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연구보고서

연구 보고서

중장기적인 정책연구과제와 대안을 포괄적인 시각에서 이론적 · 실중적 분석을 통해 제시함으로써 연구원의 설립목표를 가장 잘 실행하고있는 보고서입니다.

생물정보학(Bioinformatics) 기법을 이용한 혼합물질 독성기전 연구

연구책임자
임경택 외 1명
수 행 연 도
2021년
핵 심 단 어
주 요 내 용
1. 연구배경
 o 본 연구에서는 사회적 이슈가 된 각 공정별 혼합물질의 노출에 대한 혼합유해성, 독성병리 기전 등을 빅데이터를 비롯한 생물정보학(Bioinformatics) 기법 및 새로운 지식정보 분석을 통해 과학적 설명을 가능하게 하고, 공정별 혼합물질 독성영향의 Key events relationships(KER) 및 독성병리 기전을 설명함으로써 사회이슈에 부응하고 향후 만성·발암성 흡입독성시험·연구의 변화를 이끌어낼 수 있는 기반이 되고자 함. 구체적으로는 반도체 제조, 그라비아 인쇄, 건설업 도장 공정 등 다양한 화학물질 취급 공정에서 발생할 수 있는 혼합물질의 독성 및 특정장기에서의 질환 예측을 위함
2. 주요 연구내용
 □ 연구결과
  o 반도체 제조, 그라비아 인쇄 및 건설업 도장 공정에서 발생되는 화학물질의 조합에 대한 지식기반 자료분석(Data mining)으로, 자료 수집 및 그룹화(target organ, common effect/AO, common specific mode of action/AOP), 증거가중치(Weight of evidence; WoE)에 근거하여 자료를 체계화함. 화학물질 상호간 작용기전, 화학물질과 생체반응(단백질, 유전자, 세포소기관 등) 관련 연구결과물을 검색하여 각 공정에서 발생되는 혼합물질 구성 조합에 따른 유전자 발현 분석(Differential gene expression analysis)을 수행하고 비교 독성유전체학 데이터베이스(Comparative Toxicogenomics Database(CTD)) 등을 이용한 화학물질 독성유전체 발현 분석을 수행함. KEGG DB 등에서 검색한 데이터를 분석, 혼합물질 관련 특정 유전자, 단백질 등에 관련된 특정 pathway 상의 유전자들 및 여러 단백질 간의 상호작용(Protein-Protein Interactions)을 고찰하였음
  o 반도체 제조업의 경우 주요 독성을 나타내는 여러 가지 화학물질의 조합 중에서 질산(nitric acid), 아세톤(acetone), 에탄올(ethanol) 및 이소프로필알콜(isopropyl alcohol) 이었으며, 추후 기체-액체 경계(air-liquid interface; ALI) 시스템에서 세포를 성장시키면서 화학물질을 노출시키는 시험관 내(in vitro) 시험 등을 통해 이를 검증하는 연구가 후속되어야 할 것으로 판단됨. 그라비아 인쇄공정의 경우 주요 독성을 나타내는 여러 가지 화학물질의 혼합 중에서 에탄올과의 혼합물질이 가장 의심되었으며, 추후 시험관 내(in vitro) 및 생체 내(in vivo) 시험 등을 통해 에탄올을 포함한 혼합물질의 암(cancer)과 신경퇴화(neurodegeneration)를 검증하는 연구가 후속되어야 할 것으로 판단됨. 건설업 중 도장 공정의 경우 주요 독성을 나타내는 여러 가지 화학물질의 혼합 중에서 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등 10가지의 화학물질 혼합물과 더불어 포틀랜드 시멘트 성분물질도 또한 독성을 유발하는 것으로 의심되었으며, 추후 시험관 내(in vitro) 및 생체 내(in vivo) 시험 등을 통해 이들 화학물질을 포함한 혼합물질의 죽상동맥경화증(atherosclerosis), 신경퇴화(neurodegeneration) 및 호흡기 과민성(respiratory sensitization)을 검증하는 연구가 후속되어야 할 것으로 판단됨
 □ 시사점
  o 생물정보학 기법을 이용한 혼합물질에 대한 독성기전 연구는 고품질의 대단위 데이터를 확보하는 문제해결이 앞으로의 후속연구를 위해 반드시 필요할 것임. 추가적인 실증연구를 위해서는 우선 연구비 확보가 반드시 필요하며, 다양한 작업장 환경에서의 복합 혼합물질에 대한 연구가 지속되어야 할 것임. 여러 공정 등의 부작용으로 유방암(breast cancer), 신경퇴화(neurodegeneration) 등이 보고되어 있고 실험적 검증이 필요하나, 실험모델의 대변성이 충분히 고려될 필요가 있음
  o 국가에서 진행되고 있는 빅데이터 인프라 사업과 연계하여 작업자 부작용에 대한 데이터베이스를 구축하고 고품질의 데이터 축적이 가장 시급하다고 할 것임. 실험적 검증이 가능한 부작용에 대한 실험적 검증을 병행하는 것이 적절해 보이며, 이런 검증연구를 위한 연구비 확충, 투자 확대가 필요함. 장기적으로는 산업화학물질에 대한 대체독성 평가 및 독성예측을 수행할 수 있는 중장기 연구과제가 필요함
3. 연락처
 - 연구책임자: 산업안전보건연구원 산업화학연구실 임경택
 - 연락처: 042-869-8541
 - e-mail: rim3249@kosha.or.kr