이다.

화학연 이미혜 원장은 “이번 결과는 대체 화학물질의 신경계 교란 및 독성 기전 규명 연구의 대표적 성공 사례이며, 향후 후속연구를 통해 대체물질에 의한 신경독성 평가 플랫폼을 조속히 표준화하여, 기존 위해성이 알려진 화학물질을 대체할 수 있는 대체제 개발을 앞당기길 기대한다.”라고 말했다.

이 같은 연구성과는 환경분야의 저명한 국제 학술지 ‘종합환경과학(Science of the total environment, IF:10.7)’ 2022년 8월호에 논문명 ‘비스페놀 F에 만성 노출된 제브라피쉬 모델에서의 신경 독성 및 작용 기전 규명’(Mechanismof action and neurotoxic effects of chronic exposure to bisphenol F in adult zebrafish)으로 게재됐다.

또한 이번 연구는 한국화학연구원 기본사업 및 환경부 생활화학제품 안전관리 기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.