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문제 정의
- 본 연구에서는 과불화화합물인 PFOS와 PFOA가 D. magna에 미치는 급성 및 만성 독성을 평가하였다. 급성독성의 영향으로는 48시간 동안 노출한 후 유영저해를 관찰하였고, 만성독성이 경우는 21일간 노출에 따른 생식능력에 대한 영향을 관찰하였다.
제안 방법
- 각 농도별로 준비된 시험용액을 플라스틱용기(PP재질)에 50 mL씩 첨가한 후, 각 용기마다 D. magna 5마리씩 노출하였으며, 각 농도별로 4개의 반복구를 두어 시험 농도당 20마리의 D. magna를 노출하였다. 시험물질의 농도는 PFOS의 경우 0, 30, 45, 67.
- 각 농도별로 준비된 시험용액을 플라스틱용기에 50 mL씩 첨가한 후, 각 용기마다 D. magna를 1마리씩 노출하였으며, 각 농도별로 10개의 반복구를 두어 시험 농도 당 10마리의 D. magna를 노출하였다. 시험물질의 농도는 급성독성 시험 결과를 기반으로 EC10의 농도를 최고 농도로 설정하여 실험을 수행하였다.
- 과불화화합물 중 생태계 및 인체 대한 위해성이 우려되는 PFOS와 PFOA의 급∙만성 독성을 담수산 물벼룩류인 D. magna를 이용하여 평가하였다. 48시간 급성독성에서는 유영저해를 종말점으로 하여 PFOS와 PFOA에 의한 48h-EC50이 각각 50.
-
1. 급성독성
급성독성시험에서는 유영저해를 종말점으로 하여 급성적 영향정도를 조사하였다. PFOS에 급성 노출된 D.
- magna에 미치는 급성 및 만성 독성을 평가하였다. 급성독성의 영향으로는 48시간 동안 노출한 후 유영저해를 관찰하였고, 만성독성이 경우는 21일간 노출에 따른 생식능력에 대한 영향을 관찰하였다.
- , 2010). 또한 농도 설정 시험을 급∙만성 각각 두 번 실시하여 본 시험에서의 농도범위를 설정하였다.
-
2. 만성독성
만성독성시험에서의 종말점은 어미개체에서 생산된 신생개체수를 기준으로 한 생식능 장애를 나타내는 영향농도를 종말점으로 하였다. 만성독성 시험 기간 동안 고농도의 PFOS와 PFOA 노출군에서 어미개체 가운데 일부가 사망하였다.
- 반지수식으로 시험하였으며, 2일에 한번 시험용액을 전량 교환하였으며, 먹이는 매일 Chlorella vulgaris 를 1×105 cells/mL의 밀도로 공급하였다(Koivisto, 1995; Kim et al., 2006).
- 시험물질 농축액은 시험물질을 배양액에 용해시켜 준비하였으며, 재차 배양액으로 희석하여 시험용액을 조제하였다. 본 연구의 시험물질의 농도는 과불화화합물의 수용해도(PFOS: 680 mg/L, PFOA: 3.4 g/L)내에서 설정하였으며(3M, 2003; US EPA, 2003), 화학적으로 안정하여 단기간에 수중에서의 농도 변화가 거의 없을 것으로 예측되어 설정농도를 기반으로 하여 수행하였다(Huang et al., 2010). 또한 농도 설정 시험을 급∙만성 각각 두 번 실시하여 본 시험에서의 농도범위를 설정하였다.
- magna를 노출하였다. 시험물질의 농도는 PFOS의 경우 0, 30, 45, 67.5, 101.25, 151.88 mg/L, PFOA의 경우 0, 100, 160, 225, 337.5, 506.25 mg/L로 설정하였다. 시험조건(수온, 조도, 광주기)은 배양조건과 동일하게 실시하였으며, 지수식으로 시험하였다.
- magna를 노출하였다. 시험물질의 농도는 급성독성 시험 결과를 기반으로 EC10의 농도를 최고 농도로 설정하여 실험을 수행하였다. PFOS의 경우 0, 0.
- 5, 5, 10, 20 mg/L로 공비를 2로 설정하여 결정하였다. 시험조건(수온, 조도, 광주기)은 배양조건과 동일하게 실시하였다. 반지수식으로 시험하였으며, 2일에 한번 시험용액을 전량 교환하였으며, 먹이는 매일 Chlorella vulgaris 를 1×105 cells/mL의 밀도로 공급하였다(Koivisto, 1995; Kim et al.
- 25 mg/L로 설정하였다. 시험조건(수온, 조도, 광주기)은 배양조건과 동일하게 실시하였으며, 지수식으로 시험하였다. 시험기간 동안 시험용액의 교환과 폭기는 하지 않았으며, 먹이는 공급하지 않았다.
- 이에 따라, 본 연구에서는 PFOS와 PFOA가 수생태계에 미치는 영향을 평가하기 위한 하나의 수단으로 OECD 공시시험종인 D. magna를 사용하여 독성시험을 수행하였다. D.
- , 2006). 총 노출기간은 21일이었고, 24시간 마다 노출 중인 각각의 어미개체로부터 태어난 신생개체수를 계수하였으며, 시험 중 사망한 어미개체도 계수하였다. 어미개체로부터 태어난 신생 개체는 계수 후 시험용기로부터 즉시 제거 하였다.
- 시험기간 동안 시험용액의 교환과 폭기는 하지 않았으며, 먹이는 공급하지 않았다. 총 노출시간은 48시간이었으며, 24시간과 48시간 후에 노출중인 개체를 관찰하여 유영저해 여부를 개체별로 관찰하였다. 유영저해의 판단은 용기를 살짝 흔든 후, 약 15초 후에 관찰하여 일부기관(촉각, 후복부 등)은 움직이나 유영하지 못할 경우 유영저해로 판단하였다(US EPA, 2002; OECD, 2004).
대상 데이터
- magna의 사육은 국립환경과학원 환경독성연구동에서 수온 20±1ºC, 조도 850 Lux, 광주기 16/8 h (명/암) 조건으로 OECD 시험방법 202에서 제시한 M4배지를 이용하여 배양하였으며, 먹이로는 녹조류인 Chlorella vulgaris를 1×106 cells/mL 공급하였다. 급성독성과 만성독성 시험에 사용된 D. magna은 3회 이상 어린개체를 생산한 산란용 어미로부터 얻은 개체 가운데 생후 24시간 미만의 어린 개체만을 선별하여 이용하였다.
- 시험물질로는 perfluorooctane sulfonic acid (PFOS, Wako co. Japan)와 perfluorooctanoic acid (PFOA, Sigma-Aldrich co. USA)를 사용하였다. 시험물질 농축액은 시험물질을 배양액에 용해시켜 준비하였으며, 재차 배양액으로 희석하여 시험용액을 조제하였다.
- 시험생물로는 담수산 물벼룩인 D. magna를 사용하였다. 시험용 D.
- 시험용 D. magna의 사육은 국립환경과학원 환경독성연구동에서 수온 20±1ºC, 조도 850 Lux, 광주기 16/8 h (명/암) 조건으로 OECD 시험방법 202에서 제시한 M4배지를 이용하여 배양하였으며, 먹이로는 녹조류인 Chlorella vulgaris를 1×106 cells/mL 공급하였다.
데이터처리
- 어미개체로부터 태어난 신생 개체는 계수 후 시험용기로부터 즉시 제거 하였다. 21일 동안 노출 후 Dunnett 통계법을 이용하여 무영향관찰농도(NOEC)와 최소영향관찰농도(LOEC)값을 산출하였다.
이론/모형
- 유영저해의 판단은 용기를 살짝 흔든 후, 약 15초 후에 관찰하여 일부기관(촉각, 후복부 등)은 움직이나 유영하지 못할 경우 유영저해로 판단하였다(US EPA, 2002; OECD, 2004). 반수영향농도(EC50)의 산출은 US EPA에서 제공하는 probit 통계법을 사용하였다.
성능/효과
- 875 mg/L에서는 24시간 후 모든 개체가 움직임이 전혀 없어 유영저해 또는 사망한 것으로 관찰되었다. 48시간 후 유영저해를 측정한 결과, 최저 농도인 30 mg/L는 유영저해가 관찰되지 않았으나, 45 mg/L 이상의 농도에서 유영저해율이 30% 수준으로 관찰되기 시작했으며, 67.5 mg/L에서 유영저해율이 90%, 101.25 mg/L이상에서 100%의 유영저해를 나타내 전형적인 용량-반응 양상을 나타내었다(Fig. 1).
- 25 mg/L에서는 24시간 후 모든 개체가 움직임이 전혀 없어 유영저해 또는 사망한 것으로 관찰되었다. 48시간 후 유영저해를 측정한결과, 최저 농도인 100 mg/L에서는 유영저해가 관찰되지 않았으나, 150 mg/L 이상의 농도에서 유영저해가 관찰되기 시작했으며, 225 mg/L에서 유영저해율이 35%, 337.5 mg/L에서는 80%, 506.25 mg/L에서 100%의 유영저해를 나타내 PFOA의 경우 역시 전형적인 용량-반응 양상을 나타내었다(Fig. 2).
- PFOS에 노출된 어미개체로부터 생산된 신생 개체수는 0.75 mg/L 이하의 농도에서는 대조군과 유의한 차이를 보이지 않았으나, 1.5 mg/L 이상의 농도에서는 대조군에 비해 상대적으로 신생개체수가 감소하였다. 특히 본 시험의 최고 농도인 6 mg/L에서는 대조군의 절반 수준 이하로 신생개체수가 급격하게 감소하였다(Fig.
- 만성독성 시험 기간 동안 고농도의 PFOS와 PFOA 노출군에서 어미개체 가운데 일부가 사망하였다. PFOS의 경우 1.5 mg/L부터 10% 이상의 사망률이 관찰되었으며, PFOA의 경우 최고 농도인 20 mg/L에서 10%의 사망률이 관찰되었다(Table 2).
- 또한 21일 간 노출한 만성독성 시험에서는 생존율과 더불어 생식능에 대한 아치사 영향을 관찰하였다. 그 결과, PFOS의 경우 1.5 mg/L, PFOA에서는 10 mg/L 이상의 농도에서 유의적인 생식능 감소가 나타났으며, NOEC는 PFOS와 PFOA에서 각각 0.75 mg/L과 5 mg/L로 산출되었다. 현재 우리나라 하천에서 검출되는 PFOS, PFOA 농도와 비교하면 이번 시험에서 얻어진 만성 NOEC, LOEC 값은 매우 높으므로 당장 환경 중 생태위해성은 높지 않다고 할 수 있다.
- 47 mg/L로 산출되었다. 급성 독성 48시간 독성영향에 대한 NOEC는 PFOS와 PFOA 각각 30 mg/L와 100 mg/L이며, LOEC는 45 mg/L와 150 mg/L로 각각 나타났다. 따라서 두 물질을 비교했을 때 PFOS가 PFOA 보다 급성독성이 상대적으로 높은 것을 알 수 있었다.
- 급성 독성 48시간 독성영향에 대한 NOEC는 PFOS와 PFOA 각각 30 mg/L와 100 mg/L이며, LOEC는 45 mg/L와 150 mg/L로 각각 나타났다. 따라서 두 물질을 비교했을 때 PFOS가 PFOA 보다 급성독성이 상대적으로 높은 것을 알 수 있었다. 본 연구결과는 D.
- 또한 PFOA는 NOEC 5 mg/L, LOEC 10 mg/L로 각각 산출되었다(Table 3). 따라서 상기 두 물질의 독성을 비교했을 때 앞서 언급한 급성독성시험과 같이 PFOS가 PFOA보다 독성이 상대적으로 높은 것을 알 수 있 었다. 본 연구에서 이용한 물벼룩과 다른 담수어류인 Fathead minnow의 PFOS에 대한 42일간 생존에 대한 NOEC는 0.
- , 2009). 따라서 이 결과와 비교하였을 때 D. magna는 M. macrocopa 보다는 PFOS와 PFOA에 대한 민감도가 낮은 것으로 판단된다.
- 5 mg/L부터 농도가 높을수록 점차 늦어지는 경향을 보였다. 또한 0.75 mg/L부터 어미개체의 성장정도가 대조군에 비해 낮은 것을 알 수 있었다.
- 4). 또한 첫 부화일은 2.5 mg/L 농도부터 대조군에 비교하여 상대적으로 농도가 높을수록 시기가 늦어지는 것을 알 수 있었다.
- 5 mg/L부터 유영저해가 나타나기 시작하였다. 본시험의 최고농도인 151.875 mg/L에서는 24시간 후 모든 개체가 움직임이 전혀 없어 유영저해 또는 사망한 것으로 관찰되었다. 48시간 후 유영저해를 측정한 결과, 최저 농도인 30 mg/L는 유영저해가 관찰되지 않았으나, 45 mg/L 이상의 농도에서 유영저해율이 30% 수준으로 관찰되기 시작했으며, 67.
- 0 mg/L부터 유영저해가 나타나기 시작하였다. 본시험의 최고농도인 506.25 mg/L에서는 24시간 후 모든 개체가 움직임이 전혀 없어 유영저해 또는 사망한 것으로 관찰되었다. 48시간 후 유영저해를 측정한결과, 최저 농도인 100 mg/L에서는 유영저해가 관찰되지 않았으나, 150 mg/L 이상의 농도에서 유영저해가 관찰되기 시작했으며, 225 mg/L에서 유영저해율이 35%, 337.
- 47 mg/L로 산출되었다. 비록 두 물질 모두 급성독성은 높지 않았으나, 다른 선행연구와 마찬가지로 PFOS의 급성독성이 PFOA에 비해 상대적으로 높게 나타났다. 또한 21일 간 노출한 만성독성 시험에서는 생존율과 더불어 생식능에 대한 아치사 영향을 관찰하였다.
- , 2007). 이러한 결과와 비교해 보면 만성독성은 급성독성 결과와 다르게 D. magna가 M. macrocopa에 비해 PFOS와 PFOA의 만성독성에 대한 민감도가 높은 것으로 나타났다.
- 1 ng/L로 조사되었다 (국립환경과학원, 2008). 이러한 환경 중 농도와 이번 연구결과를 비교해 보면 본 연구에서 과불화화합물의 전반적인 생태독성은 높지 않은 것으로 판단되며, 환경 중 수계 위해도 역시 높지 않은 것으로 사료된다.
- 5 mg/L 이상의 농도에서는 대조군에 비해 상대적으로 신생개체수가 감소하였다. 특히 본 시험의 최고 농도인 6 mg/L에서는 대조군의 절반 수준 이하로 신생개체수가 급격하게 감소하였다(Fig. 3). 첫 부화일은 1.
- 한편, PFOA에 노출된 어미개체로부터 생산된 신생 개체수는 5 mg/L 농도 이하에서는 대조군과 유의한 차이가 없었으나, 10 mg/L 이상의 농도에서는 대조군과 유의한 차이로 감소하였다(Fig. 4). 또한 첫 부화일은 2.
후속연구
- 현재 우리나라 하천에서 검출되는 PFOS, PFOA 농도와 비교하면 이번 시험에서 얻어진 만성 NOEC, LOEC 값은 매우 높으므로 당장 환경 중 생태위해성은 높지 않다고 할 수 있다. 그러나 과불화화합물에 대한 생태독성연구는 현재까지 매우 제한적이었으며, 환경 중 노출평가 역시 많은 자료가 있지 않다는 사실을 고려하면, 전체적인 전국 평균의 위해도 보다는 향후 배출량이 높은 특정지역에서 위해성 평가가 필요해질 개연성이 있다. 또한 환경보건법에서 생태위해성평가를 포함하고 있는 만큼 이번연구는 앞으로 우리나라에서 수행될 생태위해성 평가에서 먹이사슬 단계의 중요 독성자료로 활용될 것으로 기대된다.
- 그러나 과불화화합물에 대한 생태독성연구는 현재까지 매우 제한적이었으며, 환경 중 노출평가 역시 많은 자료가 있지 않다는 사실을 고려하면, 전체적인 전국 평균의 위해도 보다는 향후 배출량이 높은 특정지역에서 위해성 평가가 필요해질 개연성이 있다. 또한 환경보건법에서 생태위해성평가를 포함하고 있는 만큼 이번연구는 앞으로 우리나라에서 수행될 생태위해성 평가에서 먹이사슬 단계의 중요 독성자료로 활용될 것으로 기대된다.
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