물벼룩 '심장 박동'으로 독성 읽는다…저농도 오염까지 잡는다[과학을읽다]

KRISS, 시간당 150마리 분석 시스템 개발…환경 안전성 평가 정밀도↑

환경 유해물질의 '미세한 독성 신호'를 조기에 포착할 수 있는 기술이 나왔다. 기존 시험법이 놓치던 저농도 독성까지 읽어낼 수 있는 방식이다.

한국표준과학연구원(KRISS)은 물벼룩의 심박수를 자동으로 측정·분석하는 독성평가 시스템을 개발했다고 21일 밝혔다. 시간당 150마리 규모의 데이터를 동시에 처리할 수 있어 소수 개체 평균값에 의존하던 기존 시험법보다 분석 정밀도를 크게 높였다.

물벼룩을 고정한 뒤 고속 이미징으로 심박을 측정하고, 다수 개체의 심박수 분포를 분석해 독성 반응을 평가하는 개요도다. 산화구리 나노입자 농도에 따라 심박수가 변화하며, 기존 시험법으로 어려웠던 저농도 독성까지 확인할 수 있음을 보여준다. 연구팀 제공

물벼룩은 몸이 투명하고 재현성이 높아 수생 환경 독성평가에 널리 활용되는 대표 생물이다. 하지만 현재 국제 표준 시험법인 경제협력개발기구(OECD) '물벼룩 급성독성시험(202)'은 유영 저해 여부를 육안으로 판별하는 방식이어서 실험자에 따라 결과 편차가 발생하고 저농도 독성을 포착하는 데 한계가 있었다.

'눈대중 독성' 한계 넘었다…심박 데이터로 정밀 측정

KRISS가 독성평가 연구에 활용한 물벼룩의 현미경 사진. 연구팀 제공

연구진은 물벼룩의 빠른 심장 박동을 정밀하게 측정하기 위해 고속 이미징과 신호 분석 기술을 결합했다. 면직물에 고정한 물벼룩의 심장 부위를 촬영하고, 반복되는 명암 변화 신호를 추출해 심박수를 자동 계산하는 방식이다.

이 시스템은 초당 6~8회에 달하는 심장 박동을 실시간으로 분석할 수 있으며, 측정 데이터를 즉시 처리해 독성 반응을 정량적으로 평가한다. 특히 다수 개체의 심박수 분포를 함께 분석함으로써 개체 간 미세한 반응 차이까지 포착할 수 있다.

실제 실험에서는 독성물질 노출에 따른 심박수 변화를 대량으로 수집·분석해, 기존 방식으로는 확인이 어려웠던 저농도·비치사성 독성 반응까지 검출하는 데 성공했다.

다수의 물벼룩 심박수 기반의 환경 독성 및 나노물질 독성 평가 시스템 개발 연구진. 앞줄부터 시계방향으로 KRISS 권익환 선임연구원, 이태걸 책임연구원, 이상원 책임연구원. KRISS 제공

연구진은 이 기술이 하천·호수 등 수생태계의 화학물질과 나노소재 위해성 평가에 활용될 것으로 기대하고 있다. 장비 구조가 비교적 간단해 다양한 연구 환경에 적용할 수 있다는 점도 강점으로 꼽힌다.

권익환 한국표준과학연구원 선임연구원은 "이번 시스템은 수생환경 독성평가의 정밀도를 높인 기술"이라며 "향후 나노물질뿐 아니라 심장 오가노이드 등 인체 유사 모델로 적용 범위를 확장할 것"이라고 말했다.

이번 연구는 한국표준과학연구원과 KIST 유럽연구소의 공동연구로 수행됐으며, 결과는 환경 분야 학술지 Journal of Hazardous Materials에 게재됐다. 향후 환경 규제 대응과 나노소재 안전성 평가 등에서 활용도가 확대될 것으로 기대된다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr