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ISSN : 1229-1153(Print)
ISSN : 2465-9223(Online)
Journal of Food Hygiene and Safety Vol.35 No.6 pp.521-534
DOI : https://doi.org/10.13103/JFHS.2020.35.6.521

Saxitoxin and Its Analogues: Toxicity, Analytical Method, Occurrence and Safety Management

Lee Sang Yoo, Im Ju Hee, Woo So Young, Choi Hwa Young, Park Su Been, Yoo Cha Nee, Chun Hyang Sook*
School of Food Science and Technology, Chung-Ang University, Anseong, Korea
*Correspondence to: Hyang Sook Chun, School of Food Science and Technology, Chung-Ang University, Anseong 17546, Korea Tel: +82-31-670-3290 Fax: +82-31-670-4853 E-mail: hschun@cau.ac.kr
September 15, 2020 October 27, 2020 October 30, 2020

Abstract


Paralytic shellfish poisoning (PSP) occurs when saxitoxin (STX), which is produced by harmful algae (dinoflagellates) and then accumulated in bivalve shellfish by filter-feeding, is consumed by humans. With recent advances in analysis technology, it has been reported that dinoflagellates also produce a variety of analogues such as the gonyautoxin (GTX) group and the N-sulfo-carbamoyl toxin (C toxin) group, in addition to STX. Accordingly, CODEX and the EFSA are stepping forward to manage STX and analogues as STX groups requiring safety management. In Korea, the occurrence of dinoflagellates producing STX analogues has already been reported, and contamination of analogues (GTX group, C toxin group) in live mussels has also been reported. In this study, in order to provide the basis for systematic monitoring and safety management of STX and analogues, their physicochemical characteristics, occurrence of dinoflagellates, toxicity and toxic equivalency factor, analytical method and occurrence were widely reviewed. This review is expected to contribute to strengthening the safety management of STX and its analogues.



삭시톡신과 그 유사체: 독성, 분석법, 국내외 오염도 및 관리 동향

이 상유, 임 주희, 우 소영, 최 화영, 박 수빈, 유 차니, 전 향숙*
중앙대학교 생명공학대학 식품공학과

초록


마비성 패독(paralytic shellfish poisoning, PSP)에 의한 중독은 와편모조류(Dinoflagellates)가 생성하는 saxitoxin (STX)이 이매패류 등의 먹이활동에 의해 축적되고 이를 사람이 섭취함으로써 발생한다. 최근 분석기술의 발전으로 와편모조류가 STX외에도 gonyautoxin (GTX) group 및 Nsulfo carbamoyl toxins (C toxin) group 등 다양한 유사체들 을 생성하는 것으로 보고되고 있다. 이에 CODEX, EFSA 에서는 STX외 유사체의 안전관리를 위해 STX 및 유사체 를 STX group으로 관리하고자 하는 움직임을 보이고 있다 . 국내의 경우도 STX 유사체를 생성하는 조류의 발생이 이 미 보고되고 있으며 실제 홍합에서 유사체의 오염사례도 소수 보고되고 있다. 따라서 국제적인 움직임에 발맞추어 국내에서도 STX 및 유사체의 group 관리를 위한 준비가 필요할 것으로 사료된다. 본 연구에서는 STX 및 유사체의 체계적인 모니터링 및 안전관리의 기반을 마련하고자 STX 및 유사체의 이화학적 특성, 생성조류, 국내외 발생현황, 독 성 및 상대독성계수, 분석법, 오염현황 및 관리현황에 대한 폭넓은 검토를 수행하고자 하였다.



    Ministry of Food and Drug Safety(MFDS)
    20163MFDS641

    마비성 패독(paralytic shellfish poisoning, PSP)에 의한 중독은 해수 와편모조류(Dinoflagellates)의 일종인 Alexandrium (A.) spp., Gymnodinium (G.) spp., Pyrodinium spp. 등이 생산한 독소를 먹이활동 과정에 이매패류나 어 류가 축적하고 이를 사람이 섭취함으로써 발생한다1). 최 근에는 담수 시아노박테리아(Cyanobacteria), Anabaena spp., Aphanizomenon spp., Cylindrospermopsis spp. 등도 마비성 패독을 생성하는 것으로 보고되고 있다. 호수, 강 등에 생성된 시아노박테리아가 식수 공급원에 오염되고 이를 사람이 섭취함으로써 중독될 가능성이 있다2).

    국내에서 마비성 패독의 발생시기는 매년 조금씩 다르 나 3월부터 남해안을 중심으로 해수 온도가 14-17.5°C 일 때 독소의 농도가 최고치에 달한다. 반면, 해수 온도가 18°C 이상으로 높아지는 6월 중순이 되면 서서히 사라지 는 것으로 알려져 있다3). 마비성 패독에 중독되면 마비증 상을 나타내므로 마비성 패독이라 불리며, 구토나 입술 주 위의 마비증세에서부터 심각할 경우 호흡기 마비에 의한 사망에 이를 수 있다1). 따라서 마비성 패독의 안전관리를 위해서 국내의 경우 saxitoxin (STX)에 대하여 800 μg/kg 으로 기준치를 설정하여 관리하고 있다4).

    마비성 패독 가운데 가장 대표적인 STX은 1957년 Schantz 등이 개조개의 일종인 Saxidomus giganteus의 수 관(siphon)에서 분리/정제하고 이 패류의 학명을 따서 명 명하였다5). 그 후 계속된 많은 연구에서 마비성 패독은 STX 단일성분이 아니라 여러 종류의 성분이 존재한다는 것이 밝혀졌다. 현재 STX group에는 약 50종 이상의 유 사체(analoges)들이 존재하며, 유사체에 따라 독성이 다른 것으로 보고되고 있다6).

    전 세계적으로 마비성 패독에 의한 중독이 지속적으로 증가하고 있을 뿐만 아니라 발생지역 또한 확대되는 것으 로 나타나고 있다. 이러한 증가현상에 대한 이유가 명확 하지는 않으나 분석기술의 발달, 수산물의 섭취량 증가, 지구온난화로 인한 STX 유사체의 다양화 및 생체이용율 의 증가 등 다양한 요인이 기여할 것으로 예측되고 있다. 특히 지구온난화로 수온이 상승하고 해수의 대기 이산화 탄소 흡수량이 증가하여 해수의 pH가 낮아지게 되며 이 에 따른 STX 유사체의 다양화가 이루어져 잠재적인 STX 및 유사체의 위험이 증가하게 될 가능성이 있다7,8).

    최근 국내에서 조사된 마비성 패독에 대한 오염실태를 살 펴보면 STX 뿐만 아니라 그 유사체도 검출되고 있다. Shin 등9)이 5종의 STX 및 유사체(saxitoxin (STX), gonyautoxin-1 (GTX1), gonyautoxin-2 (GTX2), gonyautoxin-3 (GTX3), gonyautoxin-1 (GTX4))를 분석한 결과 GTX group의 오염 수준이 STX보다 높았다. 그 외 연구들 에서도 유사체의 오염이 STX와 유사하거나 높은 수준으로 나타났다. 하 지만 현재 수행된 실태조사 연구는 홍합 등 단일 품목 에 국한되어 있고 GTX group 이외 유사체를 대상으로 한 체계적인 모니터링 연구는 거의 이루어지지 않았다.

    따라서 STX 및 유사체의 체계적인 모니터링 및 안전관 리를 위한 기반마련을 위해 국내외 문헌 조사를 통해 STX group 독소의 이화학적 특성, 생성조류 및 국내외 발견사 례, 독성 및 상대독성계수, 분석법, 오염현황 및 관리현황 을 살펴보고자 한다.

    STX group 독소의 이화학적 특성

    STX은 tetrahydropurine 구조를 가지고 있으며 친수성으 로 극성 유기용매에 잘 용해되며 일반적으로 100°C 이하 에서는 안정하다. UV 및 fluorescence 흡광도는 낮은 것으 로 알려져 있으며 일상적인 조건에서는 안정하기 때문에 STX는 조개 등 패류를 냉장·냉동하거나 가열 조리해도 거 의 파괴되지 않는 것으로 보고되고 있다1).

    WHO에서는 현재 STX의 유사체가 50종이 넘는 것으로 보고하고 있다. 이러한 유사체들은 작용기에 따라 carbamoyl group (STX: saxitoxin, NEO: neosaxitoxin, GTX1: gonyautoxin 1, GTX2: gonyautoxin 2, GTX3: gonyautoxin 3, GTX4: gonyautoxin 4), N-sulfocarbamoyl group (B1(GTX5): gonyautoxin 5, B2(GTX6): gonyautoxin 6, C1: N-sulfocarbamoyl gonyautoxins 2, C2: N-sulfocarbamoyl gonyautoxins 3, C3: Nsulfocarbamoyl gonyautoxins 1, C4: N-sulfocarbamoyl gonyautoxins 4), decarbamoyl group (dcSTX: decarbamoylsaxitoxin, dcNEO: decarbamoylneosaxitoxin, dcGTX1: decarbamoylgonyautoxin 1, dcGTX2: decarbamoylgonyautoxin 2, dcGTX3: decarbamoylgonyautoxin 3, dcGTX4: decarbamoylgonyautoxin 4) 등으로 나눌 수 있다. 최근에는 연구를 통해 benzoyl group 유사체들도 보고되고 있다(Fig. 1). 이들 유사체는 pH, 열, 어·패류 대사 등에 의한 상호전환이 일어나며 독 성이 낮은 형태가 독성이 높은 형태로 전환되는 경우도 있어 문제가 되고 있다6).

    STX 및 유사체의 상호전환과 관련된 연구들(In vitro)에 따르면 산성 조건에서 가열 시 N-sulfo-carbamoyl기가 cabamoyl기로 전환되는 것이 확인되었다. 반면 염기성 조 건(pH 약 7.4-7.5)에서 가열하면 N-sulfo-carbamoyl기가 decarbamoyl기로 전환되는 것으로 나타났다. 이 때 독성이 증가되는 형태로의 전환이 문제가 될 수 있는데 산성조건 에서 GTX5, GTX6가 STX, NEO로, C1, C2가 GTX2, GTX3로 C3, C4가 GTX1, GTX4로 전환되는 경우, 염기 성 조건에서GTX5, GTX6가 dcSTX, dcNEO로 C1, C2가 dcGTX2, dcGTX3로 전환되는 경우가 이에 해당된다6).

    이매패류(In vivo)의 체내 대사에 의한 유사체간 상호변 환 연구는 패류와 독화된 와편모조류에서 발견되는 독소 프로파일이 서로 일치하지 않는다는 것에서 시작되었다. 일반적으로 STX 및 유사체의 생체내 변환은 플랑크톤 섭 취량, 대사기간 등에 영향을 받는 것으로 알려져 있으나, 아직 연구가 진행되고 있는 중이다. 이매패류에서 관찰된 생체내 변환 반응으로는 에피머화, 산화, 환원, 탈황 및 가 수분해 등이 있으며 소화관(중장선)내 박테리아에 의한 변 환도 발생할 수 있는 것으로 보고되고 있다11-16). 지금까지 와편모조류, 이매패류 및 인간에게서 확인된 유사체간 생 체내 상호변환을 Fig. 2에 나타내었다.

    STX group 생성조류의 국내외 발생현황

    STX group을 생성하는 것으로 알려진 종은 Alexandrium spp., Gymnodinium spp., Pyrodinium spp. 등이다. 한국에 서는 1986년 마비성 패독 중독으로 4명이 사망한 사건의 원인이 홍합(Mytilus galloprovincialis)으로 알려지면서 생 성조류와 이매패류 중 STX group 독소에 대한 연구가 증 가하였다. 한국에서 STX group과 관련된 harmful algae blooming (HAB)은 주로 남해(부산, 진해, 마산, 거제 등), 동해(울산 등)에서 발견되는 A. tamarense가 원인이 되는 것으로 알려져 국내 STX group 생성조류 연구는 Alexandrium spp.의 검출과 생성 독소 프로파일링 위주로 수행되었다17,18).

    국내에서 수행된 STX group 생성조류의 검출 및 생성 독 소 프로파일링 연구들은 대부분 HAB가 발생하는 부산, 거 제, 마산, 여수, 진해 및 울산 등 남해 지역에서 샘플링을 수행하였다. Han 등18)의 연구를 살펴보면 부산, 거제, 마산 및 여수의 4곳에서 샘플을 채취한 다음 A. pacificum의 독 소 생성 패턴을 확인한 결과 총 11종의 STX group 독소 를 생성하는 것으로 확인되었다. 생성 독소의 비율은 NEO (약 35%) 및 C1 (약 35%)이 가장 높았고 STX의 경우 약 1.2%로 그 생성비율은 높지 않았다. Kim 등19)의 연구에서 는 부산, 거제, 진해 및 울산의 4곳에서 샘플링을 수행하 여 A. catenellaA. tamarense의 2종 샘플을 배양하여 각각의 독소 생성 패턴을 분석하였다. 그 결과 A. catenella 는 11종의 STX group 독소를 생성하였으며 GTX group 및 C toxin group의 생성비율이 높았다. A. tamarense의 경우 9종의 STX group 독소를 생성하였으며 A. catenella 와는 달리 GTX5와 dcGTX2를 생성하지 않았다. 가장 최 근인 Baek 등3)의 연구에서는 거제 지역에서 A. catenella 를 채취 및 배양한 후 독소 생성 패턴을 분석한 결과 GTX1, GTX2, C1 및 C2의 4종 STX group 독소가 확인 되었다.

    국내 남해를 중심으로 한 STX group의 발생 및 독소 생성패턴에 대한 연구들을 종합적으로 살펴보면, STX보 다 GTX group 또는 C toxin group 등 STX 유사체의 발 생 이 더 높은 것으로 보인다.

    국외의 경우 일본 및 호주에서는 국내와 유사하게 A. tamarense 또는 A. cantanella 등의 발생이 보고되고 있으 며 STX외 다양한 유사체를 생성하는 것으로 나타났다23,24). 아일랜드 및 프랑스 등 유럽 지역에서도 A. tamarense, 및 A cantanella 등이 주로 발견되는 것으로 보고되고 있으며 STX외 유사체들 또한 확인되었다25,26). 미국 및 캐나다 등 북아메리카 지역에서는 A. tamarense, 및 A cantanella의 발생이 보고되고 있다는 점에서 국내와 유사하나 A. fundyense의 발생이 가장 빈번하다는 점에서 차이가 있었 다27,29). 남아메리카로 넘어가는 맥시코(Mexico)에서는 다른 지역과는 다르게 G. catenatum의 발생이 주로 보고되고 있 으며 decarbamoyl 형태의 독소가 빈번하게 나타났다30). 칠 레(Chile) 및 아르헨티나(Argentina) 등 남아메리카 지역에 서는 A. tamarenseA. cantanella의 발생이 보고되고 있 다. 종합해보면 전세계적으로 가장 빈번하게 발생하는 STX 및 유사체를 생성하는 와편모조류는 A. tamarenseA. cantanella이나 지역에 따라 차이는 있었다31,32).

    STX group 독소의 독성 및 상대독성계수

    STX group의 독성 메커니즘은 신경세포의 나트륨 채널 의 기능을 방해함으로써 자극의 전달을 저해하는 것으로 저해 정도에 따라 경미한 마비에서 심각한 경우 호흡기관 의 마비에 따른 사망에 이르게 된다. 신경세포의 나트륨 채널은 α-subunit과 β-subunit으로 나누어 지는데 STX group 독소의 경우 α-subunit의 site 1 (domain 1)에 결합 하여 나트륨 채널을 차단하게 된다(Fig. 3). STX group의 독성은 나트륨 채널과의 친화력에 따라 유사체간 독성의 크기에 차이가 나타나며 몇몇 연구를 통해 carbamoyl 작 용기가 나트륨 채널과의 친화력에 영향을 줄 수 있다는 가능성이 제기되고 있으나 아직 명확히 밝혀지지는 않았다33).

    STX group의 독성동태(toxicokinetics)를 살펴볼 때, 먼 저 흡수는 독소에 오염된 식품의 섭취 시 입술, 혀, 구강 상피를 통해 흡수되며 혈액을 통해 타 기관으로 운반되는 것으로 알려져 있다. 흡수된 STX group의 분포와 관련한 자료는 아직 많지 않다. 일부 연구에서 독화된 식품의 섭 취로 사망한 사망자의 부검을 통해 간에서 미량의 독소를 확인하였고 대부분의 독소는 장내 분변, 혈액 및 소변에 서 발견되었다. 흡수된 STX group 독소는 체내 대사를 통 해 다양한 유사체로 전환이 일어나는데 Gessner 등34)은 사 망자가 섭취한 홍합에 비해 사망자의 혈액과 소변에서 C1 및 C2의 비율이 높고 GTX2의 비율이 낮다는 점을 확인 하였다. 또한 Llewellyn 등은 사망자의 장내 분변 및 소변 에서 STX 비율이 높고 GTX2&3의 비율이 낮다는 것과 사망자가 섭취한 게에서는 검출되지 않은 GTX1&4 및 dcSTX가 검출된 것을 확인하였다. 다양한 대사체가 보고 되고 있으나 인체를 대상으로 한 연구의 한계점 때문에 대사 경로가 명확하게 밝혀지지는 않았다. STX group의 배출은 신장의 사구체 여과를 통해 소변으로 배출되는 것 으로 알려져 있으며 담즙을 통한 배출은 거의 일어나지 않는 것으로 보고되고 있다1,35).

    STX 및 유사체의 in vitro 연구의 경우 주로 Neuro-2A cell 및 Vero cell 등을 활용하여 수행되었다. 이러한 연구 에서 산출된 STX 및 유사체의 IC50은 STX: 0.82-7.2 nM, NEO: 1.9-6.5 nM, GTX1&4: 2.1-23.7 nM, GTX2&3: 5.8- 28.1 nM, GTX5: 16.0-97.8 nM, C1&2: 74.5-307.1 nM, dcSTX: 1.5-8.2 nM, dcNEO: 2.2-20.9 nM dcGTX2&3: 13.7-53.4 nM이었다36-39).

    In vivo 연구는 대부분 mouse를 활용하여 STX 및 유사 체의 독성을 확인하는 연구가 이루어졌다. STX의 AOAC 공인 분석법(AOAC 959.08)으로 복강내 투여(intraperitoneal, i.p.)를 통해 독력을 산출하는 mouse bioassay (MBA)가 활 용되고 있다. STX 및 STX 유사체의 mouse 복강내 투여 에 따른 LD50는 STX: 6.6-11.6 μg/kg b.w., NEO: 30.4 μg/ kg b.w., GTX5: 24.6 μg/kg b.w., GTX6: 68.4-109.4 μg/kg b.w., C1&2: 155.3-315.0 μg/kg b.w., C3&4: 231.8-245.5 μg/kg b.w., dcNEO: 119.9-134.7 μg/kg b.w., dcGTX2&3: 11.3- 17.6 μg/kg b.w.이었다. Mouse 경구투여(oral)에 따른 LD50 는 STX: 260-488 μg/kg b.w., GTX5: 5345-8226 μg/kg b.w., GTX6: 11655-14420 μg/kg b.w., C1&2: 14536-22184 μg/kg b.w., C3&4: 19640-24550 μg/kg b.w., dcNEO: 1128-1731 μg/ kg b.w., dcGTX2&3: 2113-2677 μg/kg b.w.으로 나타나 투 여경로에 따른 차이가 있었다40-44).

    STX group의 심혈관계에 대한 영향을 살펴본 mouse 연 구에서 1 μg STX/kg b.w. 투여(i.v.) 시 저혈압을 유발하였 으나 인체에 영향을 준 사례는 아직 없다. 신경계에 미치 는 영향은 주로 말초신경에 작용하여 근육의 수축 약화(1- 2 μg STX/kg b.w. (i.v.))하거나 신경세포의 활동전위 지연 등을 야기하는 것으로 알려져 있다. 그러나 중추신경계에 미치는 영향은 아직 확실히 밝혀지지 않았다. 호흡계에 미 치는 영향은 신경계에 미치는 영향과 밀접한 연관이 있으 며 신경신호 전달의 약화로 호흡이 감소되고(1-2 μg STX/ kg b.w. (i.v.)) 심할 경우 호흡기관의 마비로 인한 사망(4- 5 μg STX/kg b.w. (i.v.))에 이르게 된다45).

    급성독성의 경우 EFSA에서는 사람을 대상으로 한 500 건 이상의 마비성 패독 중독과 관련된 자료를 조사하여 LOAEL을 1.5 μg/kg b.w.으로 정하였으며, 독소 민감인을 고려하여 3의 계수를 부여하여 급성독성참고치(ARfD)를 0.5 μg/kg b.w.으로 설정하였다1,39).

    만성독성의 경우 세포모델에서 저농도, 반복노출에 의한 신경독성 연구가 일부 수행되었다. Zepeda 등46)은 rat를 대 상으로 한 아만성독성(12 weeks) 연구에서 6 μg/kg의 NEO 를 피하(subcutaneous)를 통해 투여하였을 때 체중 및 섭식 감소를 확인하였다. Ramos 등47)은 cyanobacteria 배양물의 STX group (3, 9 μg/kg)을 식수를 통해 rat에 투여하였을 때 뇌와 간에서 산화적 스트레스 징후를 확인하였고 후속 연구를 통해 9 μg/kg 투여군에서 행동 기억력의 유의한 저 하를 관찰하였다. 그러나 배양물의 정확한 유사체 프로파 일에 대한 언급이 없어 어떤 유사체에 의해 기인한 증상 인지 확인되지 않았다48). 이와 같이 만성독성에 대한 연구 는 매우 제한적이기 때문에 STX 및 유사체의 만성독성에 대한 인체노출안전 기준치가 설정되지 않고 있다.

    독성등가계수(TEF: toxic equivalency factor)는 위해평가 등 안전관리에 활용할 수 있도록 STX 대비 STX 유사체 의 상대적인 독성을 산출한 것이다(Table 4). EFSA에서는 MBA(i.p.)를 통해 STX group의 상대독성을 비교한 Oshima 등51)의 연구를 기반으로 STX및 유사체의 TEF값을 산출 하였다. 그러나 이후 복강투여(i.p.)와 경구투여(Oral)를 통 한 독성의 차이가 크다는 점과 경구투여경로가 인체노출 경로를 더 잘 모방하고 있다는 점을 들어 WHO에서는 EFSA에서 설정한 TEF값을 기반으로 이후 수행된 경구투 여경로 기반 독성 연구를 고려하여 TEF값을 재검토 및 보 완하였다. 또한 TEF값을 결정하기 위한 데이터 참고의 우 선순위를 다음과 같이 제시하였다: 1. 사람 대상의 중독 사례, 2. 경구투여 기반의 동물실험 데이터(LD50), 3. 복강 투여 기반의 동물실험 데이터(LD50), 4. MBA 데이터, 5. In vitro 데이터6).

    STX group 독소의 분석법

    STX group 독소를 분석하기 위해서 다양한 방법들이 사 용되고 있다. 가장 보편적으로 mouse를 사용하여 반수치 사시간을 측정하여 독성을 산출하는 MBA방법이 사용되 고 있으며 mouse 대신 rat를 사용하는 방법도 보고되어 있 다. MBA방법은 복잡한 장비가 필요하지 않으며 샘플분 석 시 STX 및 유사체의 독성을 한꺼번에 평가할 수 있다 는 장점은 있으나 유사체 각각의 독성을 확인할 수 없다 는 단점이 있다. 유사체 각각의 표준품 개발이 어렵고 다 양한 유사체가 새로 발견되고 있어서 STX 및 유사체의 전체 독성을 평가할 수 있는 MBA 방법이 지금까지도 사용 되고 있으나 동물복지 등 윤리적 문제에 직면하고 있다. 따 라서 최근 STX 및 각각의 유사체를 동시에 분석하는 기 기분석법에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다1,49).

    HPLC-FLD를 사용하여 분석하는 방법의 경우 STX 및 유사체의 형광 흡광도가 낮기 때문에 유도체화를 필요로 한다. 유도체화를 하는 방법은 컬럼 전 유도체화(pre-column oxidation, preCOX)방법과 컬럼 후 유도체화(post-column oxidation, postCOX)방법이 보고되어 있다. 두가지 유도체 화 방법 모두 STX group의 구조에 존재하는 하이드록시 (-OH)기를 산화시켜 퓨린 유도체를 생성한다. 두가지 HPLCFLD분석법은 STX 및 유사체 프로파일을 분석할 수 있는 다는 장점을 가지고 있지만 이성질체인 GTX1&4, GTX2&3, C1&C2의 분리가 불가능하고 복잡한 유도체화 과정으로 많은 시간이 소요된다(Fig. 4). 또한 유도체화 산물이 2종 이상 생성되는 경우가(2종: dcSTX, dcGTX2, dcGTX3, 3 종: NEO, dcNEO, GTX1, GTX4, GTX6, C3, C4) 있어 정 확한 분석이 어렵다50,51).

    이러한 유도체화의 단점을 보완하여 STX 및 유사체를 HPLC로 분리하고 유도체화 없이 MS/MS를 검출기를 활 용하여 분석하는 HPLC-MS/MS방법이 보고되었다. 그러나 이 방법은 STX 및 유사체의 높은 극성으로 일반적인 역상 크로마토그래피로는 분석이 어려워 ion-pairing 시약을 사용 하는데, 이 시약에 의한 신호 억제효과(signal suppression)가 발생한다는 단점이 있다53).

    이후 ion-pairing 시약을 사용하지 않기 위해 hydrophilic interaction liquid chromatography (HILIC) 방법으로 STX 및 유사체를 분리하고 MS/MS 사용하여 검출하는 HILICMS/ MS 방법이 보고되고 있다54,55). HILIC 방법은 기존의 역상 크로마토그래피에 사용되는 고정상에 극성이 높은 작용기를 부착시키는 방법으로 유기용매를 사용하면서 역 상 크로마토그래피에서는 분리가 불가능한 극성이 높은 분자의 분석을 가능하게 하는 방법이다56). HILIC 크로마 토그래피를 통해 기존 preCOX 및 postCOX 방법으로는 분리가 불가능했던 에피머쌍인 GTX1&4 및 GTX2&3의 분리가 이루어졌다. 이 방법을 이용한 GTX1과 GTX3, GTX2와 GTX3의 분리는 11-hydroxysulfate 그룹이 α방향 으로 존재하는 경우(GTX1, GTX2) 고정상과 작용할 수 있 는 양전하를 띈 작용기를 감소시키며 β방향으로 존재하는 경우(GTX3, GTX4) 고정상과 작용할 수 있는 양전하를 띈 작용기가 증가하기 때문이다. 그 외에도 기존 분석법에서 요구되었던 복잡한 전처리과정 없이 80% ACN (0.1% formic acid)을 사용한 한번의 추출이나 HILIC-SPE를 사 용한 정제 후 분석이 가능하여 분석시간의 현저하게 단축 되었다54). HILIC-MS/MS 방법의 경우 분석에 숙련된 전문 가가 필요하지만 동물복지 문제를 해결할 수 있고 미량의 STX 및 유사체를 동시에 분석할 수 있기 때문에 높은 신 뢰도의 데이터를 얻을 수 있다고 생각된다.

    현재 활용되고 있는 국내외 공인 분석법을 살펴보면 (Table 5) 유럽의 경우 MBA(AOAC 959.08)가 가장 우선 하는 공인분석법이며 2017년 개정을 통해 preCOX-HPLCFLD( AOAC 2005.06) 분석법을 병행 사용할 수 있도록 하 였다57). CODEX는 MBA와 postCOX-HPLC-FLD(AOAC 2011.02) 분석법을 활용할 수 있으며, 캐나다의 경우 공인 분석법은 CODEX를 따르는 것으로 명시되어 있다58,59). 미 국의 경우 MBA, preCOX-HPLC-FLD 및 postCOX-HPLCFLD 모두를 활용할 수 있도록 하고60). 일본의 경우 MBA 를 공인시험법으로 하고 있으며 동등성을 확인할 수 있는 경우 기기분석법을 사용할 수 있다. 추가적으로, 검증이 이루어진 기기분석법으로 postCOX-HPLC-FLD를 제시하 고 있어 MBA와 postCOX-HPLC-FLD를 모두 채택하고 있 다61). 그러나 국내의 경우는 아직 MBA만을 공인시험법으 로 활용하고 있어 국제적인 조화를 이룬 시험법의 검토가 필요할 것으로 생각된다.

    STX group 독소의 국내외 오염현황

    STX 및 유사체의 국내외 모니터링 연구는 Table 6에 나 타내었다. 2016년 식품의약품안전처에서 수행한 연구에서 홍합(mussels), 굴(oysters), 바지락(manila clam), 가리비 (scallop), 백합(clam), 꼬막(blood cockle), 모시조개(chinese cyclina), 키조개(comb pen shell), 새조개(egg cockle), 멍 게(sea squirt), 미더덕(stalked sea squirt) 및 오만둥이(plated sea squirt)를 대상으로 5종 STX 및 유사체를 분석하였다. 그 결과 25.3-107.0 μg/kg 수준의 독소가 검출되었고 가장 높은 오염도를 나타낸 독소는 GTX group 독소인 GTX2 및 GTX3으로 나타났다64). Lee 등17)이 수행한 연구에서는 홍 합을 대상으로 15종 STX 및 유사체를 분석하였다. 분석 결 과 15.8-6355.3 μg/kg 수준의 독소가 검출되었으며 GTX group 독소인 GTX1, GTX2 및 GTX4와 C toxin group 독소 인 C1의 오염도가 가장 높은 수준이었다. Shon 등65)이 수 행한 연구에서는 홍합을 대상으로 12종 STX 및 유사체를 분석하였다. 그 결과 2.6-43159.4 μg/kg 수준의 독소가 검 출되었고 GTX group 독소인 GTX1, GTX4의 오염도가 가 장 높게 나타났다. Kim 등21)의 연구에서도 홍합을 대상으 로 분석을 수행하였다. 각 독소의 오염도는 나타내지 않 았으며 GTX group 독소인 GTX1 및 GTX4와 C toxin group 독소인 C1 및 C2의 오염비가 가장 높게 나타났다. Beak 등3)의 연구에서는 11종 STX 및 유사체를 홍합시료 에서 분석하였다. 오염도는 TEF값을 활용하여 STX equivalent로 표현하였으며 86.6-731.0 STX equivalent μg/ kg 수준으로 검출되었다. 이전 연구들과 유사하게 GTX group 독소인 GTX1 및 GTX4와 C toxin group 독소인 C1 및 C2의 오염도가 높게 나타났다.

    국내에서 이루어진 대부분의 연구는 홍합을 대상으로 수 행되었으며 STX 보다는 GTX group 과 C toxin group의 오염수준이 높은 것으로 나타났다. 따라서 홍합뿐만 아니 라 다양한 이매패류 및 어류 등 STX 오염가능 시료를 선 정하여 STX 유사체를 대상으로 한 체계적인 모니터링이 필요할 것으로 생각된다.

    국외의 경우도 국내와 유사하게 GTX group 및 C toxin group의 오염도가 높은 것으로 나타났다. 2018년 Mattarozzi 등의 연구에서는 홍합을 대상으로 13종의 STX 및 유사체를 분석한 결과, 22-2325 μg/kg 수준의 독소가 검출되었고 GTX group의 오염도가 가장 높았다66). Botelho 등67)의 연구에서는 홍합, 조개(cockle), 맛조개(Razor shells)를 대상으로 13종의 STX 및 유사체를 분석하였다. 그 결과 타 연구들과 유사하 게 GTX group 및 C toxin group의 오염도가 높게 나타났다.

    이매패류 이외의 연체류 및 어류에서도 STX의 오염가 능성이 조사되었다. Robertson68)는 연체류인 문어(Abdopus sp.)를 대상으로 STX을 분석한 결과, 최대 2460 μg/kg의 STX 오염을 확인하였다. 뿐만 아니라 Gomaa등69)은 어류 인 고등어(Mackerel fish)를 대상으로 MBA를 활용하여 STX group을 분석한 결과, 214-450 μg/kg의 오염을 확인 하였다. 이들 연구는 이매패류 외에도 연체류 및 어류 등 다양한 해양생물에 STX의 오염이 발생할 수 있는 가능성 을 보여주며 국내에서도 이매패류 외 다른 다양한 시료를 대상으로 한 모니터링의 필요성이 강조된다.

    STX group 독소의 국내외 관리현황

    STX group 독소의 안전 관리를 위해 국내외에서는 기 준치를 설정하여 관리하고 있다(Table 7). 대부분의 국가 및 기구에서 800 STX equivalent μg/kg 이하를 기준치로 설 정하고 있으며 STX 유사체의 양을 TEF값을 활용하여 STX equivalent로 환산하여 유사체를 함께 관리하고 있다. CODEX 의 경우 STX group을 STX, NEO, dcSTX, GTX1, GTX2, GTX3, GTX4, GTX5, GTX6, dcGTX2, dcGTX3, C1, C2, C3 및 C4의 총 15종으로 명시하고 있다. 그러나 유사체 의 다양성 때문에 대부분의 국가 및 기구에서는 STX group 에 대한 관리 범위를 정확하게 명시하고 있지 않고 있다. 국내 관리기준의 경우 800 μg/kg 이하로 설정되어 있으나 유사체의 관리에 대한 부분은 명시되어 있지 않다. 따라 서 유사체를 관리하고 있는 여러 국가들과 발맞추어 국내 의 경우도 STX 유사체의 오염수준 및 종류 등 체계적인 모니터링 수행 등 유사체의 안전관리를 위한 방안 마련이 필요할 것으로 생각된다.

    STX의 독력은 생물시험을 통하여 측정하며 1 mouse unit (MU)은 20 g의 mouse를 15분 만에 사망시키는 독력 으로 규정하고 있다. 독력을 나타낼 때 일본에서는 이 MU 단위를 그대로 사용하여 400 MU/100 g으로 기준을 설정 하고 있다. 반면 미국, 캐나다 및 한국에서는 실험동물 1 MU에 상당하는 독소량인 conversion factor value (CF value, 1 MU는 STX으로 약 0.18-0.22에 상당)를 곱하여 800 μg/100 g으로 기준을 정하고 있다. 한국의 경우 1993 년 식품위생법에 STX의 허용기준과 시험법을 신설한 이 래 현재까지 이어져 오고 있다. 시험법은 대부분의 나라 에서 MBA (AOAC 959.08) 시험법에 기초하여 패류에서 0.1 N 염산으로 추출하고 mouse로 정량하는 방법을 사용 하고 있다. Table 7에 국가별 마비성 패독 STX의 관리현 황을 정리하였다4,57,59-61,70-72).

    Conclusion and Suggestions

    최근 지구온난화와 더불어 해양생태계가 변화하면서 기 존 발견되던 STX 독소 이외 다양한 형태의 유사체들이 발견되고 있다. 이에 따라 EFSA, CODEX 등 제외국 에서 는 안전관리를 위해 STX 및 유사체를 STX group으로 관리 하고자 노력을 기울이고 있다. 국내의 경우도 STX 유사체 를 생성하는 조류가 발견되고 있으며 독소 프로파일을 살 펴보면 실제 다양한 유사체들이 발견되는 것으로 나타났다 . 때문에 국내의 경우도 STX 유사체의 체계적인 안전관리 를 위한 준비가 필요할 것으로 사료된다. 이에 수행된 STX 및 유사체의 독성 및 국내외 안전관리 현황, 분석법 및 오 염도 등 폭넓은 조사는 STX의 유사체의 안전관리 강화를 위한 기반으로 활용되어 STX 및 유사체의 안전관리를 강 화하는 것에 기여할 것으로 기대된다.

    Acknowledgments

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

    Figure

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    Structure of STX and various analogues10).

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    Biotransformations among STX and analogues occurring in bivalves, dinoflagellates, and humans (modified from [15]).

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    Binding site of STX and their analogues on Na+ channel33).

    JFHS-35-6-521_F4.gif

    Structure for α- or β- form of 11-hydroxysulfate function group.

    Table

    Occurrence of dinoflagellates producing STX group

    In vitro toxicity of STX group toxins

    In vivo toxicity of STX group toxins

    TEF values of STX group toxin

    Analytical methods of STX group toxin by different countries.

    Occurrence of STX group toxin in mollusk and fish

    Regulatory limit of STX group toxin

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