조류 2차 대사산물(secondary metabolites)과 건강독성

조류의 2차 대사산물(secondary metabolites)은 이들의 생리적 생존에 필수적이지는 않지만, 외부 환경에 대한 적응이나 상호작용에 중요한 역할을 합니다. 이러한 2차 대사산물은 다양한 생리적 작용을 하며, 종종 인간에게도 영향을 미칠 수 있습니다. 조류가 생성하는 주요 2차 대사산물들은 다음과 같습니다:

 

1. 2-MIB(2-메틸이소보르네올)

가. 2-MIB 생성

• 2-MIB는 주로 남조류와 일부 곰팡이가 특정 조건에서 2차 대사산물로 생성합니다. 이는 생존을 위한 필수 물질이 아니라, 외부 환경에 반응하거나, 서식지를 확보하는 등의 부가적인 역할을 하는 물질입니다. 2-MIB는 남조류와 곰팡이가 자라면서 배출하는 휘발성 유기화합물 중 하나입니다.

나, 2-MIB 생성 환경 조건

• 2-MIB는 남조류가 번성하는 특정 환경 조건에서 특히 많이 생성됩니다. 다음과 같은 조건이 이를 촉진할 수 있습니다:
• 고온: 따뜻한 날씨, 특히 여름철 수온이 상승할 때 남조류의 성장 속도가 빨라지며, 2-MIB가 더 많이 생성됩니다.
• 풍부한 영양분: 질소, 인 같은 영양소가 과잉 공급될 때(보통 비료나 생활하수로 인한 유입) 남조류의 번식이 활발해지면서 2-MIB 생성도 증가합니다.
• 빛: 충분한 일조량은 남조류의 광합성을 촉진하여 2-MIB와 같은 대사산물의 생성량을 증가시킵니다.
•  분해 과정 : 남조류나 곰팡이가 성장하다가 사멸할 때, 세포 안에 있던 2-MIB가 물로 방출됩니다. 이러한 방출은 남조류가 대량 번성한 후 죽으면서 대규모로 발생할 수 있으며, 이는 물 속 2-MIB 농도를 급격히 높입니다.

라. 2-MIB의 구조적 특성

• 2-MIB는 화학적으로 매우 안정된 구조를 가지고 있어 자연 상태에서 쉽게 분해되지 않습니다. 이로 인해 일단 물 속에 존재하게 되면, 물리적, 화학적 방법으로 제거되지 않으면 오래 남아 물의 맛과 냄새에 영향을 줍니다.

2. 신톡신 (Cynotoxins)

• 신톡신(Cyanotoxins)은 사이아노박테리아(blue-green algae), 즉 남조류가 생성하는 독성 물질로, 인간과 동물에게 다양한 건강 문제를 일으킬 수 있습니다. 사이아노박테리아는 물에서 광합성을 통해 에너지를 얻는 미생물로, 특정 환경 조건(고온, 과잉 영양소 등)에서 급격하게 번성해 '녹조 현상'을 일으키며, 이때 독성을 가진 신톡신이 방출될 수 있습니다.
• 신톡신은 크게 3가지 주요 그룹으로 나눌 수 있습니다: 간독성, 신경독성, 세포 독성입니다. 각각의 독소는 다른 방식으로 작용하여 심각한 건강 문제를 초래할 수 있습니다. 이제 각각의 신톡신에 대해 자세히 알아보겠습니다.

가. 마이크로시스틴(Microcystin)

• 유형 : 간독성(hepatotoxin)
• 주요 생성종 : Microcystis, Anabaena, Oscillatoria 등의 남조류
• 특징 : 가장 흔하게 발견되는 신톡신 중 하나로, 간 세포에 직접적인 독성을 미칩니다.
• 작용 메커니즘 : 마이크로시스틴은 단백질 인산화 효소(protein phosphatase)의 활성을 억제하여 간세포의 구조적 손상을 초래하고, 간 기능을 심각하게 방해합니다.
• 증상 : 장기간 노출 시 간 기능 저하, 간경화, 간암 등을 유발할 수 있으며, 단기간 노출 시에도 구토, 설사, 복통, 피로감 같은 급성 중독 증상을 일으킵니다.
• 독성 경로 : 물을 마시거나, 오염된 물에서 수영할 때 피부나 점막을 통해 흡수됩니다.

나. 시아노톡신(Cylindrospermopsin)

• 유형 : 간독성 및 신장독성(hepatotoxin, nephrotoxin)
• 주요 생성종 : Cylindrospermopsis, Aphanizomenon
• 특징 : 간과 신장에 동시에 영향을 미치는 독성 물질입니다. 이 독소는 특히 체내에서 단백질 합성을 억제하여 장기 손상을 유발합니다.
• 작용 메커니즘 : 체내에서 단백질 합성을 방해하고, 간과 신장을 비롯한 장기에 염증을 일으킵니다.
• 증상 : 급성 중독 시 간 손상, 신장 기능 부전, 위장관 출혈, 발열, 구토 등이 나타날 수 있습니다.
• 독성 경로 : 주로 오염된 물을 통해 흡수되며, 피부 접촉으로도 영향을 미칠 수 있습니다.

다. 아나톡신-a(Anatoxin-a)

• 유형 : 신경독성(neurotoxin)
• 주요 생성종 : Anabaena, Planktothrix, Oscillatoria
• 특징 : 매우 빠르게 작용하는 신경 독성 물질로, 흡입이나 섭취 후 몇 분 내에 신경계에 치명적인 영향을 미칠 수 있습니다.
• 작용 메커니즘 : 아나톡신-a는 아세틸콜린 에스터라아제(acetylcholinesterase) 효소를 차단하여, 신경 신호의 전달을 과도하게 지속시킵니다. 이로 인해 신경 세포 간 신호 전달이 과도하게 활성화되고, 근육 마비 및 호흡 곤란이 발생할 수 있습니다.
• 증상 : 급성 중독 시 근육 경련, 호흡 곤란, 신경계 마비가 발생할 수 있으며, 신속한 치료가 이루어지지 않으면 치명적일 수 있습니다.
• 독성 경로 : 오염된 물을 마시거나 흡입할 경우, 또는 피부 접촉으로도 중독이 발생할 수 있습니다.

라. 사목신(Saxitoxin)

• 유형 : 신경독성(neurotoxin)
• 주요 생성종 : Aphanizomenon, Cylindrospermopsis
• 특징 : 사목신은 조개류 중독(PSP, paralytic shellfish poisoning)을 일으키는 독소로, 해산물 섭취로도 중독될 수 있습니다. 신경계에 강한 독성을 띠며, 사람들에게도 치명적일 수 있습니다.
• 작용 메커니즘 : 신경 세포의 나트륨 채널을 차단하여 신경 자극이 전달되지 않게 만듭니다. 이로 인해 신경계의 마비가 발생합니다.
• 증상 : 신경 마비, 호흡 곤란, 두통, 메스꺼움, 심한 경우에는 호흡 정지로 인한 사망을 초래할 수 있습니다.
• 독성 경로 : 오염된 물이나 해산물을 섭취할 때 발생하며, 특히 여름철 해양 오염으로 인해 자주 문제화됩니다.

마. 아나톡신-a(s)

• 유형 : 신경독성(neurotoxin) 
• 주요 생성종 : Anabaena
• 특징 : 아나톡신-a와 유사하지만, 아세틸콜린 에스터라아제를 더욱 강력하게 억제하는 물질입니다.
• 작용 메커니즘 : 아세틸콜린 에스터라아제 활성을 차단하여, 신경 세포 간의 신호가 과도하게 전달되며, 이는 근육 마비와 호흡 정지를 초래할 수 있습니다.
• 증상 : 근육 경련, 신경계 마비, 호흡 곤란, 심한 경우 사망에 이르게 됩니다.

바. 립토시스파민(Lipopolysaccharides, LPS)

• 유형 : 세포 독성(cytotoxin)
• 주요 생성종 : 거의 모든 남조류에서 발견됨.
• 특징 : LPS는 남조류 세포벽의 구성 성분으로, 세포가 파괴되면서 방출됩니다. 이는 염증 반응을 일으키며 독성 효과를 유발합니다.
• 작용 메커니즘 : 인체에서 염증 반응을 촉진하고, 심각한 경우 면역 과잉 반응을 일으킬 수 있습니다.
• 증상 : 피부 발진, 알레르기 반응, 심한 경우에는 호흡기 문제를 일으킬 수 있습니다

3. 파라알데히드 (Paraldehyde)

• 남조류의 분해 산물로, 약간의 화학 냄새를 발생시키는 물질입니다.

4. 프리카발린 (Precarbavolin)

• 녹조류에서 발견되는 대사산물로, 해양 생태계에서 특정 방어기능을 할 수 있습니다.