방대한 농업 및 산업 활동으로 인해 환경 오염 물질의 종류와 그 양이 전세계적으로 증가하고 있으며, 이러한 오염 물질이 인간의 건강과 생태계 보존에 미치는 악영향에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다. 여러 오염 물질 중에서도 살충제는 주요 오염원으로 대두되고 있는데, 이는 연간 20 억 kg 를 넘는 전세계적인 사용량과 더불어 증가하는 농산물 수요로 인해 그 사용량이 더 증가할 것으로 예상되기 때문이다. 또한 농업 환경에 살포되는 살충제는 주변 환경으로 유출된 이후 해당 환경에서 잔류할 수 있으며, 농산물에 잔류하여 인간에게 전달될 수 있다. 살충제 사용의 목적은 해충이나 잡초를 선택적으로 제거하는 것이지만, 그 기전이 완전히 종 특이적이지 않아 비표적 생물체에게도 다양한 생리학적 변화를 야기할 수 있다고 알려져 있다.
제브라피쉬 (Danio rerio)는 살충제를 포함한 환경 오염 물질의 독성 영향을 평가하고 그 기전을 규명하기 위한 유망한 모델 생물로 알려져 있다. 이는 경제적, 윤리적 이점으로 인해 다양한 연구에 활용되고 있으며, 특히 환경 독성학 분야에서 활발히 사용되고 있다. 모델 생물체로서의 주요한 특성 중 하나는 다른 종과 생물학적 반응성이 유사하다는 점이다. 또한 발달 단계에서의 제브라피쉬는 빠른 발달과 투명한 몸체로 인해 높은 처리량의 분석이 가능하며, 산화 스트레스나 세포 자멸사와 같은 세포 수준에서의 반응을 분석할 수 있다는 장점을 갖는다.
따라서 본 연구에서는 발달 단계에서의 제브라피쉬 모델을 환경 오염의 우려가 높은 살충제인 thiobencarb, oxamyl 및 flufenacet 에 노출시켜 그 독성 효과를 평가하고 작용 방식을 규명하는 것을 목표로 하였다. Thiobencarb 은 산화 스트레스 및 염증 반응을 매개로 하여 제브라피쉬의 심혈관계 발달을 억제하였다. Oxamyl 은 미토콘드리아 내 전자 전달을 방해하고, PI3K/Akt 및 p38 Mapk 신호전달기전을 조절하여 제브라피쉬의 발달을 저해하였다. 발달 단계에서 flufenacet 에 노출된 제브라피쉬에서는 비정상적인 세포 주기의 조절과 세포 자멸사가 확인되었으며 비정상적 기관 발달이 관찰되었다. 제브라피쉬가 다른 종과 유사한 반응성을 공유하기 때문에, 이러한 결과는 해당 물질이 비표적생물에 미칠 수 있는 유해성을 예측하기 위한 중요한 정보를 제공한다.
환경 오염 물질의 영향에 대한 독성학적 접근은 해당 물질이 유발할 수 있는 악영향과 이를 매개하는 생물학적 기전을 밝히기 위해 필수적이다. 본 연구는 제브라피쉬 모델을 활용하여 살충제 노출에 따른 발달 저해와 관련된 세포 수준의 반응을 검증함으로써 해당 물질의 비표적생물에서의 유해성을 예측하고 심층적인 독성 기전을 입증하기 위한 핵심적인 정보를 제공하였다.