*[재농이 268]실험동물의 농약 안정성 평가 패러다임이 바뀐다

[재미있는 농업 이야기 268]

세포·화학적 반응 등 이용한 동물대체시험방법 개발

우리나라 반려동물 양육가구 비율은 29.2%로, 3가구 중 1가구에 해당된다. TV동물프로그램이 2-5% 시청률을 꾸준히 유지하고 있고, 공식 등록된 동물보호단체는 30여 개에 달하는 등 동물에 대한 사회적 관심은 방송・시민사회・디지털 콘텐츠 전반에 꾸준히 확대되고 있으며, 이를 반영한 펫푸드, 펫헬스케어처럼 반려동물의 삶의 질을 높이는 산업도 빠르게 성장하고 있다.

이제 동물은 단순한 보호의 대상이 아니라, 함께 살아가는 존재로 인식되고 있다. 동물을 바라보는 사회의 눈높이도 분명 달라졌다. 하지만 이런 변화 속에서도 좀처럼 주목받지 못하는 동물들이 있다. 바로 우리의 안전한 삶을 위해 연구 현장에서 동물실험에 활용되는 실험동물이다.

과학의 진보를 이끈 동물실험

동물실험은 의생명과학을 비롯한 과학과 공학 등의 연구를 목적으로 살아있는 동물을 대상으로 하여 수행하는 실험을 말한다. 동물실험은 인간과 동물사이에 유사성이 있다는 가정하에 사람에게 직접 약을 투여하기 전의 시험으로,‘전(前)임상 시험’ 또는 ‘비임상 시험’이라고 불린다.

의약품 뿐 아니라, 농약, 화학물질, 화장품, 기능성물질 등 동물실험을 통한 안전성 확인이 관례화되면서 쥐나 토끼 같은 설치류뿐 아니라 개, 돼지, 원숭이 등 다양한 동물이 연구에 이용된 것이다. 동물실험이 체계를 갖추기 시작한 것은 19세기이지만, 최초의 동물실험은 기원전 5세기, 그리스 의사 알크마이온이 개를 해부하여 시신경을 자르면 시력을 잃는다는 사실을 입증하면서 시작되었다.

철학자 아리스토텔레스(BC 384~322)는 알렉산더 대왕의 도움을 받아 해부학과 발생학을 발전시켰고, 고대 로마의 의사인 갈레노스(129~199)는 양, 돼지, 원숭이 등을 해부하여 인체의 기능을 규명하려 하였다. 윌리엄 하비(1578~1657)는 ‘동물의 심장과 혈액의 운동에 관하여’라는 책에서 동물실험을 통해 혈액순환의 비밀을 풀어냈고, 스티븐 헤일즈(1677~1761)는 말의 경정맥에 유리관을 꽂아 최초로 혈압을 측정하였다. 그리고, 인류에게 동물실험이 가져다준 가장 큰 수혜는 프레더릭 밴팅(1891~1941)의 당뇨병 치료제 인슐린 최초 발견(1922년)이라 할 수 있다.

과학의 발전이냐 생명 윤리냐, 동물실험의 딜레마

19세기는 동물실험을 통해 생명과학이 비약적으로 발전한 동시에, 연구의 정당성과 도덕적 윤리 사이에서 끊임없는 갈등이 시작되었다.

영국의 의사이자 생리학자인 마샬 홀(1790~1855)은 실험동물의 고통을 고려하여 동물실험에 대한 5가지 원칙을 제시하였다.

동물실험 5가지 원칙

“동물실험은 a) 다른 대안이 없으며

b) 그 목적이 분명하고

c) 그 연구를 다시 반복할 필요가 없으며

d) 대상 동물의 고통을 최소화 하고

e) 연구 결과를 상세하게 발표할 때 정당화 된다”

1876년 영국에서, 세계 최초로 동물실험을 규제하는 법안인 ‘동물학대금지법(Cruelty to Animal Act)’이 제정되었고, 채식주의자였던 아돌프 히틀러(1889~1942)는 세계 최초로 동물보호법(1933년)을 제정하였다.

또한, 1979년 영국 생체해부반대모임(NAVS)에서 실험동물의 숭고한 희생을 기억하고자 4월 24일을‘세계 실험동물의 날’로 정하였고, 국제연합(UN)에 의해 공식 기념일로 지정되었다. 이는 과학 발전 뒤에 가려진 실험동물의 역할을 되새기고, 생명의 가치와 연구윤리를 함께 생각해 보자는 뜻이 담겨 있다.

동물대체시험법이란?

동물대체시험법은 흔히 3R 원칙으로 설명된다. 동물 수를 줄이는 감소(reduction), 동물의 고통을 줄이는 개선(refinement), 동물실험을 다른 방법으로 바꾸는 대체(replacement)가 그것이다.

동물대체시험법의 원칙 3Rs

1959년 윌리엄 러셀과 렉스버치가 주장한 3Rs (Refinement, Reduction, Replacement)은

OECD가 인정하는 모든 동물대체시험법의 기준이 됨

① Refinement는 과학적이며 인도적인 실험방법을 이용하여 동물의 스트레스와 고통을 최소화함을 의미

② Reduction은 과학적인 통계기법을 사용하고 중복실험을 감소시켜 희생동물을 줄이는 것을 의미

③ Repalcement는 in vitro 실험, 수학적 모델 등의 대체수단을 이용하여 동물실험을 줄이는 것을 의미

동물대체시험은 화장품 분야를 시작으로 연구개발・적용이 확산되었다. 1998년 11월, 영국의 화장품 회사들은 세계 최초로 동물실험포기 선언하였고, EU는 2004년부터 화장품 제품 자체의 동물실험을 금지하여 2013년부터는 화장품 원료에서도 동물실험을 금지하였으며, 동물실험을 한 화장품의 유통 또한 금지시켰다. 세계각국에서 동물실험을 대체할 수 있는 시험법 개발에 박차를 가하고 있고, 경제협력개발기구(OECD)에서 과학적으로 타당한 동물대체시험법을 OECD Test Guideline으로 공인하고 있다.

세포, 조직, 화학적 반응 등 이용 동물대체시험법

농약 등의 화학물질을 강제로 먹였을 때 치사농도를 확인하는 급성독성시험방법은 동물 사용 마릿수를 줄이고, 농도를 낮춰서 투여하여 고통을 감소시키는 방법으로 변경되었다. 세포와 사람 유래 조직을 이용한 동물대체시험법들이 개발되고 있고, OECD에서도 국제공인 시험방법으로 인정하였다.

사람의 각질세포와 백혈병세포 등을 이용하여 알레르기를 유발하는지 확인하는 피부과민성시험은 기존 기니피그와 마우스를 사용하였던 동물실험을 대체하였고, 도축되는 소에서 분리한 소 각막, 인체각막유사 상피모델을 이용한 안점막자극성시험은 토끼를 사용한 자극성시험을 대체하게 되었다.

외에도 실험동물의 종류를 바꿔 최소한 고등동물의 희생을 줄이기 위해 제브라피쉬, 예쁜꼬마선충 등 비포유류 대체동물을 활용 동물대체시헙법 연구・개발 또한 증가하고 있다. 관상용으로 알려진 제브라피쉬는 폐를 제외하고 사람이 가지고 있는 대부분의 장기를 가지고 있고 80%이상 유전자가 사람과 동일하다고 알려져 있다. 또한 제브라피쉬 치어는 몸이 투명하기에 해부를 하지 않고도 발생되는 변화를 쉽게 관찰할 수 있어 제브라피쉬 배아를 이용한 어독성 대체시험법이 개발되었다.

또한, 예쁜꼬마선충은 토양선충으로 길이가 1mm에 불과할 만큼 개체가 작아 실험실에서 배양・유지하기 쉬우며, 성체가 가지는 체세포의 수가 959개인데 이중 1/3이 신경세포로 이루어졌고, 신경전도물질과 수용체 등이 사람과 유사하여 신경독성 예측가능성이 높다는 연구결과가 발표되었다.

제브라피스 (수정 후 72시간) / 제브라피스 (수정후 48-52시간) / 예븐꼬마 선충 Ⓒ국립농업과학원

농약 안전성평가, 동물대체시험법 이용

농약은 농산물을 병해충과 잡초로부터 보호해 안정적인 생산을 가능하게 하는 중요한 수단이다. 하지만 그만큼 안전성에 대한 철저한 검증이 전제돼야 한다. 사람과 가축, 환경에 미칠 수 있는 영향을 면밀하게 확인해야만 농약으로 등록될 수 있다. 농약 1건을 개발하는 데 보통 5,000∼20,000마리 이상의 동물이 활용되고, 국립농업과학원은 농약의 안전성을 확보하기 위해 농약 원제는 23개 독성시험 항목, 농약 품목은 6개 독성시험 항목을 평가하고 있다.

국립농업과학원은 2008년부터 농약 독성평가 분야에 동물대체시험법을 적극적으로 도입해 왔다. 실험동물 수를 줄인 급성경구독성시험법을 시작으로, 동물을 세포나 조직세포로 대체하는 방법, 개를 이용한 만성독성시험 제출 조항 삭제 등 다양한 제도 개선을 추진해 왔다. 현재는 9개 항목 23가지 동물대체시험법이 농약관리법에 반영되어 실제 농약등록평가에 활용하여, 농약 등록에 사용되는 실험동물 사용 마릿수를 40% 정도 감소시켰다. 이는 단순히 시험법 몇 가지를 바꾼 데 그치지 않고 농약 등록평가가 동물복지와 과학적 진보를 함께 반영하는 방향으로 전환되고 있다는 의미이다.

첨단기술을 통한 농약 평가의 새로운 패러다임

최근에는 동물 사용을 줄이는 수준을 넘어, 동물을 사용하지 않는 평가체계를 만들기 위한 연구도 활발히 진행되고 있다. 인공지능(AI)을 활용한 독성예측기술, 오가노이드와 세포 기반 시험, 오믹스 기술 등이 대표적이다.

국립농업과학원에서는 2018년부터 동물을 전혀 활용하지 않는 평가시스템을 구축하기 위해 생명과학기술을 접목한 첨단독성시험법인 AI를 활용한 독성예측기술, 오가노이드 및 세포 기반 시험, 오믹스 기술 등 동물 없이도 농약의 독성을 더 정밀하게 평가하는 방법을 국내외 관련 연구기관과의 공동연구, 국제협력 추진 등 지속적으로 연구개발하고 있다.

AI활용 독성예측 예(화학구조 분석 활용) / 인체모사 3D 조직들의 예 / 장기칩 (organ-on-chip) 개념도 Ⓒ국립농업과학원

농약 독성평가에 동물대체시험법, 첨단독성시험법을 도입하고 이를 활용하는 것은 동물복지와 동물윤리를 존중하는 사회적 흐름에 부응함과 동시에, 실험동물 없이도 안전성을 평가하는 발전된 과학기술을 반영하는 국제적 흐름에 발맞추는 길이다.

사람의 안전과 동물의 복지, 함께 가는 길

농약 독성평가에 동물대체시험법과 첨단독성시험법을 도입하는 것은 시대적 요구에 부응하는 일이다. 동물복지와 동물윤리를 존중하는 사회적 흐름을 반영하는 일이면서, 동시에 실험동물 없이도 안전성을 평가할 수 있는 발전된 과학기술을 받아들이는 일이기도 하다.

우리나라 제21대, 제22대 국회에서는‘동물대체시험법의 개발・보급 및 이용 활성화법’제정안이 의원발의 되었고, 現 정부에서는‘사람과 동물이 더불어 행복한 사회’를 국정과제로 이행하고 있다.

이제 농약 안전성 평가는 더 이상 사람의 안전만을 위한 일이 아니다. 사람과 동물이 함께 안전한 방향으로 나아가는 과정이기도 하다.

국립농업과학원은 앞으로도 연구개발에 그치지 않고, 농약 독성평가분야에서 동물대체시험방법의 적용과 보급을 활성화하기 위한 법적·제도적 기반을 꾸준히 마련해 나갈 것이다. 사람의 안전을 지키고, 동물의 희생은 줄이며, 더 정밀한 과학으로 농업의 미래를 준비하는 것. 그것이 농약 등록평가가 나아가야 할 새로운 기준이다.

글=박수진 국립농업과학원 식물병방제과 농업연구사

정리=더농부

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