[논문]곡물 및 사료오염 데옥시니발레놀 및 대사체에 의한 인축질환 연계 생체지표 및 바이오모니터링

문유석; 김동욱

doi:10.13103/jfhs.2014.29.2.085

곡물 및 사료오염 데옥시니발레놀 및 대사체에 의한 인축질환 연계 생체지표 및 바이오모니터링
Human and Animal Disease Biomarkers and Biomonitoring of Deoxynivalenol and Related Fungal Metabolites as Cereal and Feed Contaminants 원문보기

한국식품위생안전성학회지 = Journal of food hygiene and safety, v.29 no.2, 2014년, pp.85 - 91

문유석 (부산대학교 의학전문대학원 의과학과) , 김동욱 (국립축산과학원)

Abstract ▼ AI-Helper

Deoxynivalenol (DON) and related trichothecene mycotoxins are extensively distributed in the cereal-based food and feed stuffs worldwide. Recent climate changes and global grain trade increased chance of exposure to more DON and related toxic metabolites in poorly managed production systems. Monitoring the biological and environmental exposures to the toxins are crucial in protecting human and animals from toxicities of the hazardous contaminants in food or feeds. Exposure biomarkers including urine DON itself are prone to shift to less harmful metabolites by intestinal microbiota and liver metabolic enzymes. De-epoxyfication of DON by gut microbes such as Eubacterium strain BBSH 797 and Eubacterium sp. DSM 11798 leads to more fecal secretion of DOM-1. By contrast, most of plant-derived DON-glucoside is also easily catabolized to free DON by gut microbes, which produces more burden to body. Phase 2 hepatic metabolism also contributes to the glucuronidation of DON, which can be useful urine biomarkers. However, chemical modification could be very typical depending on the anthropologic or genetic background, luminal bacteria, and hepatic metabolic enzyme susceptibility to the toxins in the diet. After toxin exposure, effect biomarkers are also important in estimating the linkage and mechanisms of foodborne diseases in human and animal population. Most prominent adverse effects are demonstrated in the DON-induced immunological and behavioral disorders. For instance, acutely elevated interleukin-8 from insulted gut exposed to dietaty DON is a dominant clinical biomarker in human and animals. Moreover, subchronic exposure to the toxins is associated with high levels of serum IgA, a biological mediator of IgA nephritis. In particular, anorexia monitoring using mouse models are recently developed to monitor the biological activities of DON-induced feed refusal. It is also mechanistically linked to alteration of serotoin and peptide YY, which are promising biomarkers of neurological disorders by the toxins. As animal-alternative biomonitoring, huamn enterocyte-based assay has been developed and more realistic gut mimetic models would be useful in monitoring the effect biomarkers in resposne to toxic contaminants in the future investigations.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

연령별로 볼 때 단위체중 면적당 노출이 극대화되는 영유아의 식품에 대한 노출평가는 더욱 엄격히 규제되고 있다³⁾. 본 글의 논제는 곡물식품 섭취에 따른 다양한 노출평가를 통하여 획득된 생체지표(바이오마커)를 비교 분석하고 이를 기반으로 DON 중심의 trichothecene 곰팡이 독소 분석 바이오모니터링법의 현재와 전망에 대하여 기술하고자 한다.

성능/효과

검정된 동물별로 DON에 대한 감수성은 돼지 > 마우스 > 랫트 > 가금류 ≈ 반추동물 등의 순으로 나타나며 이는 종에 따른 흡수 대사 배출의 특이성에서 차이가 야기된 것으로 사료된다.
DON의 리보솜 결합 후 세포 내 분자작용의 분석에서 최근 소포체스트레스를 유발함을 밝혀지고, 이에 근거하여 소포체스트레스 시 발생되는 단백질분비의 저해를 배양세포수준에서 모니터링 함으로써, 트리코테센류 독소들간의 상대적 독성 비교가 낮은 농도에서도 평가가 용이하게 되었다^43,44). 실제 독소들의 단백질 분비 저해능은 세포독성작용과 유사한 정도로 독소의 생물학적 활성과 상관성이 있음을 알 수 있었고 이들 독소류들의 상대적인 수치로서 비교할 수 있다. 즉 DON(TE = 1)에 대한 각 독소들의 상대적인 50% 단백질 분비 저해 농도(ID50)를 TE (Toxic Equivalency)로 수치화 할 수 있다⁴⁴⁾.
주로 표준으로 하는 인간의 간대사체는 DON-3-glucuronide로 알려져 있으나 최근의 오스트리아 연구에서는 75%가 DON-15-glucuronide가 우점 하는 것으로 나타났으며 인종적 식이패턴에 따른 다양성이 나타날 수 있기 때문에 특정 당화산물의 양보다는 총 당화 산물량을 소변 생체지표로 고려하는 것이 합리적이다¹⁴⁾. 영국인을 대상으로 한 소변의 DON 노출평가를 통하여 탄수화물 식이섭취와의 유의적 상관성이 확인되었는데, 전체식단에서 곡물섭취비율이 많을수록 소변의 총 DON 량이 높았으며 이는 DON 노출원으로서 곡물성 식품의 섭취가 중요함을 나타낸다. 특히 이들 연구에서 4일간의 곡물식의 제한에 의해 유의적으로 총 뇨 DON량이 90%이상 감소함을 발견하였고^15,16), 생산현장에서의 독소의 저감화와 함께 식이 패턴의 유형도 노출경로에 결정적인 요인으로 작용하기에 식이적 조절에 의한 노출 저감화도 향후 임상적으로 고려되어야 한다.

후속연구

Heptoglobin은 급성 용혈작용에 의한 유리 헤모글로빈의 흡착 및 재이용에 중요한 단백질로서 혈액 내에 증가되어 있다^26,27). 그러나 2.5 mg/kg.bw로 8일 이상의 노출에서 증대되었으나, 사실 24시간 노출에서도 heptoglobin과 혈청 아밀로이드 A가 미니피그 모델에서 검출이용 가능하지만²⁷⁾, 이들이 만성노출 생체지표로서의 효용성은 추후 연구검토가 요구된다.
하지만 독소의 짧은 반감기와 함께 세로토닌의 양도 매우 한시적이기 때문에 급만성적인 인자로서의 추가적인 평가는 요구된다. 또한 중추신경 항진 마커로서 c-Fos 염색을 진행한 결과 serotoninergic neurons이 아닌 catecholaminergic neuron이 항진되는 것으로 보아, CNS circuit에서의 세로토닌의 유효성은 차후 검정이 요구되며, c-Fos와 함께 nesfatin-1도 추가적인 bioassay에서 표현형 마커로서 유용하다⁴⁰⁾. 세로토닌 수용체는 독립적으로 DON에 의한 거식작용을 매개하지만, 이들을 상위에서 조절하는 호르몬으로서 소화기 내분비세포에서 분비되는 펩타이드 PYY_3-36를 확인하였으며⁴¹⁾, 곰팡이독소 DON류에 대한 거식 표현형에 대한 생체지표로서 세로토닌과 PYY_3-36를 동시에 이용이 가능하다.
DON에 대한 신경내분비 생체지표로서 가장 많이 알려진 것은 세로토닌(monoamine 5-hydroxytryptamine, 5-HT, serotonin)이며, 세로토닌 수용체 길항제를 투여 시 돼지에서 거식현상이 억제되는 것으로 보아^37-39), 세로토닌 및 그 대사체 5-hydroxyindoleacetic acid (5-HIAA) 등은 유효한 생체지표로 인정된다. 하지만 독소의 짧은 반감기와 함께 세로토닌의 양도 매우 한시적이기 때문에 급만성적인 인자로서의 추가적인 평가는 요구된다. 또한 중추신경 항진 마커로서 c-Fos 염색을 진행한 결과 serotoninergic neurons이 아닌 catecholaminergic neuron이 항진되는 것으로 보아, CNS circuit에서의 세로토닌의 유효성은 차후 검정이 요구되며, c-Fos와 함께 nesfatin-1도 추가적인 bioassay에서 표현형 마커로서 유용하다⁴⁰⁾.
특히 장관은 타 부위들과는 달리 독소 노출양이 상대적으로 매우 높고, 국소농도 또한 매우 높기 때문에 상대적으로 노출에 취약하며, 세포의 증식속도도 빠르기 때문에 단백질 합성 및 분비의 저해는 이 조직들의 항상성 파괴에 민감하게 작용한다⁴⁷⁾. 향후 organ-on-a chip의 개념을 도입하여, 삼차원적인 배양과 microfludics를 이용한 배양환경의 물리적인 유동성 증대 및 환경내의 장벽부착 미생물의 동시배양을 추가 구현하면 더욱 현실성 있는 실시간 생체모사 모니터링이 될 것이며⁴⁸⁾, 향후 이들 세포기반의 모니터링을 통한 생체지표의 분석 감수성을 향상 시키는 방법을 모색해야 한다(Table 1).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자유무역의 대표항목으로서 농산물 중 곡물에 대한 한국의 상황은 어떠한가?	2000년 이후 한국을 중심으로 광범위한 글로벌 무역자유화(FTA) 체결이 진행되고 있으며 2014년 현재 전 세계 경제영토의 64%를 확보하여 세계 3위의 자유무역경제영토 국가로 인정되고 있다. 하지만, 자유무역의 대표항목으로서 농산물 중 곡물은 현재 75% 이상의 해외 곡물의존도를 보이며 지속적으로 증가가 예상되며, 특히 기후변화 및 개도국들의 곡물 식품 안전성 부실에 따른 곡물류 곰팡이 독소 리스크를 감수해야 하는 형편이다. 데옥시니발레놀(deoxynivalenol, DON)은 전세계 곡물원료 및 연계가 공식품에서 가장 광범위하게 오염된 독소류의 하나로서 알려져 있다.
	광범위한 글로벌 무역자유화로 2014년 한국이 확보한 경제영토 규모는?	2000년 이후 한국을 중심으로 광범위한 글로벌 무역자유화(FTA) 체결이 진행되고 있으며 2014년 현재 전 세계 경제영토의 64%를 확보하여 세계 3위의 자유무역경제영토 국가로 인정되고 있다. 하지만, 자유무역의 대표항목으로서 농산물 중 곡물은 현재 75% 이상의 해외 곡물의존도를 보이며 지속적으로 증가가 예상되며, 특히 기후변화 및 개도국들의 곡물 식품 안전성 부실에 따른 곡물류 곰팡이 독소 리스크를 감수해야 하는 형편이다.
	DON과 같은 B형 트리코테센계 곰팡이 독소류는 어디에서 분비되는가?	주로 경종과정에서 또는 일부 수확 후 관리상에서 푸사리움 오염에 의한 DON과 같은 B형 트리코테센계 곰팡이 독소류가 이들 수입곡물위해성 이슈의 중심에 있다. 이들은 특히 수입의존도가 매우 높은 북미, 호주밀과 같은 맥류 등에서의 Fusarium head blight와 옥수수에서의 Gbberella ear rot 등의 유발 균주에서 분비되는 독소류로서 모니터링과 제어가 제대로 관리되지 못할 경우 곡류와 사료의 안전성에 심각한 문제를 야기할 수 있다. 균의 독소생성패턴에 대하여 화학생태형 패턴으로서 주로 DON과 더불어 부차적으로 10-20%의 3-acetyl DON 또는 15-Acetyl DON등이 혼합독소 노출형태로 나타나며, 한국과 같은 벼 및 보리 경작지를 중심으로 니발레놀(Nivalenol, NIV)의 검출률이 높은 경우는 NIV와 함께 부차적으로 10-20% 4-Acetyl NIV 혼합독소형태로 노출 된다1,2).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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