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나노플라스틱 섭취가 신경에 미치는 영향
인간이 지구환경에 심각한 문제를 일으키고 있다는 것은 분명합니다. 그 중 하나가 플라스틱 쓰레기 문제일 것입니다. 실제 우리 생활 곳곳에 사용되고 있는 플라스틱이 없다면 과연 현재의 삶이 유지될 수 있을까요? 지금은 감히 불가능하다고 말하고 싶군요. 실제로 그런일이 일어나지도 않을 것이구요. 그런데 단순히 바다에 떠다니는 플라스틱 쓰레기는 미관상의 문제가 아닙니다. 더 큰 문제는 이 쓰레기들을 해양생물들이 먹는 다는 거죠. 그리고 해산물을 먹는 우리 인간의 조직이나 혈액에서도 많은 양의 플라스틱 알갱이 들이 발견되기 시작하고 있습니다. 이런 이 물질이 우리 몸에 문제를 일으킬 가능성이 높다는 것은 다들 짐작하고 있지요. 이 글은 플라스틱이 우리 몸에 들어왔을 때 어떤 영향을 미칠지 알아보고자 한 것입니다.
플라스틱 쓰레기 문제를 비롯해 AI, 핵전쟁 등 심각한 문제들을 인간 스스로 해결하지 못한다면 언젠가는 지구상에서 인류가 멸망하겠죠. 인류가 다 사라진 후 다른 외계행성의 연구자가 지구화석을 연구하다가 이런 질문을 하지 않을까요. " 왜 지구에 살던 생물들은 모두 이상한 작은 고분자 알갱이들을 몸에 갖고 있지?"하고 말입니다.
작은 플라스틱 알갱이는 장이나 뇌에 염증반응을 일으킬 수 있다. 하지만 제거 할 경우 정상으로 상태로 돌아온다.
직경 5 마이크로미터(0.005 mm)이하의 작은 플라스틱 알갱들이 환경문제로 떠오르고 있다. 이 알갱이들은 수서생물이나 실험동물에서도 생식, 면역세포, 장내 미생물 구성, 신경이나 내분비계의 기능도 방해하는 것으로 알려져 있다. 이번 Cell Reports에 발표된 논문에 따르면 작을수록 문제가 클 것이라고 한다.
이 논문의 공동 저자이며 Soochow University의 면역학자인 Chao Wang에 따르면, 나노플라스틱을 생쥐에게 먹이면 보다 큰 마이크로플라스틱을 먹였을 때보다 장에서 더 강한 면역반응을 일으킨다. 이는 나노입자들이 그 크기에 따라 세포에 작용하여 반응을 일으키는 방법이 다르다는 연구 결과들을 지지하는 것이다.
Wang과 동료들은 직경이 500 nanometer보다 작은 것으로 정의되는 나노플라스틱(nanoplastic)이 마이크로플라스틱(microplastic, 약 5 마이크로 직경의 입자들)에 비해 대식세포에 잘 포식되는 것을 발견했다. 작은 크기를 가진 입자들은 이 세포에서 라이소솜(lysosome)에 손상을 입히는 정도가 크고 그 결과 인터루킨-1(interleukin-1 beta, IL-1beta)가 생성된다. 이는 in vitro는 물론 플라스틱을 일주일 동안 매일 먹인 생쥐의 장에서도 볼 수 있었다.
Wang등은 단일세포 염기서열분석(Single-cell sequencing)을 통해 플라스틱을 먹인 생쥐의 장에 위치한 대식세포에서 IL-1beta가 만들어진 다는 것을 확인하였다.
최근에 장의 염증반응은 뇌에 영향을 준다는 것이 알려졌고, 이에 Wang등은 장-뇌 연결축을 알아보았다. 사람이 먹는 추정치에 해당하는 나노입자를 먹인 생쥐는 2 달이 지나자 인지능력과 단기기억이 떨어졌다. 이는 open-field test나 objective recognition assay, 그리고 Morris water maize실험을 통해 밝혀진 사실이다. 이 플라스틱을 먹은 생쥐는 안먹은 생쥐에 비해 활동성 microglia와 astocyte, 분화된 Th17-T cell의 수가 많았다.
이들은 플라스틱을 섭취한 생쥐의 뇌에 IL-1beta 농도가증가한 것을 발견하였다. 하지만 뇌조직에서는 IL-1beta를 합성하는 세포를 발견하지는 못했고 이는 장에 있는 대식세포가 만들어낸 효과일 것으로 생각된다. “이런 변화들은 뇌에 손상을 주는 거죠.” Wang의 말했다.
물의 플라스틱 오염은 아주 큰 문제이기 때문에 해양생물에서 마이크로플라스틱의 섭취가 신경에 미치는 영향은 많이 연구되어 있다. Mississippi State University의 해양학자인 Ebenezer Nyadjro는 “3년전에 이 일을 시작할 때는 이 문제의 심각성을 알지 못했어요.” 또한 “이런 상황이 개선되지 않고 계속 물(수계)에 플라스틱을 버린다면 결국 이들은 마이크로플라스틱으로 잘게 부숴져 남을 것이고, 이들은 수산물에 영향을 줄 수 밖에 없습니다. 그리고 연구결과들이 보여주었듯이 사람을 비롯한 상위 포식자에 축적될 것이고 이는 우리 건강에 영향을 줄 것입니다.”라고 말했다.
Wang의 연구 결과는 최근에 인체 조직에서 마이크로플라스틱이 발견 됬다는 보고가 나오면서 그 중요성에 더 무게가 실리고 있다.
그런데 두 달동안 나노플라스틱을 섭취한 뒤라도 IL-1beta를 단일클론 항체나 화합물 억제제로 중화 시키면 인지능력이나 단기기억에 감소가 완화되었고 나노플라스틱의 섭취를 중단하면 더욱 확실하게 나타났다. 실험 후 한 달간 나노플라스틱의 섭취를 중단시키고 원래 섭취하지 않은 생쥐들과 비교하였다.
“이런 효과는 영구적이지는 않다는 걸 보여줬습니다. 그러니 전세계적으로 플라스틱문제를 바로 잡아야할 또 한가지 이유를 보여준 셈이죠.”라고 Wang은 말했다.
<이글은 아래의 기사를 번역한 것입니다.>
Shelby Bradford, PhD. Nanoplastic ingestion causes neurological deficits. The Scientisr May 31, 2023.
원문에서 참고한 REFERENCES
1. Harusato A, Seo W, Abo H, Nakanishi Y, Nishikawa H, Itoh Y. Impact of particulate microplastics generated from polyethylene terephthalate on gut pathology and immune
2. microenvironments. iScience. 2023;26(4):106474. doi: 10.1016/j.isci.2023.106474. Torres-Ruiz M, de Alba González M, Morales M, et al. Neurotoxicity and endocrine disruption caused by polystyrene nanoparticles in zebrafish embryo. Science of the Total Environment. 2023;874:162406. doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.162406.
3. Mattioda V, Benedetti V, Tessarolo C, et al. Pro-inflammatory and cytotoxic effects of polystyrene microplastics on human and murine intestinal cell lines. Biomolecules. 2023;13(1):140. doi: 10.3390/biom13010140
4. Merkley SD, Moss HC, Goodfellow SM, et al. Polystyrene microplastics induce an immunometabolic active state in macrophages. Cell Biology and Toxicology. 2022;38(1):31-41. doi:10.1007/s10565-021-09616-x
5. Yang Q, Dai H, Cheng Y, et al. Oral feeding of nanoplastics affects brain function of mice by inducing macrophage IL-1 signal in the intestine. Cell Reports. 2023;42(4). doi.org/10.1016/j.celrep.2023.112346
6. Jiang W, Kim BYS, Rutka JT. Chan WCW. Nanoparticle-mediated cellular response is sizedependent. Nature Nanotechnology. 2008;3 https://doi.org/10.1038/nnano.2008.30
7. Hamed M, Martyniuk CJ, Naguib M, Lee JS, Sayed AEH. Neurotoxic effects of different sizes of plastics (nano, micro, and macro) on juvenile common carp (Cyprinus carpio). Frontiers in Molecular Neuroscience. 2022;15:1028364. doi: 10.3389/fnmol.2022.1028364.
8. Aliakbarzadeh F, Rafiee M, Khodagholi F, Khorramizadeh MR, Manouchehri H, Eslami A, et al. Adverse effects of polystyrene nanoplastic and its binary mixtures with nonylphenol on zebrafish nervous system: From oxidative stress to impaired neurotransmitter system. Environmental Pollution. 2023;317:120587. doi: 10.1016/j.envpol.2022.120587.
9. Amato-Lourenço LF, Carvalho-Oliveira R, Júnior GR, dos Santos Galvão L, Ando RA, Mauad T. Presence of airborne microplastics in human lung tissue. Journal of Hazardous Materials 2021;416:126124. Doi:10.1016/j.jhaxmat.2021.126124