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문제 정의
- 따라서 본 사례연구에서는 수체 및 어류내의 마이크로시스틴의 분포, 축적성을 조사하였으며, 마이크로시스틴으로 오염된 수생태계 종의 인체노출로 인한 인체위해도를 평가하고자 하였다.
- 본 연구의 또 다른 목적인 식용 가능한 어류 근육 조직에 존재하는 독성물질을 인간이 섭취하였을 때 위해성 여부를 확인하기 위함이다. 민물어류 섭취량 95백분위수를 사용한 최악의 시나리오를 가정하여 체중당 일일섭취량이 TDI를 초과하는지 여부를 계산하였다.
가설 설정
- , 2003). 따라서 최악의 시나리오를 가정하여 어류 조직내 총 마이크로시스틴이 MCLR의 형태로 모두 존재하는 것으로 가정하였다. (3) 한국형 노출계수 핸드북(MOE, 2007)을 바탕으로 민물 어폐류 섭취자(전체 어폐류 섭취자 중 2.
- 민물어류를 통해 각 조직에 농축된 마이크로시스틴의 인체섭취량은 다음 사항을 가정하여 EDI (estimated daily intake) 값을 계산하였다. (1)경골어류의 수분함량이 약 72%에 해당되는 문헌(Holmes and Donaldson, 1969)을 바탕으로 어류의 동결건조 한 조직 무게(dry weight basis)를 수분함량을 보정한 값(wet weight basis)으로 변환하였다.
제안 방법
- 민물어류를 통해 각 조직에 농축된 마이크로시스틴의 인체섭취량은 다음 사항을 가정하여 EDI (estimated daily intake) 값을 계산하였다. (1)경골어류의 수분함량이 약 72%에 해당되는 문헌(Holmes and Donaldson, 1969)을 바탕으로 어류의 동결건조 한 조직 무게(dry weight basis)를 수분함량을 보정한 값(wet weight basis)으로 변환하였다. (2) WHO에서 MC-LR에 대한 tolerable daily intake (TDI)가 0.
- 클로로필-a는 수질오염공정시험기준(MOE, 2011)에 따라 GF/C 여과지 (Whatman, UK)로 시료 적당량을 여과한 후 아세톤으로 냉암소에서 24시간 동안 클로로필을 추출하여 흡광도(Pharmacia Biotech Ultrospec 2000)를 측정하였다. 남조류는 광학현미경(Zeiss, Axioskop, Germany) 500~1,000배 하에서 종별로 동정하였으며 Sedgwick-Rafter counting chamber (1 mL)를 이용하여 결과는 mL당 세포수로 계산하였다.
- 마이크로시스틴 농도는 DMC 및 PMC로 구분하여 4개의 이성질체(MC-LR, MC-RR, MC-YR, MCLA)에 대해 측정하였다. 조사기간 동안의 총 마이크로시스틴(DMC와 PMC의 합)의 평균 농도의 순서는 MC-LR>MC-RR>MC-YR>MC-LA 이었으며 MC-LA는 DMC와 PMC 시료 모두 검출되지 않았다.
- 본 연구의 또 다른 목적인 식용 가능한 어류 근육 조직에 존재하는 독성물질을 인간이 섭취하였을 때 위해성 여부를 확인하기 위함이다. 민물어류 섭취량 95백분위수를 사용한 최악의 시나리오를 가정하여 체중당 일일섭취량이 TDI를 초과하는지 여부를 계산하였다. 마이크로시스틴의 허용기준은 WHO에서는 0.
- 민물어류의 근육을 통해 섭취가 가능한 마이크로시스틴의 수준(EDI)을 추정하기 위해 수분함량 보정하여 어류 건조량(dry weight)을 단위 g 당 마이크로시스틴의 농도(ug/g, wet weight)으로 변환하였으며, 민물고기 섭취량의 95백분위수에 해당하는 일일 체중당 평균 섭취량(3.99 g/kgday)을 사용하였다. 그 결과로, 떡붕어, 붕어, 가물치의 근육의 섭취를 통해 노출되는 마이크로시스틴의 EDI는 각각 0.
- 부영양 상태의 저수지내 마이크로시스틴에 오염된 어류섭취를 통한 인체위해성 평가를 수행하고자, 수질 및 어류중의 마이크로시스틴의 농도를 조사하였다. 일월저수지의 총 마이크로시스틴(MC-LR, MCRR, MC-YR, MC-LY의 합)의 농도는 WHO의 먹는물 수질 허용기준(1 ug/L)을 초과하지 않았다.
- 수질 시료는 매달 1회 또는 식물플랑크톤이 대량 번식한 경우는 주1회로 하여 채수하였으며, 조사 기간은 부영양화가 주로 발생(여름 및 초가을)하는 2013년 7월부터 10월까지로 선정하였다. 수체 중 마이크로시스틴 및 클로로필-a의 분석을 위해 2L를 채수하였고 남조류 분석을 위해 표층수 시료 100 mL 를 채수하여 루골용액(2 v/v %)으로 현장에서 고정 하여 4°C에서 보관하였다.
- 수체 중 마이크로시스틴 및 클로로필-a의 분석을 위해 2L를 채수하였고 남조류 분석을 위해 표층수 시료 100 mL 를 채수하여 루골용액(2 v/v %)으로 현장에서 고정 하여 4°C에서 보관하였다.
- 어류 조직(간, 내장, 아가미, 근육)내 마이크로시스틴 전처리는 Mereno 등(2005)의 방법을 참고 및 일부 수정하였다. 시료는 동결건조하여 분말상태로 균질화시킨 후 일정량(0.1 or 0.5 g dry weight (DW))을 취해 메탄올 15 ml(in 5% acetic acid)을 첨가한 후 1시간 동안 초음파추출하였다. 이 후의 용출과정은 HPLC법에 적용된 과정과 동일하게 실시하였으며 최종 여과된 시료는 효소면역측정법(ELISA kit, Enzo Life Sciences Inc.
- 어류 조사는 2개의 정점에서 정치망(삼각망)을 3일 동안 설치한 후 채집하였다. 총 10종의 어류가 출현하였으며, 그 중에서 전체 생체량의 62.
- 어류 조직(간, 내장, 아가미, 근육)내 마이크로시스틴 전처리는 Mereno 등(2005)의 방법을 참고 및 일부 수정하였다. 시료는 동결건조하여 분말상태로 균질화시킨 후 일정량(0.
- 수질 시료 중의 마이크로시스틴(MC-LR, MC-RR, MC-YR, MC-LA) 분석을 위해 삼중사중극자 질량분석기(Quattro micro API, Micromass, USA)를 연결한 액체크로마토그래피(Aliance 2695, Waters, USA)를 사용하였으며, 전처리 방법은 먹는물 수질감시항목 운영지침(MOE, 2012)에 따라 수행하였다. 전처리는 시료 1L를 GF/C 필터를 통과하여 용존성(dissolved microcystin; DMC) 및 조체성 (particulate microcystin; PMC) 시료로 분리한 후 실시하였다. 용존성 시료의 전처리는 시료 1000 ml과 내부표준물질(Enkephalin, 200 ug/L)을 100 µl와 초산(acetic acid) 5 ml을 첨가한 후 Oasis MCX 카트리지 (6cc/200 mg, Waters, USA,)에 포집하였다.
- 체장 및 체중을 포함한 각 어류 조직별 마이크로시스틴의 농도별 상관관계를 조사하였다(Table2). 어류 간의 마이크로시스틴의 농도는 내장의 농도와 양의 유의적인 상관관계(p<0.
- 05로 설정하였다. 회귀 분석은 어류조직내 마이크로시스틴의 농도와 체중과의 관계를 분석하기 위해 수행하였다. 모든 데이터는 SPSS 18.
대상 데이터
- 따라서 최악의 시나리오를 가정하여 어류 조직내 총 마이크로시스틴이 MCLR의 형태로 모두 존재하는 것으로 가정하였다. (3) 한국형 노출계수 핸드북(MOE, 2007)을 바탕으로 민물 어폐류 섭취자(전체 어폐류 섭취자 중 2.1%에 해당)의 95백분위수(95th percentile)에 해당하는 일일체중당 평균 섭취량 3.99 g/kgday을 사용하였다.
- 본 연구에서는 2013년 7월부터 10월까지 식물플랑크톤이 대량번식(최대 클로로필-a의 농도 211.7 mg/m3 ) 한 저수지를 선정하여 마이크로시스틴의 어류 농축성 및 인체위해성에 대한 사례연구를 수행하였다.
- 어류 조사는 2개의 정점에서 정치망(삼각망)을 3일 동안 설치한 후 채집하였다. 총 10종의 어류가 출현하였으며, 그 중에서 전체 생체량의 62.4% 차지하는 떡붕어(21.7%), 붕어(18.5%), 가물치(22.2%)를 조사대상 어류로 선정하였다(NIER, 2013). 현장에서 포획된 어류(각각 5마리)는 냉장상태로 운반하여 실험실에서 체장과 체중을 측정하고 즉시 해부한 후 분석전까지 −80°C에 보관하였다.
데이터처리
- 건고된 시료는 1 ml의 메탄올을 이용하여 추출한 후 증류수 49 ml(in 5% acetic acid)을 첨가하여 Oasis MCX 카트리지에 포집하였다. 검출한계(method detection limit, MDL) 및 정량한계(Limit of quantification, LOQ) 산출은 먹는물 수질감시항목 운영지침(MOE, 2012)에 따라 7회 반복된 표준편차에 3.14를 곱하여 산정하였으며, 정량한계는 표준편차에 10을 곱하여 산출하였다. 본 연구에서의 MDL는 MC-LR, MC-RR, MC-YR, MC-LA 각각 0.
- 또한 Pearson’s 상관계수를 이용하여 체장, 체중, 어류 조직(간, 내장, 아가미, 근육)별 마이크로시스틴의 농도간의 상관성을 분석하였으며 통계적 유의성은 p<0.01 및 p<0.05로 설정하였다.
- 모든 실험은 3회 반복으로 수행하였으며 마이크로시스틴의 농도 분포는 정규성 및 동질성 가정을 모두 만족하였다. 통계처리는 one-way analysis of variance (ANOVA) 분석을 수행하였으며, 유의성이 인정된 경우 Turkey test를 사용하여 다중비교를 실시하였다. 또한 Pearson’s 상관계수를 이용하여 체장, 체중, 어류 조직(간, 내장, 아가미, 근육)별 마이크로시스틴의 농도간의 상관성을 분석하였으며 통계적 유의성은 p<0.
이론/모형
- 수질 시료 중의 마이크로시스틴(MC-LR, MC-RR, MC-YR, MC-LA) 분석을 위해 삼중사중극자 질량분석기(Quattro micro API, Micromass, USA)를 연결한 액체크로마토그래피(Aliance 2695, Waters, USA)를 사용하였으며, 전처리 방법은 먹는물 수질감시항목 운영지침(MOE, 2012)에 따라 수행하였다. 전처리는 시료 1L를 GF/C 필터를 통과하여 용존성(dissolved microcystin; DMC) 및 조체성 (particulate microcystin; PMC) 시료로 분리한 후 실시하였다.
- 5 g dry weight (DW))을 취해 메탄올 15 ml(in 5% acetic acid)을 첨가한 후 1시간 동안 초음파추출하였다. 이 후의 용출과정은 HPLC법에 적용된 과정과 동일하게 실시하였으며 최종 여과된 시료는 효소면역측정법(ELISA kit, Enzo Life Sciences Inc., Switzerland)을 사용하여 450 nm 파장에서 분석(Vltrospec 2000, Pharmacia Biotech Ltd.)하였다.
- 수체 중 마이크로시스틴 및 클로로필-a의 분석을 위해 2L를 채수하였고 남조류 분석을 위해 표층수 시료 100 mL 를 채수하여 루골용액(2 v/v %)으로 현장에서 고정 하여 4°C에서 보관하였다. 클로로필-a는 수질오염공정시험기준(MOE, 2011)에 따라 GF/C 여과지 (Whatman, UK)로 시료 적당량을 여과한 후 아세톤으로 냉암소에서 24시간 동안 클로로필을 추출하여 흡광도(Pharmacia Biotech Ultrospec 2000)를 측정하였다. 남조류는 광학현미경(Zeiss, Axioskop, Germany) 500~1,000배 하에서 종별로 동정하였으며 Sedgwick-Rafter counting chamber (1 mL)를 이용하여 결과는 mL당 세포수로 계산하였다.
성능/효과
- 99 g/kgday)을 사용하였다. 그 결과로, 떡붕어, 붕어, 가물치의 근육의 섭취를 통해 노출되는 마이크로시스틴의 EDI는 각각 0.006, 0.015, 0.005 ug/kgday로 TDI(0.04 ug/kgday) 이하 인 것으로 조사되었다(Table 3).
- 그러나 붕어의 경우 다른 어류에 비해 근육 조직에서 유의적으로 가장 높은 농도로 나타났으며(p<0.01), 가물치는 붕어의 아가미에 비해 유의적인 차이가 확인되었다(p<0.01).
- 또한 어류가 체장과 체중이 클수록 간, 내장에 축적되는 마이크로시스틴의 농도는 적은 것으로 확인되었다(p<0.05).
- 모든 실험은 3회 반복으로 수행하였으며 마이크로시스틴의 농도 분포는 정규성 및 동질성 가정을 모두 만족하였다. 통계처리는 one-way analysis of variance (ANOVA) 분석을 수행하였으며, 유의성이 인정된 경우 Turkey test를 사용하여 다중비교를 실시하였다.
- 모든 어류종내 마이크로시스틴의 주요 표적기관은 간과 내장으로, 특히 간은 근육 및 아가미 조직과 비교하였을 때 유의하게 높은 농도로 검출되었다(p<0.05).
- 14를 곱하여 산정하였으며, 정량한계는 표준편차에 10을 곱하여 산출하였다. 본 연구에서의 MDL는 MC-LR, MC-RR, MC-YR, MC-LA 각각 0.387, 0.031, 0.134, 0.804 ng/L 이고, LOQ는 각각 1.172, 0.095, 0.407, 2.443 ng/L로 나타났다.
- 05 ug/kg bw/day (Heinze, 1999)로 설정하여 관리하고 있다. 본 조사지점의 떡붕어, 붕어, 가물치의 EDI는 모두 WHO와 EPA 기준 이하로 조사되었지만, 어류 조직은 독소의 결합형태 및 결합하지 않은 유리형태로 모두 노출될 수 있다는 것을 간과해서는 안 된다. 생물체내 마이크로시스틴은 주로 생체내변환(biotransformation)을 위해 결합 형태로 존재하며 연어(salmon)의 간 조직내 마이크로시스틴의 76%가 결합형태로 존재하는 것으로 나타났다(Williamns et al.
- 섭식길드(feeding guilds)에 따른 각 조직별 마이크로시스틴의 농도 또한 유의적인 차이가 있었다(Fig. 2). 조식성(Phytoplanktivorous) 어류인 떡붕어의 간 및 내장에서 각각 96.
- 식물플랑크톤을 먹이원으로 하는 떡붕어의 경우 독성의 남조류를 직접적으로 소비하며 주요 표적기관인 간과 내장에 92% 이상의 마이크로시스틴이 축적되어 있음을 확인하였다. 잡식어류인 붕어의 경우는 72%, 육식어류인 가물치는 49%로 간과 내장에 분포하는 마이크로시스틴의 농도가 점차 낮아지는 것을 볼 수 있었다.
- argus)내 마이크로시스틴의 주요 표적기관은 간과 내장이었다. 식용 가능한 어류 근육조직에 존재하는 마이크로시스틴을 섭취하였을 때 인체 위해성 여부를 확인한 결과, 떡붕어, 붕어, 가물치의 EDI는 모두 WHO 와 EPA 기준 이하로, 마이크로시스틴에 오염된 어류의 살코기 (근육)에 노출시에 인체위해성은 없는 것으로 평가되었다.
- 어류 간의 마이크로시스틴의 농도는 내장의 농도와 양의 유의적인 상관관계(p<0.01)가 나타났으며, 근육 조직내 마이크로시스틴의 농도가 높을수록 아가미내 농도가 낮아지는 유의적인 상관성(p<0.01)이 관찰되었다.
- 어류의 간과 내장은 체장과 체중과의 유의적인 음의 상관관계가 있었으며, 이들 조직에 축적된다는 것은 어류의 성장과 직접적인 관련성이 있고 떡붕어, 붕어, 가물치 중 상대적으로 크기가 작은 어류일수록 마이크로시스틴이 더 많이 축적된다는 결론을 내릴 수 있다. 또한 이와 유사한 결과로 Jia 등(2014) 에서는 신장, 심장과 체중, 체장과의 유의적인 음의 상관성을 밝혔으며, 작은 물고기일수록 생체내변화 및 배설기관이 덜 발달하였기 때문이라고 설명하였다.
- 조사기간 동안의 총 마이크로시스틴(DMC와 PMC의 합)의 평균 농도의 순서는 MC-LR>MC-RR>MC-YR>MC-LA 이었으며 MC-LA는 DMC와 PMC 시료 모두 검출되지 않았다.
- 2). 조식성(Phytoplanktivorous) 어류인 떡붕어의 간 및 내장에서 각각 96.1과 59.8 ng/g dw으로 유의적으로 가장 높게 나타났으며 그 다음으로는 잡식성 (Ominivorous) 어류인 붕어이며, 육식성(Carnivorous)어류인 가물치에서 제일 낮은 농도로 검출되었다. 그러나 붕어의 경우 다른 어류에 비해 근육 조직에서 유의적으로 가장 높은 농도로 나타났으며(p<0.
- 303 ug/L였으며 WHO의 허용농도(1 ug/L, Chorus and Bartram, 1999)를 초과하지 않았다. 총 마이크로시스틴에서 MC-LR은 58.0%, MC-RR은 29.4%, MC-YR은 12.6%를 차지하였으며 MC-LA는 검출되지 않았다. MC-LR, MC-RR, MC-YR은 독성이 강한 독소로 알려져 있으며 이들 물질은 중국에서도 가장 빈번하게 나타나고 있다 (Chen and Xie, 2005; Ni et al.
- Romero-Oliva 등 (2014)의 연구에서는 DMC와 PMC의 농도가 각각 1,931과 90 ug/L로 검출된 호수의 물을 관개용수로 사용하는 지역의 농작물내 축적성을 조사하였다. 토마토(Solanum lycopersicum)와고추(Capsicum annuum)의 열매에 축적된 마이크로시스틴은 1.16과 1.03 ug/L dw으로 측정되었으며, 인체노출량은 각각 0.008과 0.006 ug/kgday로 권고기준(0.04 ug/kgday) 이하인 것으로 평가되었다.
후속연구
- , 1997). 그러므로 우리의 전처리(추출법)의 제한점으로 인해 결합된 마이크로스틴을 모두 정량화하기는 불가능하므로 본 조사결과에서 보고한 농도보다 더 많이 축적되어 있을 수 있다. 또한 마이크로시스틴은 열에 안정적이고, 조리시 열에 의해 잘 파괴되지 않는다(Harada et al.
- 현재 본 저수지는 농업용 저수지로 사용되고 있지는 않지만 농작물에 축적될 가능성이 있으므로 이에 대한 위험성도 간과할 수 없다. 남조류의 생체량과 독성은 시간적(계절적)인 차이가 발생하므로 인체의 위험성을 줄이기 위해 본 조사지점의 수질 및 어류의 지속적인 모니터링이 필요하며, 지역의 현장 관리자들이 남조류 대발생한 수 체내 오염된 어류의 섭취를 최대한 제한시키는 등의 적절한 조치가 필요하다.
- , 2015). 마이크로시스틴이 어류 조직안으로 흡수되는 경로에 대한 기전연구가 추가적으로 필요하다.
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