[학위논문]Heart Developmental Toxicity of Carbon Black Waste from Oil Refinery on Zebrafish Embryos (Danio rerio) : Combined Toxicity on Heart Function by Nickel and Vanadium원문보기
전세계적으로 정유소비량은 하루 2천만 barrel, 약 30억 L에 달하고 있으나 정유공정 과정 중 생겨나는 다양한 산업폐기물에 대한 환경영향평가에 관한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 정유 공정 과정에서 다량 생성되는 산업폐기물 중에 하나인 carbon black waste (CBW)의 환경영향을 평가하기 위하여 수서생태계 실험동물인 제브라피쉬 배아에 대한 급성독성평가를 진행하고 그 원인을 규명하여 CBW에 의한 어류 배아독성을 평가하고자 실시하였다. 파우더 형태의 CBW를 sea-salt ...
전세계적으로 정유소비량은 하루 2천만 barrel, 약 30억 L에 달하고 있으나 정유공정 과정 중 생겨나는 다양한 산업폐기물에 대한 환경영향평가에 관한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 정유 공정 과정에서 다량 생성되는 산업폐기물 중에 하나인 carbon black waste (CBW)의 환경영향을 평가하기 위하여 수서생태계 실험동물인 제브라피쉬 배아에 대한 급성독성평가를 진행하고 그 원인을 규명하여 CBW에 의한 어류 배아독성을 평가하고자 실시하였다. 파우더 형태의 CBW를 sea-salt water (60 ng/mL)와1:5 (W/V)비율로 섞어준 뒤 12시간 진탕하여 고형물을 제거하여 급성 배아 독성실험에 사용하였으며 모든 실험은 OECD 가이드라인 236번에 준수하여 수행하였다. CBW 추출액에 포함 되어있는 다양한 수용성 물질을 동정하기 위하여 ICP-OES를 이용하여 분석한 결과, 니켈과 바나듐이 다량 함유되어 있었으며 pH는 5.5 내외로 확인되었다. CBW에 노출된 배아를 96시간 이후 관찰하였을 때, 심낭과 난황에 부종이 관찰되었으며 대부분의 배아에서 생장 발달이 저해되었다. 또한 심낭 부종 현상으로 인하여 지연되는 심장 발달과 심장 기능을 관찰하기 위하여 심장에 특이적으로 형광단백질이 발현되도록 한 유전자 변형Tg (cmlc2:EGFP ) 제브라피쉬 라인를 이용하였다. CBW에 노출 후 24시간 간격으로 심장 발달을 관찰해보았을 때, 수정 후 24시간에는 대조군과 차이를 보이지 않았으나48시간째부터 심방과 심실을 제대로 형성하지 못하고, 심낭에 부종이 더해져 심장이 길게 늘어지고 심장박동수가 현저히 감소하였다. CBW 추출액의 배아독성의 원인을 규명하기 위하여 CBW에 포함되어있는 니켈과 바나듐 그리고 pH 에 대하여 개별, 복합 배아독성을 수행하였다. 그에 따른 결과, 배아 생장 발달 저해 현상은 pH의 영향으로 발생하며 pH5.5이하에서 모두 관찰되었다. pH 5.5에서 니켈과 바나듐을 복합 처리한 배아에서 심낭 부종, 난황 부종이 발생하였으며 심장박동수 역시 감소되었다. 또한 심방 근육 세포의 증식과 심장 챔버 형성에 관련한 유전자인 myosin heavy chain 6 alpha (amhc), natriuretic peptide A (nppa) 의 발현 저해되는 것을 확인하였다. 최종적으로CBW 배아독성 실험과 단일 성분의 개별 및 복합독성결과를 비교한 결과 니켈과 바나듐 pH의 복합적인 요인으로 제브라피쉬 배아의 생장저해와 심장 발달의 저해에 영향을 줄 수 있음을 확인하였다. 따라서 CBW는 환경 중으로 매립 처리 과정 전, 니켈과 바나듐에 대한 주의 깊은 관리가 필요하다.
전세계적으로 정유소비량은 하루 2천만 barrel, 약 30억 L에 달하고 있으나 정유공정 과정 중 생겨나는 다양한 산업폐기물에 대한 환경영향평가에 관한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 정유 공정 과정에서 다량 생성되는 산업폐기물 중에 하나인 carbon black waste (CBW)의 환경영향을 평가하기 위하여 수서생태계 실험동물인 제브라피쉬 배아에 대한 급성독성평가를 진행하고 그 원인을 규명하여 CBW에 의한 어류 배아독성을 평가하고자 실시하였다. 파우더 형태의 CBW를 sea-salt water (60 ng/mL)와1:5 (W/V)비율로 섞어준 뒤 12시간 진탕하여 고형물을 제거하여 급성 배아 독성실험에 사용하였으며 모든 실험은 OECD 가이드라인 236번에 준수하여 수행하였다. CBW 추출액에 포함 되어있는 다양한 수용성 물질을 동정하기 위하여 ICP-OES를 이용하여 분석한 결과, 니켈과 바나듐이 다량 함유되어 있었으며 pH는 5.5 내외로 확인되었다. CBW에 노출된 배아를 96시간 이후 관찰하였을 때, 심낭과 난황에 부종이 관찰되었으며 대부분의 배아에서 생장 발달이 저해되었다. 또한 심낭 부종 현상으로 인하여 지연되는 심장 발달과 심장 기능을 관찰하기 위하여 심장에 특이적으로 형광단백질이 발현되도록 한 유전자 변형Tg (cmlc2:EGFP ) 제브라피쉬 라인를 이용하였다. CBW에 노출 후 24시간 간격으로 심장 발달을 관찰해보았을 때, 수정 후 24시간에는 대조군과 차이를 보이지 않았으나48시간째부터 심방과 심실을 제대로 형성하지 못하고, 심낭에 부종이 더해져 심장이 길게 늘어지고 심장박동수가 현저히 감소하였다. CBW 추출액의 배아독성의 원인을 규명하기 위하여 CBW에 포함되어있는 니켈과 바나듐 그리고 pH 에 대하여 개별, 복합 배아독성을 수행하였다. 그에 따른 결과, 배아 생장 발달 저해 현상은 pH의 영향으로 발생하며 pH5.5이하에서 모두 관찰되었다. pH 5.5에서 니켈과 바나듐을 복합 처리한 배아에서 심낭 부종, 난황 부종이 발생하였으며 심장박동수 역시 감소되었다. 또한 심방 근육 세포의 증식과 심장 챔버 형성에 관련한 유전자인 myosin heavy chain 6 alpha (amhc), natriuretic peptide A (nppa) 의 발현 저해되는 것을 확인하였다. 최종적으로CBW 배아독성 실험과 단일 성분의 개별 및 복합독성결과를 비교한 결과 니켈과 바나듐 pH의 복합적인 요인으로 제브라피쉬 배아의 생장저해와 심장 발달의 저해에 영향을 줄 수 있음을 확인하였다. 따라서 CBW는 환경 중으로 매립 처리 과정 전, 니켈과 바나듐에 대한 주의 깊은 관리가 필요하다.
This study assessed the developmental toxicities of water-soluble carbon black wastes (CBW) extract (CBW : water, 1:5, w/v) in zebrafish embryos (Danio rerio). Acute embryonic toxicity was performed according to OECD guideline 236. Analysis using inductively coupled plasma optical emission spectrosc...
This study assessed the developmental toxicities of water-soluble carbon black wastes (CBW) extract (CBW : water, 1:5, w/v) in zebrafish embryos (Danio rerio). Acute embryonic toxicity was performed according to OECD guideline 236. Analysis using inductively coupled plasma optical emission spectroscopy revealed that nickel (Ni) and vanadium (V) were predominant in CBW fraction. Embryos exposed to CBW exhibited developmental delay, along with pericardial and yolk sac edemas. Malformed heart chambers were found in the CBW-exposed embryos and heart rates were significantly reduced since 48 h post fertilization (hpf). After RT-qPCR analysis, two cardiac forming-related genes, myosin heavy chain 6 cardiac muscle alpha (amhc) and natriuretic peptide A (nppa) responsible for atrial cardiac myofibril assembly and cardiac muscle cell proliferation, were up-regulated after 96 hpf. The increased mortality and delayed yolk-sac development appeared related to CBW-induced decrease in pH to about 5.5. Individual treatments of Ni and V did not cause identical toxic effects as CBW showed. At 100 ppm, V had a pH of approximately 5.5, causing developmental delay and pericardial edema in zebrafish embryos. At the same pH, combined Ni and V induced morphological anomalies and reduced heart rates similar to CBW-exposed embryos. Conclusively, this study demonstrates that environmental runoff is a serious concern, and thus, CBW should be treated carefully before disposal in landfills.
This study assessed the developmental toxicities of water-soluble carbon black wastes (CBW) extract (CBW : water, 1:5, w/v) in zebrafish embryos (Danio rerio). Acute embryonic toxicity was performed according to OECD guideline 236. Analysis using inductively coupled plasma optical emission spectroscopy revealed that nickel (Ni) and vanadium (V) were predominant in CBW fraction. Embryos exposed to CBW exhibited developmental delay, along with pericardial and yolk sac edemas. Malformed heart chambers were found in the CBW-exposed embryos and heart rates were significantly reduced since 48 h post fertilization (hpf). After RT-qPCR analysis, two cardiac forming-related genes, myosin heavy chain 6 cardiac muscle alpha (amhc) and natriuretic peptide A (nppa) responsible for atrial cardiac myofibril assembly and cardiac muscle cell proliferation, were up-regulated after 96 hpf. The increased mortality and delayed yolk-sac development appeared related to CBW-induced decrease in pH to about 5.5. Individual treatments of Ni and V did not cause identical toxic effects as CBW showed. At 100 ppm, V had a pH of approximately 5.5, causing developmental delay and pericardial edema in zebrafish embryos. At the same pH, combined Ni and V induced morphological anomalies and reduced heart rates similar to CBW-exposed embryos. Conclusively, this study demonstrates that environmental runoff is a serious concern, and thus, CBW should be treated carefully before disposal in landfills.
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