나노 플라스틱과의 상호작용에 의해 변화된 항생제 활성

Scientific Reports 저널에 최근 게재된 연구 에 따르면 항생제가 미세 플라스틱과 나노 플라스틱(MNP)에 흡착되면 심각한 건강 문제가 발생할 수 있다고 합니다.

플라스틱이 분해되면 다양한 모양, 크기, 성분을 가진 입자가 생성됩니다. 미세플라스틱과 나노플라스틱(MNP)으로 알려진 이러한 미세 입자는 환경에 존재하며 세포를 포함한 인체에 침투할 수 있습니다.

MNP는 약물 잔류물을 포함한 다양한 물질을 흡착하여 체내 생리적 변화를 유발할 수 있습니다. 특히 항생제의 경우, 박테리아에 미치는 영향이 내성 발생에 영향을 미칠 수 있어 심각한 문제가 되고 있습니다. 또한, MNP는 미생물의 정착 표면을 제공하여 미생물 전파의 매개체 역할을 합니다.

연구자들은 항생제 테트라사이클린(TC)과 나노플라스틱의 상호작용과 항생제의 생물학적 활동에 미치는 영향을 연구했습니다.

실험을 위해 4가지 유형의 플라스틱이 선택되었습니다.

• 폴리스티렌(PS)
• 폴리에틸렌(PE)
• 나일론 6.6(N66)
• 폴리프로필렌(PP)

TC-NP 복합체를 생성하는 데 두 가지 접근 방식이 사용되었습니다.

1. 순차적 어닐링(SA) 방법: 플라스틱은 TC의 존재 하에 형성되었으며, 이를 통해 항생제 분자에 대한 폴리머 사슬의 적응성이 최대화되었습니다.
2. 자유 입자(FP) 방법: 플라스틱을 미리 성형하고 TC를 다른 방향으로 표면에 배치했습니다.

그런 다음 복합체의 안정성과 세포 배양에서 항생제 활성에 미치는 영향을 평가하기 위해 시뮬레이션을 수행했습니다.

주요 결과

1. 복합체의 형성:

   • SA 방법은 FP 방법보다 복합체의 안정성이 더 높음을 보여주었습니다. 나노플라스틱 내에서 테트라사이클린이 더 자주 발견되었습니다.
   • TC와 N66 사이의 극성 상호작용은 물에 대한 용해도보다 강해서 강한 결합이 형성되었습니다.

2. 분자 동역학:

   • PS와 N66의 고분자 사슬은 입체 결합과 수소 결합으로 인해 움직임이 적었습니다. PP는 높은 이동도를 보였으며, 이로 인해 TC가 구조 내로 침투할 수 있었습니다.
   • PS와 같은 일부 경우에는 TC 분자가 처음에 분리된 후 다시 표면에 부착됩니다.

3. 세포 배양 실험:

   • 나노플라스틱(PS, PE, PET)의 존재는 TC의 활성을 현저히 감소시켰는데, 이는 세포에서 형광 단백질 발현 수준의 감소를 통해 확인되었습니다.

4. 잠재적 위험:
   나노플라스틱은 항생제의 흡수를 변화시켜 항생제를 새로운 부위로 이동시키고 국소 농도를 증가시켜 박테리아 내성이 발달하는 데 기여할 수 있습니다.

결론

연구 결과에 따르면 나노플라스틱과 항생제의 상호작용이 생물학적 활동에 상당한 영향을 미친다는 것이 확인되었습니다.

• 흡수 문제: 나노플라스틱은 약물의 약동학을 변경할 수 있습니다.
• 내성 자극: 박테리아 환경에서 항생제 농도의 국소적 증가는 내성 발달을 촉진할 수 있습니다.

이 연구는 MNP가 인간 건강에 미치는 영향에 대한 추가 연구와 그 영향을 줄이기 위한 대책 개발의 필요성을 강조합니다.