이웃집과학자

국내 연구진이 '제브라피쉬'를 이용한 독성실험에서 유의미한 결과를 얻었습니다. 제브라피쉬는 실험동물을 둘러싼 연구윤리 문제의 대안으로 주목받고 있습니다. BPA는 환경호르몬의 일종으로, 신경전달물질인 도파민 분비를 감소시켜 행동장애를 유발하는 것으로 알려져 있는데요. 한국화학연구원 바이오기반기술연구센터 배명애 박사팀은 제브라피쉬 치어를 이용해 비스페놀A(BPA)의 뇌신경 교란 장애를 규명했습니다. 해당 연구 논문은 에 게재됐습니다. 

연구진은 크게 '운동성 평가 및 색 선호도 비교실험'과 '신경전달물질 분석실험'을 수행했습니다. 일반적으로 제브라피쉬는 선천적으로 파란색을 선호하는 편입니다. 선호도는 70% 수준에 달하죠. 이에 연구팀은 운동성 평가 및 색 선호도 비교실험에서 제브라피쉬 치어를 이용해 제브라피쉬의 운동능력과 파란색 선호도를 비교했습니다. 그 결과 BPA에 노출된 실험군은 운동능력이 현저히 감소했고 파란색 선호도가 50% 수준으로 낮게 나타났습니다.

이러한 결과는 도파민 감소와 연관돼 있습니다. BPA가 제브라피쉬 치어에 높은 농도로 축적됐습니다. 뿐만 아니라 BPA는 독성물질로부터 뇌 조직을 보호하는 역할을 하는 혈액-뇌 장벽을 쉽게 통과했는데요. 이에 BPA는 도파민 합성경로를 감소시키고 신경 장애를 일으켰습니다. 이로 인해 제브라피쉬 치어의 행동에 악영향을 미친 겁니다.

연구팀은 신경전달물질 분석실험에서 제브라피쉬의 도파민 양을 비교했습니다. 비교 결과 BPA에 노출된 실험군의 도파민 양은 정상군과 비교해 80% 수준으로 감소했습니다. 실제로 정상모델의 도파민 함량이 0.65ng(나노그램)인 반면 BPA 노출모델의 도파민 함량은 0.56ng에 불과했다고 합니다. 

도파민은 필수 아미노산인 페닐알라닌에서 티로신, L-DOPA의 경로를 거쳐 도파민으로 합성되는데요. BPA에 노출된 실험모델은 각 단계의 아노산의 함량도 정상모델과 비교해 80% 수준으로 줄었습니다. 실제로 페닐알라닌 함량의 경우 BPA 노출모델의 양(60.7ng)이 정상모델(75.6ng)의 80% 수준으로 감소했다고 합니다.

연구진은 이 같은 BPA 독성실험 결과를 단 3일 만에 확인하는 데 성공했습니다. 보통 설치류 동물을 이용하면 1개월 정도 걸리던 일이었는데요. 제브라피쉬로 실험을 하면 기간이 1/10로 감소했습니다. 실험비용도 저렴하다고 합니다. 제브라피쉬 치어의 실험비용도 설치류 동물의 1/10에 불과합니다.

또한 제브라피쉬는 세포실험과 달리 살아있는 상태에서 장기 등을 관찰할 수 있습니다. 동시에 다량의 유해물질 평가를 수행할 수 있죠. 제브라피쉬가 인간 유전자와 90% 이상 비슷한 담수어입니다. 성체 크기가 3~4㎝ 정도로 작은 데다 한 번의 교배로 수백 마리의 개체를 쉽게 확보할 수 있는데요. 덕분에 제브라피쉬는 과학자들에게 실험동물로써 각광받습니다.

이번 BPA 독성실험의 성공으로 제브라피쉬의 활용범위가 확대됨은 물론이고 실험동물 대체도 속도를 낼 전망입니다. 이번 연구를 주도한 한국화학연구원 배명애 박사는 "제브라피쉬 치어를 이용한 실험이 설치류 동물실험과 비교해 시간과 비용이 적게 들 뿐만 아니라 동물실험 윤리문제에서도 자유롭다"며 "제브라피쉬는 투명해서 심장이 뛰는 것부터 혈액이 흐르는 것까지 살아있는 상태에서 관찰이 가능하다"고 설명했습니다.

##참고자료##

• Kim, Seong Soon, et al. "Neurochemical and behavioral analysis by acute exposure to bisphenol A in zebrafish larvae model." Chemosphere 239 (2020): 124751.