[연구필요성]

미세플라스틱은 환경 전반에 광범위하게 축적되며 생태계와 생체 건강에 영향을 미칠 수 있는 주요 오염물질로 주목받고 있다. 특히 폴리스타이렌 계열 미세플라스틱은 일상생활과 포장재, 식품 용기 등에서 널리 사용되며, 물리적 충격에 의해 파편화되어 환경에 잔류할 수 있으며, 체내 유입 시 장내 축적과 산화스트레스, 생리 기능 저하 등을 유발할 가능성이 제기돼 왔다. 그러나 지금까지의 미세플라스틱 독성 연구는 주로 입자의 크기, 형태, 화학적 성질에 초점을 맞춰 왔으며, 실제 생체 내에서 함께 존재하는 세균과의 상호작용이 독성 반응에 어떠한 영향을 미치는지 밝혀지지 않았다. 특히 장내에 존재하는 세균이 미세플라스틱과 결합하거나 이를 대사적으로 변화시키는 경우, 같은 미세플라스틱이라도 숙주에 미치는 영향이 달라질 수 있다는 점은 중요한 연구 과제로 남아 있었다. 연구팀은 이러한 문제의식에서 출발해, 미세플라스틱과 세균의 상호작용이 숙주 독성 반응에 어떤 차이를 만드는지 규명하고자 했다.

[연구성과/기대효과]

서울대학교 농업생명과학대학 농생명공학부 김영훈 교수 연구팀은 예쁜꼬마선충을 생체대체모델로 하여, 폴리스타이렌 미세플라스틱과 두 종류의 plastic-degrading bacteria인 Enterobacter hormaechei LG3와 Bacillus amyloliquefaciens SCGB1을 함께 노출했을 때 숙주 반응이 크게 달라진다는 사실을 확인했다. LG3를 먹인 개체에서는 미세플라스틱 축적과 산화스트레스, 생리적 손상이 더 크게 나타난 반면, SCGB1을 먹인 개체에서는 이러한 반응이 완화되었다. 동일한 노출 조건에서 장내 축적된 미세플라스틱 수 역시 LG3군이 SCGB1군보다 높았다.

연구팀은 이러한 차이가 단순한 동반현상이 아니라 균주 특이적 상호작용에서 비롯된다는 점도 제시했다. LG3는 미세플라스틱과 강하게 결합하고 biofilm 형성과 산화된 폴리스타이렌 유도체, LPS 생합성 관련 반응과 연관된 특성을 보였다. 반면 SCGB1은 isobutyrate와 isovalerate 같은 대사산물을 통해 숙주의 DAF signaling과 연결되는 보호 반응에 관여할 가능성을 나타냈다.

이번 연구는 미세플라스틱의 위해성이 입자 자체의 특성만으로 결정되는 것이 아니라, 함께 존재하는 세균의 종류와 대사 특성에 따라 달라질 수 있음을 보여준다. 이는 향후 미세플라스틱 위해성 평가에서 입자 분석뿐 아니라 장내 세균 조성과 같은 생물학적 요소를 함께 고려해야 함을 시사한다. 나아가 특정 세균을 활용해 미세플라스틱 독성을 완화하는 microbiome-based mitigation 전략의 가능성을 제시했다는 점에서 학술적·응용적 의의가 크다.

[연구 추진 배경, 성과, 기대효과 등 ]

 연구팀은 이러한 차이가 세균과 미세플라스틱 사이의 균주 특이적 상호작용에서 비롯된다는 점도 확인했다. LG3는 미세플라스틱과 강하게 결합하며 biofilm을 형성했고, 산화된 폴리스타이렌 유도체와 LPS 생합성 관련 반응 증가와 연관된 특성을 보였다. 반면 SCGB1은 isobutyrate와 isovalerate와 같은 대사산물을 통해 숙주의 DAF signaling과 연결되는 보호 반응에 관여할 가능성을 나타냈다. 이는 특정 세균이 미세플라스틱 독성을 증폭시키는 방향으로, 다른 세균은 완화하는 방향으로 작용할 수 있음을 보여준다.

본 연구의 참여자는 “청국장에서 분리된 바실러스 균주가 미세플라스틱 독성 완화 가능성을 보였다는 점은 우리 전통 발효식품이 지닌 생물학적 잠재력을 보여주는 사례”라며 한국 토종 프로바이오틱스의 과학적·산업적 가치를 국내외에 알리는 계기가 되기를 바란다”고 말했다.

[본문]

서울대 농업생명과학대학 연구팀, 장내 세균 종류에 따라 미세플라스틱 독성 달라진다는 사실 규명.

서울대학교 농업생명과학대학 농생명공학부 김영훈 교수 연구팀은 미세플라스틱 독성이 입자 자체의 성질뿐 아니라 함께 존재하는 세균의 종류에 따라 크게 달라질 수 있음을 규명했다. 연구팀은 폴리스타이렌 미세플라스틱과 plastic-degrading bacteria의 상호작용이 숙주 생리 반응에 어떤 영향을 미치는지 분석한 결과, 일부 세균은 독성을 악화시키는 반면 다른 세균은 이를 완화할 수 있음을 확인했다.

그림 1. 플라스틱 분해 세균에 의한 미세플라스틱 독성조절 경로 메커니즘

서울대학교 농업생명과학대학 농생명공학부 김영훈 교수 연구팀은 미세플라스틱 독성이 입자 자체의 성질뿐 아니라 함께 존재하는 세균의 종류에 따라 크게 달라질 수 있음을 규명했다. 연구팀은 폴리스타이렌 미세플라스틱과 plastic-degrading bacteria의 상호작용이 숙주 생리 반응에 어떤 영향을 미치는지 분석한 결과, 일부 세균은 독성을 악화시키는 반면 다른 세균은 이를 완화할 수 있음을 확인했다.

연구팀은 실험동물인 예쁜꼬마선충을 이용해 1 μm 크기의 폴리스타이렌 미세플라스틱과 두 종류의 폴리스타이렌 분해 세균인 Enterobacter hormaechei LG3와 Bacillus amyloliquefaciens SCGB1을 함께 노출했다. 그 결과, LG3를 급여한 개체에서는 미세플라스틱에 의한 생리 기능 저하가 뚜렷하게 나타난 반면, SCGB1을 급여한 개체에서는 이러한 저하가 상대적으로 약하게 나타났다. 같은 조건에서 장내에 축적된 미세플라스틱의 양도 LG3군이 SCGB1군보다 높게 확인되었다.

그림 2. 급여 균주에 따른 미세플라스틱 축적 수준 비교

연구팀은 이러한 차이가 세균과 미세플라스틱 사이의 균주 특이적 상호작용에서 비롯된다는 점도 확인했다. LG3는 미세플라스틱과 강하게 결합하며 biofilm을 형성했고, 산화된 폴리스타이렌 유도체와 LPS 생합성 관련 반응 증가와 연관된 특성을 보였다. 반면 SCGB1은 isobutyrate와 isovalerate와 같은 대사산물을 통해 숙주의 DAF signaling과 연결되는 보호 반응에 관여할 가능성을 나타냈다. 이는 특정 세균이 미세플라스틱 독성을 증폭시키는 방향으로, 다른 세균은 완화하는 방향으로 작용할 수 있음을 보여준다.

본 연구의 참여자는 “청국장에서 분리된 바실러스 균주가 미세플라스틱 독성 완화 가능성을 보였다는 점은 우리 전통 발효식품이 지닌 생물학적 잠재력을 보여주는 사례”라며 한국 토종 프로바이오틱스의 과학적·산업적 가치를 국내외에 알리는 계기가 되기를 바란다”고 말했다.

해당 논문은 “Polystyrene-degrading bacteria modulate host stress and toxicity responses to microplastic exposure in Caenorhabditis elegans”라는 제목으로 The ISME Journal에 2026년 3월 12일 온라인 게재되었다. The ISME Journal의 2024 Impact Factor는 10.0이다. DOI는 10.1093/ismejo/wrag051이다