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ISSN : 1229-1153(Print)
ISSN : 2465-9223(Online)
Journal of Food Hygiene and Safety Vol.35 No.5 pp.411-418
DOI : https://doi.org/10.13103/JFHS.2020.35.5.411

Yessotoxins: Causative Organisms and Seafood Contaminations

Mungi Kim1, Seung Ho Baek2, Seongjin Hong1*
1Department of Ocean Environmental Sciences, Chungnam National University, Daejeon, Korea
2Ecological Risk Research Department, South Sea Research Institute, Korea Institute of Ocean Science & Technology, Geoje, Korea
*Correspondence to: Seongjin Hong, Department of Ocean Environmental Sciences, Chungnam National University, Daejeon 34134, Korea Tel.: +82-42-821-6436, Fax: +82-42-822-817 E-mail: hongseongjin@cnu.ac.kr
August 18, 2020 September 7, 2020 September 10, 2020

Abstract


In this study, we reviewed a group of marine biotoxins, namely yessotoxins (YTXs), focusing on their causative organisms, contaminated shellfish, domestic and foreign management status, and analytical methods. Although YTXs have not yet been reported in any cases of seafood contamination in South Korea, it is necessary to implement preemptive measures through continuous monitoring because there is a potential risk, due to the introduction of toxic microalgae associated with climate changes and the introduction of contaminated seafood from various countries. YTXs are produced by dinoflagellates, such as Protecratium reticulatum, Gonyaulax polygramma, Gonyaulax spinifera, and Lingulodinium polyedrum, all of which are species found along Korea's coastal areas. Analysis of YTXs in shellfish samples is mainly performed by use of LC-MS/MS after methanol extraction and SPE cartridge clean-up (HLB or strata-X). In the case of lipophilic marine biotoxins, including YTXs, pectenotoxins, and azaspiracids, the extraction and purification procedures are similar. Thus, it seems that the simultaneous analysis of several lipophilic marine biotoxins in shellfish samples is possible, and optimization is necessary. In addition, continuous monitoring studies on causative marine microalgae for YTXs in Korean coastal waters and contaminations in domestic and imported seafood are needed.



해양생물독소 예소톡신: 원인조류와 수산물 오염

김 문기1, 백 승호2, 홍 성진1*
1충남대학교 해양환경과학과
2한국해양과학기술원 남해연구소 생태위해성연구부

초록


본 연구에서는 제외국 관리 해양생물독소인 YTXs의 원 인조류, 독화생물, 국내·외 관리현황 및 분석법에 대해 리 뷰하였다. 현재까지 YTXs에 의한 국내 수산물 오염이 보 고된 사례는 없지만 기후변화로 인한 국내 연안 해역의 아열대화로 독성조류의 국내 유입 가능성이 있을 뿐 아니 라 외국의 경우 YTXs에 의한 오염이 빈번하게 발생하고 있기 때문에 해당 국가로부터 수입되는 수산물의 경우 잠 재적인 오염가능성이 있어 이에 대한 선제적 대응이 필요 하다. YTXs는 와편모조류인 Protecratium reticulatum, Gonyaulax polygramma, Gonyaulax spiniferaLingulodinium polyedrum에 의해 생성되는 것으로 알려져 있으며, 이들은 국내 연안에도 출현한다. 현재 패류 내 YTXs는 메탄올 추 출, SPE 카트리지 정제 후 LC-MS/MS를 이용하여 분석하 고 있다. YTXs, pectenotoxins, azaspiracids와 같은 지용성 패독은 추출 및 정제 등의 전처리 과정이 유사하여 동시 분석이 가능할 것으로 보이며, 이에 대한 분석법 최적화 가 필요하다. 향후 국내 해역의 YTXs의 원인조류 출현 및 국내 유통(국내산 및 수입산) 수산물의 오염에 대한 지속 적인 모니터링이 필요하다.



    Ministry of Food and Drug Safety
    20163MFDS641

    해양생물독소(Marine Biotoxins)

    해양 미세조류는 대표적인 1차 생산자로 동물플랑크톤 및 상위 영양단계의 생물에 먹이를 공급하는 중요한 역할 을 한다. 특히 이매패류와 같은 여과섭식자는 식물플랑크 톤에 크게 의존한다. 일차생산이 높은 해역에는 좋은 어 장이 형성되며 양식업과 어업에 큰 도움이 된다. 하지만 일차생산이 지나치게 높은 경우 수층의 산소를 고갈시켜 서식생물을 집단 폐사 시킬 수 있으며, 이는 막대한 경제 적 손실과 심각한 환경문제로 이어질 수 있다. 또한 특정 미세조류는 독성 대사물질(marine biotoxins)을 생성하며, 이는 인간의 건강과 어업에 큰 영향을 미칠 수 있다. 이 를 유해조류의 대번식(harmful algal bloom, HAB)이라고 한다. 적어도 90여 종 이상의 해양 미세조류가 독소를 만 드는 것으로 알려져 있으며, 이들 중 약 70여 종은 와편 모조류(dinoflagellates)이다1).

    굴, 홍합, 진주담치와 같은 이매패류는 해수 중 식물플 랑크톤을 주요 먹이로 하며, 계절에 따라 높은 밀도의 식 물플랑크톤을 섭취할 수 있다. 패류는 이동성이 없어 주 변 환경오염에 취약하며, 따라서 해수 중 독성조류가 출 현할 경우 독화가 진행될 수 있다. 독화된 패류는 먹이망 을 통해 상위 단계의 생물에게 전달될 수 있으며, 오염된 수산물을 통해 인간의 건강에도 악영향을 미칠 수 있다2). 패류에서 검출되는 독소를 증상에 따라 분류하였을 때, 중 독 시 마비를 유발하는 마비성 패류독소(paralytic shellfish poison, PSP), 설사를 유발하는 설사성 패류독소(diarrhetic shellfish poison, DSP), 신경계 장애를 유발하는 기억상실 성 패류독소(amnesic shellfish poison, ASP)와 신경성 패 류독소(neurotoxic shellfish poisoning, NSP)로 나눌 수 있 다3). 이 중 우리나라를 포함하여 전 세계적으로 가장 많 이 나타나는 것은 PSP로 매년 봄철 원인 조류의 HAB가 빈번하게 발생하고 있다. 현재 우리나라의 경우 PSP, ASP, DSP에 대해 생산해역 및 유통 수산물에 대한 정기적인 모 니터링을 실시하고 있으며, 수산물에 대한 안전관리기준 이 마련되어 있다.

    하지만 이들 이외에도 다양한 해양생물독소가 존재한다. DSP로 분류되는 펙테노톡신(pectenotoxins, PTXs)과 예소 톡신(yessotoxins, YTXs), 아자스필산(azaspiracids, AZAs), 그리고 NSP로 분류되는 브레베톡신(brevetoxins, BTXs) 등 이 있다4). 이들은 외국에는 관리기준이 마련되어 있으나 아직까지 국내에서는 관리하고 있지 않는 독소들이다. 이 들 제외국 관리독소에 대해서는 아직까지 국내 수산물 오 염 사례가 보고된 적은 없다. 하지만 기후변화로 인한 국 내 연안 해역의 아열대화로 신규 독성조류의 유입 가능성 이 있으며, 실제로 낮은 밀도이기는 하지만 이들의 원인 조류가 국내 해역에서 발견되고 있다. 또한 수입국의 다 변화로 인해 수입수산물이 이들 독소에 의해 잠재적으로 오염될 가능성이 있어, 이에 대한 선제적 대응이 필요하 다. 본 연구에서는 이들 제외국 관리독소 중 YTXs의 원 인조류, 독화생물, 국내외 관리현황, 그리고 분석법에 대 해 리뷰하고자 한다.

    예소톡신(Yessotoxins)

    YTXs는 sulfate polyether 화합물로 일본 Mutsu만의 가 리비 종인 Patinopecten yessoensis의 소화샘에서 1986년에 처 음 발견되었으며, 그 이름을 따서 예소톡신으로 붙여졌다5). 이후 수많은 YTXs 및 유사체(analogues)가 패류 및 미세조 류에서 발견되었다1). YTXs는 와편모조류인 Protecratium reticulatum, Gonyaulax polygramma, Gonyaulax spinifera, Lingulodinium polyedrum에 의해 생성된다고 알려져 있다6-8). YTXs의 화학적 구조는 Fig. 1과 같으며 R1과 R2에 존재 하는 작용기에 따라 YTX 유사체의 종류가 결정된다. YTXs 의 분자량은 유사체에 따라 약 955에서 1551 g/mol 정도 이다. 현재까지 약 90여종의 YTX 유사체가 보고되었지만 모든 유사체가 구조적으로 식별되거나 분리되지는 못하였 다9). 일반적으로 YTX와 homo-YTX는 와편모조류에 의해 생성되며, 45-OH-YTX, carboxy-YTX, 45-OH-homo-YTX 와 같이 hydroxylated-YTX와 carboxylated-YTX는 패류 내 축적된 YTX의 대사과정에서 생성된다고 알려져 있다10). 패류독소는 화합물의 극성에 따라 수용성과 지용성으로 나눌 수 있으며, 패독 중 90% 이상이 지용성 독소에 속한 다11). YTXs는 오카다익산(okadaic acid, OA), PTXs, AZAs, dinophysistoxins (DTXs), spirolides (SPXs), gymnodimine (GYM) 등과 함께 지용성 독소에 속하며, 주로 패류를 독 화시키는 것으로 알려져 있다7). YTXs은 OA, PTXs 등과 함께 설사성 패류독소로 분류되어 왔지만 최근 연구에 따 르면 YTXs는 설사를 유발하지 않는 것으로 보고되어 새 로운 그룹으로 분류되어야 한다고 제안된 바 있다12). 최근 YTXs는 간, 췌장, 심장근에 영향을 미치는 것으로 보고된 바 있다13,14). YTXs에 의한 인간중독 사례는 아직까지 없 었지만 YTX 유사체의 독성이 정확하게 알려져 있지 않 기 때문에 더 많은 연구가 필요하다. YTXs의 독성자료가 많지는 않지만 주로 검출되는 4종의 화합물인 YTX, 1ahomo- YTX, 45-hydroxy-YTX, 45-hydroxy-1a-homo-YTX 에 대해서는 각각 1, 1, 1, 0.5로 독성등가계수(toxicity equivalency factor, TEF)가 제안된 바 있다15).

    원인조류와 독화생물

    YTXs는 와편모조류인 P. reticulatum, G. polygramma, G. spinifera, L. polyedrum이 생성하는 것으로 알려져 있다. 일본, 이탈리아 Adriatic Sea, 캐나다 Nova Scotia, 노르웨 이, 스페인 등지에서 발견된 P. reticulatum의 세포 내에서 YTXs가 검출된 바 있다(Fig. 2)1). 일부 연구자에 의하면 YTXs는 와편모조류와 관련된 박테리아에 의해 생산될 수 있다고 제안한 바 있지만 아직까지 확실한 증거는 없는 상 태이다. 우리나라 연안 해역에서도 하계(주로 5월-10월)에 출현하는 것으로 알려져 있지만 서식밀도는 높지 않은 것 으로 보고되고 있다(Personal communication). 아직까지 우 리나라에서 이들 생물종에 의한 적조가 보고된 바는 없으 나 외국에서는 이종으로 인한 적조가 빈번하게 보고되고 있다1,16). 따라서 해당지역에서 생산된 수산물에 대해서 잠 재적인 예소톡신의 오염 가능성이 있을 수 있다.

    전반적으로 YTXs의 원인조류는 국내 해역에 출현은 하 지만 밀도가 높지 않은 것으로 볼 수 있다. 하지만 낮은 밀도에서도 패류의 독화는 진행될 수 있다. 이전 연구에 따르면 103 cells/L의 상대적으로 낮은 밀도에서도 여과섭 식의 특성으로 인해 가리비와 홍합이 YTXs로 독화될 수 있다고 하였다1). 와편모조류는 서식 조건이 좋을 때 발아 하여 번성하며, 조건이 좋지 않을 때는 휴먼포자를 형성 하여 퇴적물에 존재한다. 2012-2015년 동안 한국 연안지 역 퇴적물에 존재하는 와편모조류의 휴먼포자를 조사한 이전의 연구결과 P. reticulatumL. polyedrum의 휴먼포 자가 상당부분을 차지하는 것으로 나타났다17). 따라서 우 리나라 연안 해역은 YTXs 오염에 대한 잠재적인 위험성 을 가지고 있다고 할 수 있다.

    Protoceratium recticulatum의 배양주 별 YTXs 농도를 분 석한 이전의 연구결과 총 18개의 배양주에서 0.3에서 72 pg/ cell의 농도를 보였다1,16). 즉, 같은 종이라 하더라도 배양 주 별로 그리고 어떤 조건에서 배양을 하는지에 따라 생 성되는 YTXs의 양은 최대 약 240배 차이가 날 수 있다. 아직까지 YTXs의 생성기작 및 조건에 대해 완전히 이해 되지 않고 있으며, 향후 독소가 더 많이 생산되는 환경 및 생물학적 조건에 대한 연구가 필요하다.

    YTXs의 대표적인 오염 수산물은 가리비와 홍합이다. YTXs의 섭취 경로는 1) 원인조류의 직접 섭식, 2) 원인조 류가 YTXs를 해수 중으로 방출하여 용존태 형태로 유입, 3) 친지적 성질에 의한 부유입자에 흡착 후 섭식, 마지막 으로 4) 해저퇴적물에 축적된 이후 재부유 등으로 노출되 는 경로가 있다. 패류 체내 유입 이후 독소는 대사과정을 통해 변형 및 배출 될 수 있으며, 이 과정은 생물 종 특 이적으로 나타난다. 즉, 같은 해역에 서식하더라도 종의 특성으로 인해 생물별로 YTXs의 생물학적 반감기가 다를 수 있다18). 가리비와 굴은 다른 패류 및 생물에 비해 독소 의 대사 및 배출 속도가 더 느린 것으로 볼 수 있다. 가 리비와 홍합은 수요가 많기 때문에 생산량이 꾸준히 유지 되고 있으며 우리나라의 경우 남해안에서 양식을 많이 하 고 있다. 현재까지 우리나라에서 YTXs가 수산물에서 검 출된 경우는 없었지만 외국의 경우 가리비 및 홍합에서 YTXs가 종종 검출되어 왔다(Table 1). 일본, 캐나다, 이탈 리아, 노르웨이, 미국, 뉴질랜드의 홍합과 가리비에서 YTXs 가 검출된 사례가 보고되었으며16), 최근 Adriatic Sea 양식 장에서 채집된 수산물에서도 YTXs가 검출된 바 있다. 따 라서 이들 국가에서 수입하는 패류의 경우 YTXs에 대한 오염 감시가 필요하다.

    국내외 관리 동향

    현재 우리나라에서는 수산물에 대한 DSP에 대한 기준 은 OA와 DTX1 합의 농도로 160 μg/kg으로 지정하고 있 으나, YTXs에 대한 관리기준은 아직까지 마련되어 있지 않다. 대부분 외국의 경우에도 다른 DSP와 달리 YTXs에 대한 관리기준은 마련되어 있지 않는 경우가 많다. 유럽 연합의 EFSA (European Food Safety Authority)에서만 2002년에 YTXs에 대한 권고기준을 1 mg YTX equivalent/ kg으로 제안하였다15). 독일, 노르웨이, 이탈리아, 영국과 같 은 유럽 국가들의 경우 2000년부터 2008년까지 해양생물 독소에 대한 수산물 안전 관리를 위하여 생산단계와 유통 단계에서 YTXs의 오염실태조사를 수행하였다15). 조사된 패류 및 갑각류는 대합, 새조개, 게, 홍합, 굴, 가리비 등이 포함되었으며, 패류 생산단계에서 약 2.7%-17.2% 패류가 당 시 수산물 관리 권고기준(1 mg YTX equivalent/kg)을 초과 하는 것으로 나타났다15). 유통단계에서는 0-4.5% 패류가 관리기준을 초과하는 것으로 확인되었으며, 홍합에서만 YTX 기준을 초과하는 것으로 나타났다. 최근 들어 YTXs 의 독성이 OA, DTX와 같은 DSP에 비해 상대적으로 낮 은 것을 확인하였으며, 이에 따라 유럽연합은 2013년 YTXs 에 대한 권고기준을 3.75 mg YTX equivalent/kg으로 완 화하였다32). 우리나라에서는 2016년 식품의약품안전평가원 에서 유통 패류에 대한 YTX 오염실태조사가 수행된 바 있었으며, 서울, 수원, 천안의 수산물시장에서 구매한 가 리비, 개조개, 굴, 꼬막, 대합, 돌조개, 새조개, 바지락 등 모든 수산물 시료에서 YTX가 검출되지 않았다33). 하지만 원인조류가 국내 해역에 지속적으로 출현하는 등 잠재적 인 오염 가능성이 있어 지속적인 모니터링을 통한 선제적 안전관리가 필요하다.

    YTX 분석 방법

    우리나라를 비롯한 외국의 여러 나라에서 마우스를 이 용한 시험법이 PSP 뿐만 아니라 DSP와 같은 다른 패류 독소의 분석에 이용되고 있다. 일반적으로 DSP 마우스 시 험법은 수산물 시료를 acetone로 추출하며15), PSP의 경우 HCl을 이용하여 독소를 추출한 다음 추출액을 마우스 복 강에 투여하는 시험법이 사용되어 왔다34). 일본의 경우 패 류 중 PSP 독소의 함량을 마우스 독성 기반으로 설정하 고 있다. 마우스 검사법은 유독한 성분을 일괄적으로 정 량할 수 있다는 장점이 있지만, 생물 검정법으로 오차가 크며 감도가 낮고 마우스 치사 독성의 유무만 판단할 수 있을 뿐, 실제로 각각의 독소가 얼마나 함유되어 있는지 는 측정이 불가하며, 유리 지방산 등 존재하는 다른 화합 물에 영향을 받을 수 있다는 단점이 있다15). 또한 동물사 용에 따른 윤리적인 문제점도 지적되고 있다. YTX에 대 한 광범위한 교차 반응성을 가진 항체를 사용한 enzymelinked immunosorbent assay (ELISA) 방법도 YTXs의 검 출에 이용되었다35). YTX 유사체들 각각의 상대 독성치에 대한 정보가 매우 제한적이고 이용가능한 표준물질의 부 족으로 개별화합물의 정량분석이 어렵기 때문에 ELISA는 매우 유용하게 이용될 수 있다36). ELISA를 이용한 YTX 및 유사체들의 정량분석은 아직 완전히 검증되지는 않았 으며 현재 여러 가지 시도가 수행되고 있다.

    최근 기기분석의 발전으로 인해 국내외 해양생물독소의 분 석은 LC-MS/MS 분석이 주류를 이루고 있다(Table 2)11,37-41). LC-MS/MS 분석의 경우 피크의 선택성과 정확도가 높으 며 여러 성분을 동시에 분석할 수 있고, 미량 분석이 가 능하다는 장점이 있으며 마우스 시험법에 비하면 시간을 단축할 수 있다. 하지만 분석법 검증에 필요한 표준물질 이 제한적으로 생산되고 있으며, 동위원소로 치환된 내부 표준물질의 확보가 어려워, 정량분석은 주로 외부표준물 질법으로 진행되고 있다39-41). 현재 상업적으로 구매 가능 한 YTX 유사체로는 YTX, 1-Homo-YTX 정도이며, 나머 지 화합물의 경우 자체적으로 추출, 정제하여 사용하고 있 는 실정이다.

    이전 연구에서 지용성 DSP 분석을 위한 추출은 대부분 100% 메탄올로 초음파 추출하였으며, 정제는 solid phase extraction (SPE) 방법으로 진행하였다38,40,41). Strata-X, HLB, C18 카트리지가 주로 사용되어 왔으며, 그 중 Strata-X가 가장 회수율이 좋은 것으로 나타났다41). 용리를 위한 용액 은 메탄올과 아세토니트릴이 가장 많이 사용되었으며 이 동상 역시 메탄올과 아세토니트릴이 가장 많이 사용되었 다(Table 2). LC-MS/MS 분석의 경우 이동상의 조성, gradient 조건, 컬럼 종류 등의 분석 조건에 따라 분석대 상 물질 및 감도가 크게 달라질 수 있기 때문에 독소 분 석을 위한 최적의 조건을 확립하는 것이 중요하다.

    YTX, OA, DTX, AZA, PTX 등 지용성 패독의 경우 추 출 및 정제 등의 전처리 과정이 유사하며, LC-MS/MS에 서 Q1과 Q3 이온이 구별되기 때문에 궁극적으로 동시분 석이 가능할 것으로 보인다. 실제로 지용성 패류독소의 동 시 분석방법이 Agilent Technologies, Sciex, Thermo Scientific 등 여러 분석기기 제작 회사에서 제안된 바 있 다. 이를 기반으로 향후 가능한 많은 지용성 해양생물독 소를 대상으로 선택적이고, 민감하며, 정확하고, 재현 가 능한 동시 분석법의 개발 및 최적화가 필요하다.

    Conclusion

    본 연구에서 제외국 관리 해양생물독소인 YTXs의 원인 조류, 독화생물, 국내·외 관리현황 및 분석법에 대해 리뷰 하였다. YTXs는 아직까지 우리나라에서 수산물 오염이 보 고된 사례는 없지만 아열대화로 인한 독성조류의 국내 유 입, 수입국 다변화로 인한 오염 수산물의 유입 등 잠재적 인 위험성이 있기 때문에 지속적인 오염감시를 통한 선제 적 대응이 필요하다. 이를 위해 분석법의 최적화, 국내 해 역의 원인조류 종 출현 감시, 국내산 및 수입산 수산물의 오염 실태조사가 지속적으로 이루어져야 할 것이다.

    Acknowledgement

    본 연구는 2020년도 식품의약품안전처의 연구개발비 (20163MFDS641)로 수행되었으며 이에 감사드립니다.

    Figure

    JFHS-35-5-411_F1.gif

    Chemical structures of yessotoxins (YTXs).

    JFHS-35-5-411_F2.gif

    Presence of YTXs in shellfish and distributions of Protoceratium reticulatum and Lingulodinium polyedrum (modified from Paz et al.1) and Chikwililwa et al.16).).

    Table

    Concentrations of YTX in shellfish samples reported previously (updated from previous literature27))

    Methods for extraction, clean up, recovery, and instrumental analysis for YTX in shellfish samples reported previously

    Reference

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