▲사진 앞줄 제1저자 정보현 박사, 뒷줄 왼쪽부터 연구책임자 이다용 박사, 교신저자 화학연 조성희 박사 ⓒ 한국생명공학연구원 제공
초미세플라스틱이 엄마의 모유를 통해 아이에게 전이되어 신진대사에 영향을 미쳐 비만을 초래할 수 있는 것으로 국내 연구진에 의해 확인됐다.
한국생명공학연구원(원장 김장성, 아래 생명연)은 28일 "귀난치질환연구센터 이다용 박사 연구팀이 초미세플라스틱이 모유를 통해 다음 세대로 전이되어 자손의 비정상적 체중 증가를 일으킨다는 사실을 규명했다"고 밝혔다.
이어 생명연은 "향후 소아 비만의 예방 및 치료를 위한 새로운 차원의 접근 방안과 미세플라스틱 오염 문제해결을 위한 정책 및 제도 마련에 필요한 과학적 근거를 제시할 기초자료로 활용될 것"이라고 기대했다.
생명연에 따르면, 크기가 '5㎜ 이하'인 미세플라스틱은 하수처리과정에서 걸러지지 않고 그대로 강과 바다로 흘러들어 환경 문제를 일으키고 있을 뿐만 아니라 이를 직‧간접적으로 섭취한 사람에게까지 악영향을 미친다는 연구결과가 지속해서 발표되고 있다.
더구나 초미세플라스틱은 미세플라스틱이 쪼개져서 형성되는 플라스틱 입자로 크기가 1㎛(마이크로미터, 100만분의 1m) 이하로 매우 작아 관찰 또는 검출이 거의 불가능하다.
최근에는 미세플라스틱이 사회적 문제로 대두되면서 환경과 사람에게 미치는 영향에 대해 많은 연구가 진행되고 있지만, 미세플라스틱이 대를 이어 자손의 신진대사에 미치는 영향에 관해서는 연구가 미흡한 상황이다.
▲모체가 섭취한 초미세플라스틱이 자손의 체중 증가를 유도하는 과정자손의 성장호르몬이나 섭식 연관 기전에는 차이가 없음에도 초미세플라스틱으로 인해 모체의 모유 지질 조성과 출생한 자손의 분변 내 미생물 분포가 변화하여 자손의 비정상적인 체중 증가가 초래됨. ⓒ 한국생명공학연구원 제공
이에 생명연 연구팀은 마우스 동물모델을 통해 초미세플라스틱이 모체의 모유 성분에 변화를 유발하고, 이를 섭취한 자손은 지질 대사체 이상과 장내 마이크로바이옴 변화가 일어나 비정상적 과체중을 유도한다는 사실을 밝혀냈다.
참고로, 지질 대사(Lipid metabolism)란 세포 내에서 발생하는 지질의 합성 및 분해와 같은 대사 작용으로, 에너지 생성을 위한 지방의 분해와 세포막 구성에 관여하는 것과 같은 구조적 기능적 지질의 합성을 포함한다. 동물에서 이러한 지방은 음식물을 통해 얻거나 간에서 합성된다.
▲초미세플라스틱을 섭취한 모체의 자손에서 체중, 체지방 및 혈중 콜레스테롤 증가초미세플라스틱을 섭취한 모체에서 태어난 생쥐는 생후 1주차와 생후 3주차에 몸무게가 증가함. 체성분 분석 결과 체지방량과 체지방률이 현저하게 증가하였으며, 혈중 콜레스테롤 양 또한 유의미하게 증가함. ⓒ 한국생명공학연구원 제공
연구팀은 "폴리스타이렌(PS, polystyene)과 폴리프로필렌(PP, polypropylene) 초미세플라스틱에 노출된 모체의 자손이 성장호르몬의 분비량이나 섭취량의 증가가 없음에도 몸무게와 체지방이 두드러지게 증가함을 관찰했다"면서 "모체의 모유를 분석한 결과, 비만도와 관련이 높은 지질 성분인 LPC(리소포스파티딜콜린, lysophosphatidylcholine)는 증가하고 PC(포스파티딜콜린, phosphatidylcholine)는 감소해있었으며, 모유를 섭취한 자손의 혈액에서도 이와 유사한 변화를 확인할 수 있었다"고 설명했다.
그리고 관련 효소 활성 조절을 통해 초미세플라스틱에 의한 지질 성분 변화를 억제하자, 자손의 몸무게 증가가 정상적으로 회복됐다고 한다.
▲초미세플라스틱을 섭취한 모체의 모유 내 지질 조성의 변화와 지질 대사 조절을 통한 체중 회복(위) 초미세플라스틱을 섭취한 모체의 모유 내 차별적인 지질 조성으로 인해 미섭취(대조군), 폴리스타이렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 섭취그룹의 군집화가 관찰됨. 특히 PS 그룹 모유에서 LPC가 증가하고, PC는 감소하였는데 이는 지질 대사 전환 효소인 PLA2 활성 증가에 기인한 것으로 확인됨. (아래) 지질 대사 전환 효소(PLA2)를 억제하자 모유 내 지질 조성과 자손의 체중이 정상 수준으로 회복됨. ⓒ 한국생명공학연구원 제공
또한 초미세플라스틱에 노출된 자손의 경우 장내 마이크로바이옴에도 비만에서 나타나는 분포와 비슷한 양상이 나타났으며, 비만 억제 효과를 가지는 것으로 알려진 Bifidobacterium Pseudolongum과 Phocaeicola vulgatus 균종이 현저히 감소해 있는 것을 확인했다.
이다용 박사는 "최초로 미세플라스틱과 소아 비만 간의 연관 가능성을 대사적으로 규명했다"면서 "실제 관련 질환 환자에 노출되는 미세플라스틱의 양과 생물학적 영향에 대해서는 심도 있는 후속 연구와 조사가 필요할 것"이라고 강조했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 뇌과학원천기술개발사업, 교육부 이공문야 학술지원사업, 화학연 주요사업 및 생명연 주요사업의 지원으로 수행됐으며, 연구 성과는 환경 분야의 유수 저널인 <Environment International(IF 11.8)> 온라인 판에 지난 2월 24일 게재됐다.
▲초미세플라스틱을 섭취한 모체의 자손에서 장 내 마이크로바이옴 분포 변화 및 Bifidobacterium pseudolongum의 지방 축적 예방 효과초미세플라스틱을 섭취한 모체의 자손에서 거둬들인 분변에서 Bifidobacterium pseudolongum와 Phocaeicola vulgatus의 감소와 Harryflintia acetispora의 증가가 확인됨.지방세포를 활용한 생체 외 실험 결과, Bifidobacterium pseudolongum 배양액은 지방세포 분화 및 지질 방울의 축적을 억제함. ⓒ 한국생명공학연구원 제공