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해양환경변화 시나리오에 따른 복합오염원 독성기전 규명 (한국연구재단 핵심B, 2026-2031)
플라스틱은 해양 환경에서 풍화를 거치면서 입자의 크기가 작아져 미세 및 나노 크기의 플라스틱 형성 및 첨가제 유출이 일어나 입자 독성 뿐 아니라 첨가제 독성까지 우려되고 있다. 새로운 기후변화 시나리오(SSP)에 따르면 해양 상층부 고수온 현상 (2 ~ 4 °C), 산성화 심화, 빈산소화 등 미래 해양환경 변화를 예측하고 있어 기존의 해양환경영향평가의 패러다임을 변화시킬 수 있는 요소로 작용한다.
본 연구에서는 동물플랑크톤을 이용하여 해양환경변화 요인이 미세플라스틱과 공존하는 화학물질의 복합오염원의 독성에 어떤 영향을 미치는지를 개체-세포-다중 오믹스-미생물 분석을 통해 단계별로 측정하여 독성 기전을 규명하고, AI 기술을 활용하여 데이터를 통합 분석함으로써 복합적인 해양환경변화에 따른 생물 건강성 예측 플랫폼을 구축하고자 한다.
해양 미세플라스틱 위해성 평가 기술 개발 (해수부과제, 2022-2026)
플라스틱 사용량이 증가함에 따라 해양으로 유입되는 플라스틱 쓰레기도 증가하고 있다. 유입된 플라스틱은 UV, 파도 등에 의한 물리화학적 변화로 5mm 이하의 미세플라스틱으로 잘게 쪼개져 해양 생물이 먹이로 오인하여 섭취를 하면 성장 장애, 번식력 저하, 감염, 폐사 등 다양한 건강상의 유해한 영향을 미치게 된다. 생물에 축적된 미세플라스틱은 먹이사슬을 통해 상위영양단계로 농축될 수 있으며, 결국 인체의 건강까지 위협할 수 있는 요인으로 작용할 수 있다.
본 연구에서는 유엔 플라스틱 오염 대응 협약에 대비하여 국내 해양에 서식하는 다양한 생물 (동물 플랑크톤, 어류, 이매패류, 새우 등)에 대한 형태 및 크기별 미세플라스틱의 급성 및 만성 독성 영향을 평가하여 우리나라의 미세플라스틱 해양 권고 기준을 마련하고, 미세플라스틱의 체내 동태 및 세대전이, 다중 오믹스 (전사체 및 대사체) 분석을 통한 분자 수준에서의 독성기전을 밝히는 연구를 수행하고 있다. 또한 미세플라스틱 제조를 위해 첨가되는 각종 첨가물 (plastic additives; HBCD, bisphenols, phthalates)과 UV나 풍화를 거쳐 aging 과정을 통해 표면의 특성이 변화된 미세플라스틱의 생물영향기전 연구를 통해 플라스틱이 장기적으로 해양 생태계 및 해양 생물에 미치는 영향을 포괄적으로 이해하고자 한다.
다중 오믹스 기반의 다양한 화학물질의 생물 영향 연구 (한국연구재단, 2009 – 2015)
해양환경은 해양유래 및 육상유래의 다양한 오염물질 (중금속, 유기오염물질, 내분비계장애물질, 미세플라스틱 등)이 최종적으로 모이는 장소이다. 기존 화학물질뿐 아니라 대체제 및 신규 화학물질 (emerging compounds)이 산업발단에 따라 지속적으로 환경에 유입되고 있어 이에 대한 생물 영향평가가 필요하다.
본 연구실에서는 다양한 화학물질의 독성 영향과 분자 메커니즘을 다중오믹스 기반으로 분석함으로써 독성발현경로(Adverse outcome pathway, AOP)를 구축하고 이러한 연구 결과는 해양생태계 건강성을 평가하는 분자지표 개발과 장기적으로는 기후변화에 따른 해양생태계 모니터링과 변화 예측에 활용하고, 나아가 해양 환경 관리 방안을 마련하는데 활용하고자 한다.
Metagenomics를 이용한 숙주-미생물 상호작용을 통한 플라스틱 분해 기전 연구 및 플라스틱 분해 미생물 발굴 (한국연구재단 중견연구, 2023-2025)
전세계적으로 플라스틱 사용량의 증가로 인한 플라스틱 쓰레기가 급증하면서 우리나라 해안에서도 PET와 같은 플라스틱이 다수 검출되고 있다. 섭취된 플라스틱은 생물의 위장관을 지나면서 손상을 유발하면서 장내미생물군의 구조와 조성을 변화시킬 수 있다. 장내미생물은 숙주의 다양한 생리적 기능, 성장과 발생, 면역 작용과 특정 영양소의 공급 등 중요한 역할을 담당하고 있어 이러한 장내미생물의 변화는 숙주의 건강과 밀접하게 연결되어 있다. 특히 플라스틱을 섭취하는 곤충 및 등각류 등의 장내 미생물이 플라스틱을 분해할 수 있다는 보고가 되고 있어 다양한 플라스틱 분해능을 갖는 미생물의 원천장소로 알려져 있다.
본 연구에서는 해안가에 서식하는 쓰레기 섭식자인 등각류를 플라스틱 오염도가 높은 지역과 상대적으로 깨끗한 지역에서 각각 채집하여 플라스틱 오염에 따른 두 집단의 장내 미생물 군집의 변화를 분석하고, 실험실에서 플라스틱 노출 실험을 통해 장내 미생물 군집의 변화와 숙주 생물의 생리적, 분자적 변화와의 상관관계를 분석하고 있다. 나아가 등각류의 장내 미생물로부터 플라스틱 분해능이 높은 미생물을 발굴하고 이들의 플라스틱 분해기전을 연구하고 있다.
독성평가를 위한 동물실험 대체 시험법 개발 연구 : cell-based reporter gene assay 시스템 (한국연구재단 중견연구, 2016-2019)
해양 환경 중 화학물질은 해양 생물에게 다양한 독성 영향을 미치며 결국 인체의 건강을 위협하는 요인이 된다. 따라서 이들 화학물질의 생물 독성을 평가하는 다양한 방법이 있으나 최근 생명 윤리로 인한 동물 실험을 대체할 수 있는 효과적인 실험동물 대체 시험법의 개발이 화장품, 식품, 의약품 효능 및 독성 평가 분야에서 요구되고 있다.
본 연구에서는 해수 및 퇴적물 시료의 독성평가 (Toxicity Identification Evaluation, TIE)를 위해 간독성, 생식독성 영향을 사전 스크린 할 수 있는 동물실험 대체 시험법으로 리간드와 결합하는 다양한 세포내 수용체 (estrogen receptor, arylhydrocarbon receptor 등)의 promoter 부위와 reporter 유전자인 luciferase 유전자를 탑재한 다양한 plasmid를 구축하고 있다. 이들 plasmid를 도입한 형질전환 세포주를 이용한 assay system 개발하고 실제로 퇴적물 시료에 적용함으로써 활용성을 평가한 바 있으며 현재 적용 분야를 확대하고 있다.
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