[일반생물학실험]어류의 발생 과정을 이용한 내분비장애물질의 독성 실험 1부

실험 목적

내분비계 장애물질이 생물체에 미치는 영향을 알아보기 위해 단기간 폭로로 인한 생물 독성 실험을 실시한다.

 

실험 이론 및 원리

1. 호르몬(내분비)

인간이나 동물의 체내에 있는 내분비기관에서 만들어지고, 주로 혈액을 매개로 하여 다른 기관에 영향을 주며, 그 기관을 특이하게 조절하는 화학물질이다. 전문적으로 말하자면 호르몬은 표적기관의 신진대사를 조절함으로써 표적기관의 기능을 콘트롤하고 있다. 이처럼 특정한 표적기관에 작용하는 것으로써 여러 가지 영향을 주는 호르몬은 말하자면 생물이 지니고 있는 체내의 정보전달 수단이라고 할 수 있다. 이 호르몬에 의해 전달되는 정보는 생물의 기본적인 생명 활동을 조절하는 매우 중요한 역학을 하고 있다.

 

모든 호르몬에는 두 가지의 공통된 중요한 특징이 있다. 하나는 호르몬이 작용하여 영향을 주는 표적기관에는 반드시 ‘리셉터’가 존재한다는 것이고, 또 하나는 호르몬이 놀랄 만큼 미량으로 작용한다는 것이다. 첫 번째 특징인 리셉터는 ‘수용기’라고도 불리고, 모든 호르몬의 표적기관을 반드시 가지고 있다. 

호르몬은 이 리셉터와 결합함으로써 표적기관의 세포 안으로 들어가 생명활동에 관련되어 있는 여러 가지 화학 반응을 변화시킨다. 대부분의 환경호르몬도 우선 맨 먼저 리셉터와 결합함으로써 영향을 주게 된다. 바꿔 말하면 본래 호르몬이 결합할 리셉터에 환경 호르몬이 결합해 버림으로써 잘못된 정보가 전달되는 것이다.

 

2. 환경호르몬

오존층의 파과나 지구 온난화등의 지구 환경문제는 인류가 생존해 갈수 없게 될 가능성을 지닌 중대한 문제이다. 그러나 환경호르몬의 위험성은 우리가 자손을 만들 수 없게 되어 버릴지도 모르는 인류에게 있어서 훨씬 더 직접적인 문제이다.

본래 생물이 지니고 있는 천연의 호르몬은 절묘한 타이밍으로 그 분비가 조절됨으로써, 태아의 성장이나 체내 활동을 지탱해 주고 있다. 이 미묘한 호르몬 균형을 교란하여 생식이 상 등 야기해 버리는 것이 ‘내분비교란 물질’또는 ‘환경 호르몬’ 이라고 불리는 화학물질이다.

다이옥신, DCB, DDT, DES, 유기 주석 등 인공적으로 합성되어 산업을 떠 받쳐온 약 70종류의 화학물질에 현재 환경호르몬으로서의 독성이 확인되어 있다. 게다가 지구에는 아직 그 영향이 자세히 확인되어 있지 않은 수백만 종류나 되는 인공 화학물질이 넘쳐나고 있다. 대기, 아기 젖병, 플라스틱 물통, 통조림, 유제품, 어패류, 식품용 랩, 살충제, 충치의 봉. 헤아리면 끝이 없을 만큼 우리 주변의 갖가지 것에 환경호르몬이 포함되어 있다. 이것들이 인체 안에 들어와서 또는 탯줄이나 모유를 통해 태아나 젖먹이까지 오염시킨다. 그 결과 유산, 정자수의 감소 등 생식이상을 야기하고 있다는 것이 밝혀지기 시작하고 있다. 조속히 손을 쓰지 않으면 인류는 조용히, 그러나 확실하게 멸망의 길을 밟을 가능성이 있다.

인간행동의 대부분은 뇌에 의해 조절되고 있다. 그러한 뇌를 조절하고 있는 화학물질이 호르몬이다. 환경호르몬이 호르몬에 의해 조절되고 있는 생식 기능을 교란하는 것처럼 호르몬에 의해 조절 되고 있는 뇌가 환경호르몬에 의한 영향을 받는다고 할 수 있다.

 

3. 환경호르몬의 농도를 나타내는 단위

ppm이라는 것은 공기나 물에 들어있는 화학물질의 농도를 나타내는 단위인데, 100만분의 1의 무게를 의미하고 있다. ppb는 10억분의 1이라는 농도를 나타내고, 그1천분의 1을 나타내는 ppt는 1조분의 1이라는 농도를 의미한다.

 

4. 비스페놀(Bisphenol)의 발견

농약이나 공업제품에만 들어있다고 여겨졌던 환경호르몬이 비스페놀A라는 화학물질이 플라스틱에서 녹아 나온다는 것이 밝혀졌다.

비스페놀A가 녹아 나와 식품을 오염시킬 가능성이 있는 것으로 주목한 것은 통조림 이였다. 대부분의 경우, 식품이나 우유가 들어있는 통조림의 안쪽에는 거의 모를 정도로 플라스틱 코팅이 되어 있다. 이러한 플라스틱 코팅은 통조림에 포함되어 있는 금속이 내부의 식품을 오염시켜 맛을 변하게 하는 것을 막기 위해 사용되고 있다. 환경호르몬이 비스페놀A가 이 통조림의 내부 코팅에서 녹아 나온다는 것이다.

통조림안의 액체에 들어 있는 비스페놀A를 분석하는 것과 동시에 통조림안의 액체가 에스트로겐에 반응하는 유암세포를 증식 시키는 가 아닌가에 대해서 도 실험을 했다. 이러한 실험에 의해 이 액체에 에스트로겐과 비슷한 작용이 있는지 없는 지를 검토한 것이다. 조사 결과 채취한 액체에는 유암세포를 분열시키는데 충분한 양의 비스페놀A가 들어 있었다. 비스페놀A는 체중 1그램당 20억분의 1그램의 양이 있으면 호르몬으로서의 효력이 발휘된다.

 

5. 비스페놀A의 위험성 및 용도

강력한 세제를 사용하거나 산성 또는 고온의 액체 속에 비스페놀A로 만들어진 플라스틱을 넣으면 적은 양이 나올 수 있다. 이렇게 해서 나온 비스페놀A는 에스트로겐과 비슷한 작용을 한다. 1930년대에 난소가 없는 쥐에 비스페놀A를 주사한 실험을 통해 비스페놀A가 합성 에스트로겐으로 작용할 수 있다는 사실이 처음 밝혀졌다.

 

이후 세포를 이용한 실험을 통해 매우 낮은 농도에서 내분비계교란물질로 작용할 수 있다는 것이 알려졌다. 사람의 유암세포에 대한 유사 에스트로겐 작용을 하고 동물실험에서의 발달 장애등이 확인되었다. 폴리카보네이트 수지, 에폭시수지 제품의 원료이며, 플라스틱제의 젖병 식기 등에 널리 사용되고 있다.

 

6. 어류의 진화

일련의 중요한 진화적 발전을 통해 척추동물들은 바다를 지배하고 그 뒤 육상도 지배하게 되었다. 척추동물의 절반 이상이 어류이다. 어류는 가장 다양하고 성공적인 척추동물 군으로서 이들이 양서류에 의한 육상 침입의 기초를 제공하였다. 척추동물의 배는 3단계로 발생을 한다. 즉, 난할 단계에서는 가운데가 빈 세포 덩어리를 형성하고 낭배단계에서는 세포들이 안쪽으로 이동하면서 원시적인 조직을 형성하며 마지막 신경관 형성기에는 몸의 기관을 형성한다.

① 수정 : 단상인 암수배우자는 접합하여 복상인 접합자가 된다.

② 난할 : 접합자의 전체의 크기는 변함없이 빠른 세포분열을 한다. 이러한 세포분열을 한 세포가 알세포의 다른 부분의 세포질을 받아들이고 서로 다른 신호를 조절하여 미래의 발생에 영향을 끼친다.

③ 낭배기 : 배세포는 이동하여 중요한 3개의 세포층(외배엽, 중배엽, 내배엽) 으로 된다.

④ 신경관 형성 : 모든 척색 동물에서 첫 번째는 적색을 만들고, 두 번째는 등 쪽 신경색이 된다.

⑤ 신경능선 : 신경관 형성기 동안, 신경능선은 신경관이 만들어 짐으로써 형성된다. 신경능 선은 여러 가지 척추동물의 독특한 특징으로 된다.

⑥ 기관형성 : 3층의 세포들은 여러 가지로 조합하여 몸의 여러 기관을 만든다.

 

발생은 수정과 함께 시작되어 생물체가 죽을 때까지 계속되는 연속적인 과정으로 대부분의 동물에 있어 배 발생은 거의 유사한 단계를 거쳐 진행된다.

 

7. Zebrafish

제브라 피쉬, Danio rerio는 애완동물점에서 쉽게 구입할 수 있으며 유지비가 저렴하고 생존력이 강한 소형 열대어이다. 한 세대기간이 짧고(약 3개월 , 암컷 한 마리가 한 번에 수백 개의 발생란을 낳는다.)

 

수정란의 발생과정을 신속하게 진행되어 수정 후 3일에 몸체와 기관형성이 완성되어 부화한다. 발생란은 비교적 크고 완전 투명해서 발생과정의 관찰뿐만 아니라 발생란 및 유전자 조작이 매우 용이하다.

 

유전체는 인간 유전체의 크기의 반 정도 이지만, 유전체 복합성은 인간과 매우 유사한다. Zebrafish는 Saturation mutagenesis 가 가능한 유일한 척추동물로써 in vivo functional test를 수행하는 기능 유전체학의 모델 동물로 최근 각광 받고 있는 실험 재료이다.

 

실험 기구 및 시약

1. 실험 재료

1) 비스페놀A 희석액 시험동물(zebrafish), 배양액, 배양수조, 산란용 그물, 어류용 뜰채

2) 배를 옮길 넓고 큰 용기, 페트리디쉬, 광학 현미경

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