Simultaneous determination of 20 veterinary drugs in grass carp by HPLC-MS/MS
본 연구는 통과형 고상 추출법과 동위원소 희석법을 활용하여 초록잉어 내 20종의 수의용 의약품 잔류물을 동시에 정량하기 위한 간단하고 정확한 HPLC-MS/MS 분석법을 확립하였으며, 우수한 선형성, 회수율 및 정밀도를 입증하였다.
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우리가 식사를 할 때마다, 우리의 몸은 천연 성분과 인간의 활동에 의해 도입된 성분을 포함한 복잡한 화학 물질의 세계에 노출됩니다. 양식업계에서 농부들은 마치 의사가 사람에게 항생제를 처방하는 것처럼, 물고기를 건강하고 잘 자라게 하기 위해 합성 의약품을 자주 사용합니다. 이러한 약물 중 가장 흔한 것들은 박테리아를 죽이기 위해 설계된 플루오로퀴놀론(fluoroquinolones)과 설폰아미드(sulfonamides)라는 두 종류의 약물 계열, 그리고 이들이 더 잘 작용하도록 돕는 트리메토프림(trimethoprim)이라는 제3의 성분입니다. 이러한 치료법이 물고기를 보호해주기는 하지만, 약물을 주의 깊게 사용하지 않을 경우 우리가 먹는 고기에 미세한 흔적이 남을 수 있다는 진정한 우려가 존재합니다. 이러한 잔류물은 우리 몸에 축적되어 잠재적으로 장내 박테리아의 섬세한 균형을 깨뜨리거나, 더 이상 약물에 반응하지 않는 박테리아의 성장을 촉진할 수 있습니다. 식품을 안전하게 유지하기 위해 전 세계 정부들은 식용 물고기에 이 약물들이 얼마나 남아 있을 수 있는지에 대해 엄격한 제한을 설정해 두었으며, 이는 과학자들이 아주 적은 양까지도 찾아낼 수 있는 방법을 개발해야 할 필요성을 만들어냈습니다.
과학자들의 과제는 물고기 살이 테스트하기 까다로운 환경이라는 점입니다. 물고기 살은 단백질과 지방이 풍부하여, 약물 잔류물을 숨기거나 이를 감지하는 기계의 작동을 방해할 수 있습니다. 마치 끈적거리고 다른 부스러기가 가득한 건초더미 속에서 특정 바늘 하나를 찾는 것을 상상해 보십시오. 바늘을 뽑아내기 위해 사용하는 도구가 건초 때문에 막히거나 혼란을 겪을 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 중국 산둥 민물 어업 연구소의 연구원들은 널리 양식되고 소비되는 물고기인 초Cy(grass carp, 초Cy)에 집중했습니다. 그들은 각 유형을 개별적으로 테스트하는 대신, 20가지의 서로 다른 수의학적 약물을 한 번에 확인할 수 있는 단일하고 효율적인 방법을 만들기 위해 노력했습니다. 그들의 목표는 복잡한 세척이나 건조 단계 없이도, 약물 흔적만을 남기고 물고기 살의 지저분한 부분들을 제거할 수 있는 공정을 구축하는 것이었습니다.
연구진은 먼저 물고기 근육의 작은 조각을 취해 약물을 조직에서 추출하기 위해 액체 용매와 혼합했습니다. 그들은 특정 용매가 약물을 녹여내는 데 가장 효과적인 동시에, 물고기의 단백질을 서로 뭉치게 하여 분리해낸다는 것을 발견했습니다. 다음 단계에 적합할 만큼 액체를 충분히 건조하기 위해, 그들은 남은 수분을 흡수하는 소량의 건조 염(drying salt)을 첨가했습니다. 그 후 혼합물을 고속으로 회전시켜 고체 입자와 액체를 분리했습니다. 추출된 약물을 포함하고 있는 투명한 액체는 미세한 알갱이들로 채워진 특수 카트리지를 통과했습니다. 이 단계는 원치 않는 지방과 단백질을 잡아두면서도 약물 분자는 그대로 통과시키는 필터 역할을 하여, 시간이 오래 걸리는 복잡한 세척이나 건조 과정 없이도 시료를 효과적으로 정화했습니다.
시료가 깨끗해지자, 이를 고속 분류 및 감지기 역할을 하는 정교한 기계에 주입했습니다. 기계는 먼저 약물 분자들이 관을 통해 이동하는 방식에 따라 서로 다른 약물을 분리한 다음, 분자 파편의 무게를 측정하여 이를 식별했습니다. 결과의 정확성을 보장하기 위해, 과학자들은 테스트 전 샘플에 알려진 양의 '쌍둥이' 버전의 각 약물을 추가했습니다. 이 쌍둥이들은 실제 약물과 화학적으로 동일하지만 약간 더 무거워서, 기계가 자연적으로 존재하는 약물과 측정을 위해 추가된 약물을 구별할 수 있게 해줍니다. 이 기술을 통해 연구진은 물고기 살 자체로부터 오는 간섭을 교정하여, 최종 수치가 실제 존재하는 약물의 양을 정확히 반영하도록 했습니다.
이 방법은 매우 효과적인 것으로 증명되었습니다. 연구진은 깨끗한 물고기 샘플에 알려진 양의 20가지 약물을 첨가하여 테스트한 결과, 추가된 약물의 78.8%에서 115.6% 사이를 회수할 수 있었으며 결과의 변동성도 매우 적었습니다. 이러한 수준의 정확도는 이 방법이 규제에서 정한 안전 기준보다 훨씬 낮은 매우 낮은 수준에서도 약물을 감지할 만큼 신뢰할 수 있음을 의미했습니다. 연구팀이 산둥성 전역의 양식장에서 수집한 실제 물고기 샘플에 이 새로운 방법을 적용했을 때, 대부분의 약물은 검출되지 않았으나 특정 두 종류의 플루오로퀴놀론 흔적이 일부 초Cy에서 발견되었습니다. 발견된 양은 적었으며 법적 안전 기준 범위 내에 있었지만, 이들의 존재는 이 방법이 실제 환경에서 잔류물을 성공적으로 찾아낼 수 있음을 확인시켜 주었습니다.
이 연구는 식품 안전 검사관들이 단 한 번의 테스트로 광범위한 수의학적 약물을 모니터링할 수 있는 간소화된 방법을 제공합니다. 세척 과정을 단순화하고 정밀한 측정 기술을 사용함으로써, 연구진은 빠르고 정확한 도구를 만들어냈습니다. 이러한 능력은 우리가 접하는 생선이 먹기에 안전하다는 것을 보장하고, 양식업에서의 약물 사용이 통제된 상태로 유지되도록 하여, 약물 잔류물 축적의 위험으로부터 인간의 건강과 환경을 모두 보호하는 데 필수적입니다.
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