세계 인구의 수요를 충족시키기 위해서는 식량 생산량 증대가 필수적입니다. 이러한 맥락에서, 농약은 작물 수확량 증대를 목표로 하는 현대 농업 관행에서 중요한 부분을 차지합니다. 농업에서 합성 농약의 광범위한 사용은 심각한 환경 오염과 인체 건강 문제를 야기하는 것으로 나타났습니다. 농약은 인체 세포막에 생체 축적될 수 있으며, 오염된 식품 섭취 또는 직접 접촉을 통해 인체 기능에 악영향을 미쳐 건강 문제의 주요 원인이 됩니다.
본 연구에서 사용된 세포유전학적 매개변수는 오메토에이트가 양파 분열조직에 유전독성 및 세포독성 효과를 나타낸다는 일관된 패턴을 보였다. 기존 문헌에서 오메토에이트가 양파에 미치는 유전독성 효과에 대한 명확한 증거는 없지만, 다른 실험 생물에 대한 오메토에이트의 유전독성 효과를 조사한 연구는 다수 존재한다. Dolara 등은 시험관 내에서 오메토에이트가 인간 림프구의 자매염색체 교환 횟수를 용량 의존적으로 증가시킨다는 것을 보여주었다. 마찬가지로 Arteaga-Gómez 등은 오메토에이트가 HaCaT 각질세포와 NL-20 인간 기관지세포의 세포 생존력을 감소시키고, 코멧 분석법을 사용하여 유전독성 손상을 평가했다는 것을 보여주었다. 또한 Wang 등은 오메토에이트에 노출된 작업자에서 텔로미어 길이 증가와 암 발생 위험 증가를 관찰했다. 더 나아가, 본 연구를 뒷받침하는 Ekong 등의 연구 결과도 있다. 오메토에이트(오메토에이트의 산소 유사체)가 A. cepa에서 MI 감소를 유발하고 세포 용해, 염색체 잔류, 염색체 파편화, 핵 신장, 핵 침식, 조기 염색체 성숙, 중기 응집, 핵 응축, 후기 점착, c-중기 및 후기 가교 이상을 유발함을 입증했습니다. 오메토에이트 처리 후 MI 값 감소는 세포 분열 속도 저하 또는 세포가 유사분열 주기를 완료하지 못한 데 기인할 수 있습니다. 반면, MN 증가, 염색체 이상 및 DNA 파편화는 MI 값 감소가 DNA 손상과 직접적으로 관련되어 있음을 나타냅니다. 본 연구에서 관찰된 염색체 이상 중 점착성 염색체가 가장 흔했습니다. 이 특정 이상은 독성이 매우 강하고 비가역적이며, 염색체 단백질의 물리적 접착 또는 세포 내 핵산 대사 장애로 인해 발생합니다. 또는, 염색체 DNA를 감싸고 있는 단백질의 용해로 인해 발생할 수 있으며, 이는 궁극적으로 세포 사멸로 이어질 수 있습니다.42 유리 염색체는 이수배수체 가능성을 시사합니다.43 또한, 염색체와 염색분체의 파손 및 융합으로 인해 염색체 다리가 형성됩니다. 이러한 단편 형성은 직접적으로 미세핵(MN) 형성을 유발하며, 이는 본 연구의 혜성 분석 결과와 일치합니다. 염색질의 불균일한 분포는 후기 유사분열 단계에서 염색분체 분리가 제대로 이루어지지 않아 유리 염색체가 형성되기 때문입니다.44 오메토에이트의 유전독성 기전은 정확히 밝혀지지 않았지만, 유기인계 살충제로서 핵염기와 같은 세포 구성 요소와 상호작용하거나 활성산소종(ROS)을 생성하여 DNA 손상을 유발할 수 있습니다.45 따라서 유기인계 살충제는 O2−, H2O2, OH−를 포함한 반응성이 높은 활성산소를 축적시켜 생물체의 DNA 염기와 반응함으로써 직간접적으로 DNA 손상을 유발할 수 있습니다. 이러한 활성산소는 DNA 복제 및 복구에 관여하는 효소와 구조에도 손상을 일으키는 것으로 알려져 있습니다. 한편, 유기인계 살충제는 인체 섭취 후 복잡한 대사 과정을 거치며 여러 효소와 상호작용하는 것으로 제시되어 왔습니다. 이러한 상호작용으로 인해 다양한 효소와 이 효소를 코딩하는 유전자가 오메토에이트의 유전독성 효과에 관여한다는 가설이 제기되었습니다.40 Ding 등46은 오메토에이트에 노출된 작업자들의 텔로미어 길이가 증가했으며, 이는 텔로머라제 활성 및 유전적 다형성과 관련이 있다고 보고했습니다. 그러나 오메토에이트와 DNA 복구 효소 및 유전적 다형성 간의 연관성은 인체에서는 밝혀졌지만, 식물에서는 아직 규명되지 않았습니다.
활성산소종(ROS)에 대한 세포 방어 기전은 효소적 항산화 과정뿐만 아니라 비효소적 항산화 과정에 의해서도 강화되는데, 그중 유리 프롤린은 식물에서 중요한 비효소적 항산화제입니다. 스트레스를 받은 식물에서는 정상치보다 최대 100배 높은 프롤린 수치가 관찰되었습니다.56 본 연구 결과는 오메토에이트 처리된 밀 묘목에서 프롤린 수치가 증가했다는 기존 연구 결과33와 일치합니다. 마찬가지로, Srivastava와 Singh57은 유기인계 살충제인 말라티온이 양파(A. cepa)에서 프롤린 수치를 증가시키고, 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(SOD)와 카탈라제(CAT) 활성을 증가시켜 세포막 완전성을 저하시키고 DNA 손상을 유발한다는 사실을 관찰했습니다. 프롤린은 단백질 구조 형성, 단백질 기능 결정, 세포 산화환원 항상성 유지, 단일항산소 및 하이드록실 라디칼 제거, 삼투압 균형 유지, 세포 신호 전달 등 다양한 생리적 기전에 관여하는 비필수 아미노산입니다.57 또한, 프롤린은 항산화 효소를 보호하여 세포막의 구조적 완전성을 유지합니다.58 오메토에이트에 노출된 후 양파에서 프롤린 수치가 증가한 것은 인체가 살충제 유발 독성으로부터 보호하기 위해 프롤린을 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(SOD) 및 카탈라제(CAT)로 활용한다는 것을 시사합니다. 그러나 효소적 항산화 시스템과 유사하게, 프롤린만으로는 양파 뿌리 끝 세포를 살충제 손상으로부터 보호하기에 불충분한 것으로 나타났습니다.
문헌 조사 결과, 오메토에이트계 살충제가 식물 뿌리에 미치는 해부학적 손상에 대한 연구는 없는 것으로 나타났습니다. 그러나 다른 살충제에 대한 기존 연구 결과는 본 연구 결과와 일치합니다. Çavuşoğlu 등67은 광범위 살충제인 티아메톡삼이 양파 뿌리에서 세포 괴사, 관다발 조직 불분명, 세포 변형, 표피층 불분명, 분열조직 핵의 형태 이상 등의 해부학적 손상을 유발한다고 보고했습니다. Tütüncü 등68은 세 가지 농도의 메티오카르브계 살충제가 양파 뿌리에서 괴사, 표피 세포 손상, 피층 세포벽 비후를 유발한다고 밝혔습니다. 또 다른 연구에서 Kalefetoglu Makar36는 아버멕틴 살충제를 0.025ml/L, 0.050ml/L, 0.100ml/L 농도로 처리했을 때 양파 뿌리에서 불분명한 도관 조직, 표피 세포 변형, 핵 손상이 발생하는 것을 발견했습니다. 뿌리는 유해 화학 물질이 식물에 침투하는 주요 경로이며 독성 영향에 가장 취약한 부위이기도 합니다. 본 연구의 MDA 분석 결과에 따르면 산화 스트레스는 세포막 손상을 유발할 수 있습니다. 한편, 뿌리 시스템은 이러한 위험에 대한 초기 방어 메커니즘이기도 하다는 점을 인식하는 것이 중요합니다69. 연구에 따르면 뿌리 분열 조직 세포의 손상은 이러한 세포들이 살충제 흡수를 막는 방어 메커니즘 때문일 수 있습니다. 본 연구에서 관찰된 표피 및 피층 세포의 증가는 식물이 화학 물질 흡수를 줄인 결과일 가능성이 높습니다. 이러한 증가는 세포와 핵의 물리적 압축 및 변형을 초래할 수 있습니다. 또한,70 식물이 살충제의 세포 침투를 제한하기 위해 특정 화학물질을 축적할 수 있다는 의견도 제시되었습니다. 이러한 현상은 피층 및 관다발 조직 세포의 적응적 변화로 설명될 수 있는데, 세포가 셀룰로오스와 수베린과 같은 물질로 세포벽을 두껍게 하여 오메토에이트가 뿌리로 침투하는 것을 막는 것입니다.71 더욱이, 편평해진 핵 손상은 세포의 물리적 압박이나 핵막에 영향을 미치는 산화 스트레스의 결과일 수도 있고, 오메토에이트 처리로 인한 유전 물질 손상 때문일 수도 있습니다.
오메토에이트는 특히 개발도상국에서 널리 사용되는 매우 효과적인 살충제입니다. 그러나 다른 많은 유기인계 살충제와 마찬가지로 환경 및 인체 건강에 미치는 영향에 대한 우려가 여전히 남아 있습니다. 본 연구는 흔히 시험되는 식물인 알로에(A. cepa)에 대한 오메토에이트 살충제의 유해한 영향을 종합적으로 평가함으로써 이러한 정보 격차를 해소하고자 했습니다. 알로에이트에 노출된 알로에에서는 생장 지연, 유전독성, DNA 손상, 산화 스트레스, 뿌리 분열조직 세포 손상이 관찰되었습니다. 이러한 결과는 오메토에이트 살충제가 비표적 생물에 미치는 부정적인 영향을 강조합니다. 본 연구 결과는 오메토에이트 살충제 사용 시 더욱 신중한 접근, 정확한 용량 조절, 농민들의 인식 제고, 그리고 더욱 엄격한 규제의 필요성을 시사합니다. 또한, 본 연구 결과는 오메토에이트 살충제가 비표적 생물에 미치는 영향을 조사하는 향후 연구의 중요한 출발점이 될 것입니다.
식물 및 그 구성 요소(양파 구근)에 대한 실험 연구와 현장 연구(식물 재료 수집 포함)는 관련 기관, 국가 및 국제 규범과 규정에 따라 수행되었습니다.
게시 시간: 2025년 6월 4일