유청 단백질로 구성된 "크라운"을 가진 미세 플라스틱은 신경 세포와 미세아교세포의 기능을 방해합니다.

DGIST(대한민국) 연구진은 미세 플라스틱이 생물학적 환경(예: 혈액)에 유입되면 빠르게 단백질로 "덮여" 소위 단백질 코로나를 형성한다는 것을 보여주었습니다. 실험 결과, 이러한 "덮인" 입자는 신경세포와 미세아교세포의 프로테옴에 상당한 변화를 초래했습니다. 단백질 합성, RNA 처리, 지질 대사, 그리고 핵과 세포질 사이의 수송에 지장을 주었고, 염증 신호가 동시에 활성화되었습니다. 결론: 단백질과 결합된 미세 플라스틱은 "덮인" 입자보다 생물학적으로 더 위험할 수 있습니다. 이 논문은 Environmental Science & Technology 지에 게재되었습니다.

연구 배경

• 미세플라스틱 및 나노플라스틱(MNP)은 이미 뇌를 포함한 인체 조직에서 발견됩니다. 2024년에서 2025년 사이에 독립적인 연구진들이 사망자의 간, 신장, 뇌에서 MNP의 존재를 확인했으며, 시간이 지남에 따라 농도가 증가하는 것으로 나타났습니다. 또 다른 연구에서는 후각구에서 미세플라스틱을 발견했는데, 이는 코를 통해 중추신경계로 "우회"하는 현상을 시사합니다.
• 입자가 뇌에 침투하는 경로. 후각 경로 외에도 수많은 동물 연구와 검토 결과 미세 나노플라스틱이 혈액-뇌 장벽(BBB)을 통과하여 신경 염증을 유발하고 신경 조직에 기능 장애를 일으킬 가능성이 있는 것으로 나타났습니다.
• "단백질 코로나"는 입자의 생물학적 정체성을 결정합니다. 생물학적 환경에서 나노입자의 표면은 흡착된 단백질(단백질 코로나)로 빠르게 덮이며, 어떤 수용체가 입자를 "인식"하는지, 각 장기에 어떻게 분포하는지, 그리고 독성은 어느 정도인지를 결정하는 것은 바로 코로나입니다. 이는 나노독성학에서 잘 설명되고 있으며, 마이크로/나노플라스틱 분야로 점차 확대되고 있습니다.
• 지금까지 신경독성에 대해 알려진 바는 다음과 같습니다. 생체 내 실험 및 검토 결과, MNP 노출이 BBB 투과성 증가, 미세아교세포 활성화, 산화 스트레스, 그리고 인지 장애와 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 그러나 인간 뉴런과 미세아교세포에서 프로테옴 수준의 기전적 데이터는 제한적입니다.
• 환경 과학 및 기술(Environmental Science & Technology)의 새로운 논문은 어떤 "구멍"을 메우는 것일까 요? 저자들은 혈청 단백질로 "덮인" 미세 플라스틱과 "벌거벗은" 미세 플라스틱이 뉴런과 미세아교세포의 프로테옴에 미치는 영향을 처음으로 체계적으로 비교 분석하여, 코로나가 근본적인 세포 과정의 부정적인 변화를 증폭시킨다는 것을 보여주었습니다. 이는 MNP의 환경 문제를 뇌 위험의 특정 분자 메커니즘에 더욱 근접하게 보여줍니다.
• 이것이 위험성 평가에 왜 중요한가? 코로나를 고려하지 않은 플라스틱 독성 실험실 검사는 위험성을 과소평가할 수 있다. 단백질(혈액, 뇌척수액)이 존재할 때 입자의 영향을 모델링하는 것이 더 정확하며, 이는 이미 여러 논문에서 권장되고 있다.

그들은 정확히 무엇을 했나요?

• 실험실에서 미세 플라스틱을 마우스 혈청에 배양하여 입자 표면에 단백질 "크라운"을 형성한 후, 이 입자를 뇌 세포(배양된 뉴런(마우스)과 미세아교세포(인간 세포))에 노출시켰습니다. 노출 후, 세포의 프로테옴을 질량 분석법으로 분석했습니다.
• 비교를 위해, "벌거벗은" 미세 플라스틱(크라운이 없는)의 영향도 평가했습니다. 이를 통해 단백질 껍질이 입자에 전달하는 독성 신호의 비중을 확인할 수 있었습니다.

주요 결과

• 단백질 코로나는 플라스틱의 "개성"을 변화시킵니다. 나노독성학 법칙에서 예상할 수 있듯이, 미세입자는 혈청 내 이질성 단백질 층을 흡착합니다. 이러한 복합체는 "나체" 입자보다 뇌세포의 단백질 발현에 훨씬 더 현저한 변화를 초래했습니다.
• 세포의 기본 과정에 영향을 미칩니다. "왕관"을 띤 미세 플라스틱으로 인해 RNA 번역 및 처리 장치의 구성 요소가 감소하고, 지질 대사 경로가 변화하며, 핵-세포질 수송이 교란되었습니다. 즉, 신경 세포의 생존과 가소성의 "근본적인" 기능이 손상되었습니다.
• 염증과 인식 활성화. 저자들은 염증 프로그램과 세포 입자 인식 경로의 활성화를 설명했는데, 이는 뇌 내 미세 플라스틱 축적과 뇌 면역 세포의 만성 자극에 기여할 수 있습니다.

왜 이것이 중요한가요?

• 현실에서 미세플라스틱과 나노플라스틱은 거의 "벌거벗은" 상태가 아닙니다. 단백질, 지질, 그리고 기타 환경 분자들로 즉시 뒤덮입니다. 이는 코로나와 같은 입자가 세포와 어떻게 상호작용하는지, 혈액-뇌 장벽을 통과하는지, 그리고 어떤 수용체가 이를 "인지"하는지를 결정합니다. 이번 연구는 코로나가 신경독성 가능성을 높일 수 있음을 직접적으로 보여줍니다.
• 이러한 맥락은 경각심을 더욱 증폭시킨다. 독립적인 연구에 따르면 인간의 후각구에서 미세 플라스틱이 발견되었고, 사망한 사람의 뇌에서는 수치가 증가한 것으로 나타났다. 또한, BBB 침투 경로, 산화 스트레스, 신경 염증에 대한 논의도 이루어졌다.

이 데이터를 이전 데이터와 비교하면 어떻습니까?

• 나노입자의 경우, 코로나의 구성이 대식세포/미세아교세포의 "생물학적 정체성"과 포획을 결정한다는 것이 오랫동안 알려져 왔습니다. 미세플라스틱에 대해서도 위장관/혈청에서 유래된 코로나가 세포 포획에 미치는 영향에 대한 연구를 포함하여 유사한 데이터가 수집되고 있습니다. 이 새로운 논문은 뇌 세포에 대한 최초의 상세 프로테오믹 분석 중 하나입니다.

제한

• 이것은 시험관 내 세포 모델입니다. 이는 메커니즘을 보여주지만, 복용량, 지속 시간 및 신체에서의 효과 가역성에 대한 질문에 직접적으로 답하지는 않습니다.
• 특정 유형의 입자와 단백질 코로나가 사용되었습니다. 실제 환경에서는 코로나의 구성(혈액, 뇌척수액, 호흡기 점액 등)이 변하고, 그에 따라 생물학적 영향도 달라집니다. 동물 모델과 인체 생체 모니터링이 필요합니다.

이것이 위험 평가 및 정책에 어떤 의미를 갖는가

• 플라스틱 독성 시험 시스템에는 관련 생체액(혈액, 뇌척수액)에 "코로나" 단계가 포함되어야 합니다. 그렇지 않으면 위험을 과소평가하게 됩니다.
• 규제 기관과 업계에 있어 이는 미세 플라스틱 배출량을 줄이고, 단백질 코로나와의 친화성이 낮은 소재 개발을 가속화하며, 식품, 공기, 물 속 플라스틱 모니터링에 투자해야 한다는 주장입니다. 검토 보고서들은 측정 표준화와 코로나 회계가 시급한 과제임을 강조합니다.

오늘 독자가 해야 할 일

• 미세 플라스틱 발생원과의 접촉을 줄이세요. 생수 대신 정수된 수돗물을 사용하고, 가능하면 플라스틱 용기에 음식을 담아 데우지 마세요. 합성 섬유 제품은 저온 세탁/극세사 필터로 세탁하세요. (이러한 조언은 해당 기사에서 발췌한 것이 아니며, 현재 위험 검토 결과와 일치합니다.)

출처: Ashim J. 외. 단백질 미세플라스틱 코로네이션 복합체가 뇌 유래 신경세포 및 신경교세포의 프로테옴 변화를 유발한다. 환경 과학 및 기술.https://doi.org/10.1021/acs.est.5c04146