미세먼지 탄소입자 구조가 뇌건강에 미치는 영향 찾았다

KIST 연구진이 탄소 입자 미세먼지가 뇌에 미치는 영향을 알아냈다. KIST 제공.

미세먼지를 유발하는 물질인 황산염, 질산염, 탄소 중 미세먼지의 20~50%를 차지하는 탄소 미세먼지는 구조에 따라 뇌에 미치는 영향이 달라진다는 연구결과가 나왔다. 

한국과학기술연구원(KIST)은 이효진 생체재료연구센터 선임연구원, 김기훈 도핑컨트롤센터 선임연구원, 김홍남 뇌과학연구소 선임연구원이 미세먼지를 유발하는 탄소 나노입자의 구조를 제어해 같은 탄소 성분이라고 해도 구조에 따라 생체기능에 미치는 영향이 다르다는 사실을 규명하고 이 과정에서 뇌 손상에 관여하는 핵심 유전자를 발견했다고 12일 밝혔다. 

연구진은 탄소 미세머지와 유사한 다양한 차원(0~3차원)의 탄소 나노재료를 합성해 국내 초미세먼지 기준 ‘나쁨’에 해당하는 농도(50㎍/㎥)로 신경세포에 노출시켜 신경전달물질의 변화를 관찰했다. 

그 결과 0차원 탄소입자는 장시간 노출시에도 신경세포의 과활성이나 사멸을 유도하지 않았다. 그러나 3차원 탄소 입자는 72시간의 단기간 노출만으로도 신경세포의 비정상적 활성상태를 유도해 과도한 신경전달물질이 분비됐고 14일 노출시 신경세포가 사멸됐다. 

특히 이같은 현상은 치매의 원인으로 알려진 베타 아밀로이드 단백질이 뇌에 존재할 때 가속화된다는 점이다. 같은 농도의 미세먼지네 노출돼도 퇴행성 뇌질환 환자에 더 치명적일 수 있다는 의미다. 

연구진은 고차원 탄소입자가 신경세포 과활성을 유도하는 원인을 밝히기 위해 유전자 분석을 진행했다. 그 결과 Snca 유전자가 핵심적으로 관여한다는 사실도 알아냈다. 유전자가위를 통한 교정을 통해 이 유전자를 제거하자 비정상적인 신경 과활성이 일어나지 않았다. 

이효진 KIST 선임연구원은 “미세먼지가 뇌에, 퇴행성 뇌질환자에 미칠 수 있는 영향을 보다 정확히 파악할 수 있었다”며 “향후 미세먼지가 다양한 조직 및 질병에 미치는 영향을 연구해 맞춤형 치료가 가능한 방법을 모색할 것”이라고 밝혔다. 이번 연구결과는 생체 재료 분야 국제학술지 ‘바이오머티리얼즈’ 최신호에 게재됐다. 

[김민수 기자 reborn@donga.com]