독일 화학 회사 BASF 와 뮌스터(Munster) 대학 연구팀이 설치류를 대상으로 실시한 공동연구 결과에 따르면, 장내 세균(bacteria) 개체 수 및 혈액 대사산물을 측정하는 스크리닝(Screening) 시험 방법을 통하여 나노입자의 독성 평가가 가능할 것으로 예상된다. 이와 함께, 이산화규소(silicon dioxide, SiO2)나 은나노입자(silver nanoparticles)를 섭취하면 장내 세균 변화를 초래, 건강에 미칠 수 있는 악영향의 가능성을 제시하였다.

포유류의 위장 시스템 내 존재하는 장내 미생물(rumen microorganism)은 약 1,000 종 이상으로 알려져 있으며, 장내 미생물군(microbiota)이라고 불리는 집합군을 형성하고 있다. 다양한 질병이 장내 미생물 변화와 연관되어 있다고 알려져 있으며, 공동연구에서는 특히 세균 및 인간의 신진대사 간 상호작용을 강조하고 있다. 일부 연구에 의하면 포유류 혈액 대사산물의 10% 가 장내 미생물로부터 발생된다.

그 동안의 나노독성학 연구는 주로 체외(in vitro)조건에서의 평가 방법에 대한 검토가 진행되어 왔다. 이번에 수행된 공동연구에서는, 식품에서 향균 제품에까지 상업적 용도로 광범위하게 사용되고 있는 이산화규소 및 은나노입자를 28일간 실험 쥐(Rat)에 노출시켰다. 그 이후 기체 크로마토그래피-질량분석법(GC-MS) 및 액체 크로마토그래피- 질량분석법(LC-MS)을 통해 쥐의 혈액을 분석하고, 장내 미생물 변화 분석을 위해 쥐의 배설물에서 RNA 를 추출하였다. 분석 결과 이산화규소 및 은나노입자에 대한 경구노출이 장내 미생물집단과 혈액 대사산물의 변화를 유발하였으며, 이를 통하여 ‘해당 물질의 장기적인 악영향 가능성‘을 확인하였다.

비록 실험대상(Rat)에서 나노입자에 의해 유발되는 독성의 물리적 징후 발현은 관찰되지 않았으나, 세균 및 대사산물에는 상당한 변화가 확인되었다. 이와 함께, 장내 염증과 관련된 세균의 양이 증가하는 것을 포함한 다양한 종류의 장내 세균 수치 변화가 확인되었다. 시험물질을 투여한 쥐(실험군)에서 채취된 200 종류 이상의 혈액 대사산물을 대조군과 비교한 결과, SiO2 노출 후 상당량의 비타민 B5 감소 등 총 18 종의 대사산물에서 큰 변화가 확인되었다. 인간의 경우 장내 비타민 B5의 생성 감소는 면역체계에 저하에 따른 염증을 유발하는 것으로 알려져 있다. 이러한 분석 결과를 통하여, 대사산물 변화는 장내 미생물군의 변화 또는 나노물질과 신진대사의 직접적인 상호작용의 결과라고 제시되었다.

공동저자인 BASF 의Robert Landsiedel 박사는 ‘‘독성의 징후가 보이지는 않았지만, 관찰된 변화 중 일부는 장기적인 악영향을 초래할 수 있으며, 이는 후속 연구에서 추가적인 분석이 요구되며, 장내 세균 프로파일링 및 혈액 대사산물 변화 식별을 통해 장내 미생물생태계(microbiome)의 변화를 직접적으로 인식하고 숙주와의 관련성을 연구하는 유용한 분석도구를 확보할 수 있을 것‘‘이라고 설명하였다.

연구 결과는Particle and Fibre Toxicology 학술지에 게재되었다.