식품 포장 분야에서 바이오센서와 바이오폴리머 기반 나노복합체, 즉 바이오나노복합체의 통합이 점차 산업 전문가들에 의해 인식되고 있으며, 이는 식품의 품질과 안전에 대한 우려가 증가함에 따라 주도되고 있습니다. 식품 포장에 내장된 바이오센서는 포장된 상품의 미생물에 의한 변질을 지속적으로 모니터링함으로써 식품의 완전성을 유지하는 핵심 요소로 업계를 변화시킬 준비가 되어 있다. 동시에, 탁월한 기계적, 열적, 광학적, 항균적 특성으로 인해 바이오폴리머 기반 나노복합체의 연구와 적용이 크게 확대되었다. 이러한 특성은 이들을 혁신적인 포장 솔루션에 적합한 주요 재료로 만든다. 그러나 지능형 식품 포장 시스템 발전에 바이오센서와 바이오나노복합체를 사용하는 잠재적인 장애물과 전망을 탐구하는 것은 아직 충분하지 않다. 바이오나노복합체와 바이오센서의 융합을 제안하는 것은 스마트 포장 산업을 재정의하는 획기적인 단계로, 이 기술들을 더 깊이 이해하여 지속 가능하고 경제적으로 실행 가능한 스마트 포장 옵션의 개발을 촉진할 필요성을 강조한다. 이 리뷰는 바이오센서와 바이오나노복합체에 대한 기존 연구와 개발 동향을 철저히 검토하고, 가까운 미래에 스마트 식품 포장 산업에서 진전을 이끌어 낼 앞으로의 도전과 기회를 강조하는 데 전념하고 있다.

기후 변화로 인한 해양 온도 상승으로 해양생물독소의 발생 빈도가 점점 증가하고 있으며, 이는 식품 안전과 공중 보건에 중대한 위협을 가하고 있다. 해양생물독소를 검출하기 위한 기존의 방법인 마우스 생체검사(MBA), 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC), 액체 크로마토그래피-질량 분석법(LC-MS) 등은 절차가 오래 걸리고 비용이 많이 든다는 한계가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 대안으로 바이오센서 기술이 유망한 해결책으로 부상하고 있다. 이러한 바이오센서는 세포, 항체, 압타머, 펩타이드와 같은 바이오리셉터를 이용해 해양생물독소를 신속하고 정확하게 검출한다. 본 리뷰에서는 다양한 종류의 바이오리셉터를 논의하고, 해양생물독소 검출을 위한 바이오센서 기술의 최근 발전을 탐구한다. 또한, 이러한 바이오리셉터의 장점을 강조하며, 해양생물독소 검출을 위한 바이오센서 성능 향상을 위한 미래 연구 방향을 고려한다.

도모익산(domoic acid) 군 독소는 기억상실성 패류중독(amnesic shellfish poison, ASP)을 유발하는 해양생물독소이다. 도모익산은 주로 규조류 Pseudonitzchia sp. 에서 생성되어 이매패류의 체내에 축적되어 독화된다. 우리나라 연안에서는 봄철과 가을철에 Pseudonitzchia sp.의 출현이 보고되고 있으며, 수산물 내 도모익산 군 독소의 함량 기준을 설정하여 관리하고 있다. WHO와 EFSA에서는 선제적 안전관리를 위하여 인체노출안전기준안을 제안하여 관리하고 있다. 본 연구는 도모익산 군 독소의 이화학적 특성, 분석법, 인체 노출 사례와 국내외 관리 현황 등의 자료를 검토하여 도모익산 군 독소의 체계적인 모니터링과 안전관리의 기반을 마련하고자 수행되었다.

식품의약품안전처는 기후 변화 및 수입 식품 다변화에 따른 위험 요소에 선제적으로 대응하기 위해 신규 출현 가능 해양생물독소 뿐만 아니라 현재 관리하고 있는 분야까지 포함한 '해양생물 독소의 선제적 대응을 위한 안전관리망 구축' 사업을 5년에 걸쳐 추진하고 있다. 이 사업을 통해 국내 연안에서 발생하는 해양생물독소 뿐만 아니라 해외에서 발생하는 독소 사고에 신속하게 대응함으로 새로운 해양독소의 유입과 피해를 방지하고, 국내외에서 관리되는 독소 및 신규 독소를 국가 차원에서 관리 감독할 수 있는 시스템을 마련하여 우리나라 수산물 안전관리 수준을 국제적으로 향상시켜 국내 수산업의 안전을 강화하고 수출 경쟁력 확보에도 기여할 것으로 기대된다.

마비성 패류독소 중독증(paralytic shellfish poisoning; PSP)은 삭시톡신과 그 유사체로 오염된 패류를 섭취했을 때 발생하며, 저림, 구토 등의 증상에서부터 근육 마비와 심각한 경우 호흡 마비로 이어져 사망에 이를 수 있다. 독성등가계수(toxic equivalency factors; TEFs)는 다양한 마비성 패류독소의 독성을 표준화하여 위험성을 평가하는데 사용된다. 마비성 패류독소를 검출하기 위해 사용되던 마우스 생체 실험(mouse bioassay; MBA)에 대한 윤리적 문제가 제기되면서 고성능액체크로마토그래피와 같은 기기 분석법으로의 전환이 시도되고 있지만, 유사체들의 적절한 TEF를 설정하기 위해서는 여전히 동물 모델을 통한 생체 내 독성 데이터가 필수적이다. 본 연구에서는 동물 수를 줄이면서도 신뢰할 수 있는 경구투여 독성 결과를 얻기 위해 삼단계 반응표면-경로 (three-level RSP) 설계를 사용했다. 인증 표준 물질을 이용하여 각 독소의 초기 용량과 조정 계수를 결정하고 시험을 진행했으며, STX.2HCl, NeoSTX, dcSTX, GTX1&4, GTX2&3, dcGTX2&3의 반수치사량 (및 TEF) 값은 각각 451.3 (1.00), 306.5 (1.47), 860.9 (0.52), 644.5 (0.70), 915.3 (0.49), 2409.3 (0.19)로 나타났다. 도출된 TEF 값은 2016년 WHO에서 권고한 TEF 값뿐만아니라, 이전에 보고된 경구 투여 반수치사량을 기반으로 한 TEF 값과 강한 상관관계를 보였다. 본 연구는 마비성 패류독소 뿐만 아니라 신규 미관리 해양생물독소에 대해 적절한 TEF를 설정하는 데 있어 삼단계 반응표면경로 설계를 윤리적 우려와 신뢰할 수 있는 독성 데이터의 필요성 사이에서 효과적으로 균형을 맞출 수 있는 방법으로 제안한다.

테트로도톡신(tetrodotoxin, TTX)은 강력한 해양생물 유래 신경독소로, 수산물 내 TTX를 검출하기 위해 기존에 주로 사용되는 mouse bioassay (MBA)와 LC-MS/MS 기법은 낮은 검출한계와 동물 윤리 문제 등의 한계가 있어 이를 대체할 새로운 시험법 개발이 필요합니다. Neuro-2a assay는 대표적인 세포기반 대체 시험법으로, 이 방법은 마우스 신경모세포인 Neuro-2a 세포주에 ouabain (O)과 veratridine (V)을 처리하여 과도한 Na+ 유입으로 인한 세포 사멸을 유도한 후, Na+ 채널 억제제인 TTX가 Na+ 유입을 차단해 세포를 보호하는 원리를 이용해 TTX를 정량합니다. 본 연구에서는 Neuro-2a assay를 국내 실험실 환경에 적용하기 위해 TTX 처리 조건과 O/V 농도 등의 매개변수를 최적화하였습니다. 그 결과, 최적 O/V 농도로 600/60 µM를 설정하였으며, S자형 용량-반응 곡선이 도출되는 8가지 농도(50-0.195 ng/mL)를 확인하였습니다. 또한, 24번의 반복 실험을 통해 데이터의 신뢰도를 평가할 수 있는 6가지 data criteria를 확립하였으며, 이 중 EC50 값은 약 3.824-1.268 ng/mL로 나타났습니다. 실험실 간 변동성 비교 결과, COV+와 Bottom OD값을 제외한 모든 품질 관리 기준(quality control criteria)과 데이터 기준(data criteria)의 변동계수(CVs)는 1.31-14.92%로 도출되어, 실험의 적정성과 재현성이 확인되었습니다. 본 연구는 국내에서 활용 가능한 TTX 검출용 Neuro-2a assay의 최적 조건과 신뢰성을 평가할 수 있는 quality control criteria와 data criteria를 제시하였습니다. 아울러, TTX뿐만 아니라 유사체인 4,9-anhydroTTX에 대한 TEF 값을 0.2098로 산출하여, TTX뿐 아니라 다양한 유사체의 검출이 가능함을 확인하였습니다. 향후, 본 시험법은 국내 수산물 내 TTX 검출을 위한 MBA 대체법으로 활용될 것으로 기대됩니다.

이 연구는 신경독성을 나타내는 cyclic imine (CI) 독소의 한국 내 수입되는 패류 내의 오염 수준을 분석한 것으로, LC/MS/MS를 통해서 spirolide, pinnatoxin, gymnodimine 유도체 7종을 대상으로 분석하였다. 총 21개의 수입산 패류를 수집하여 분석한 결과, 뉴질랜드산 홍합에서 SPX C가 227.84 ppt, 칠레산 홍합에서 PnTX G가 80.42 ppt, 뉴질랜드산 홍합에서 Gym A가 118.79 ppt로 검출되었다. 이러한 결과는 수입산 패류에서 CI 독소가 초래할 잠재적인 위협의 가능성을 나타내며, 소비자 건강 보호를 위하여 지속적인 모니터링의 필요성을 시사한다. 또한 이러한 독소가 포함된 패류 제품에 대한 규제 조치의 시행이 필요함을 시사하며, 이를 보다 잘 이해하고 관리하기 위한 지속적인 연구가 필요하다.

Palytoxin (PLTX)는 자연계 해양생물독소 중 가장 강력한 독소로, 전 세계적으로 관리되지 않는 해양생물독소이다. PLTX는 Oetreopsis, Palythoa, Trichodesmium sp. 등에서 발견된다. 이러한 해양생물독소가 식용 해산물에서 발견될 경우, 공중보건에 심각한 위험을 초래할 수 있다. 기후변화로 인한 Ostreopsis sp.의 서식지 확장은 국내 수산식품의 PLTX 오염에 대한 우려를 불러일으킬 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 국내에 유통되는 국내산 패류에서 PLTX의 오염도 수준을 분석하였다. 그 결과, 실제 시료에서는 PLTX의 유의미한 농도가 검출되지 않았다. 이러한 결과는 국내에서 생산되는 패류는 PLTX에 오염되지 않았음을 기기분석법으로 확인하였으며, 이는 패류 섭취에 대한 안전성을 제공한다.

본 연구에서는 국내산 검복의 테트로도톡신 및 그 유사체를 UHPLC-QqQ MS를 이용하여 분석하였다. 테트로도톡신 분석법의 직선성, 검출 한계, 정량 한계, 정확성 및 정밀성을 확인한 뒤 국내산 검복의 부위별 테트로도톡신 함량을 분석한 결과 대부분의 시료에서 테트로도톡신이 검출되었으며 정소를 제외한 모든 부위에서 테트로도톡신이 검출되었다. 검복의 테트로도톡신 함량은 난소에서 0.27-67.7 mg/kg으로 가장 높았으며 껍질과 간에서도 가식 부위인 정소와 근육에 비해 높은 농도의 테트로도톡신이 검출되었다. 테트로도톡신 유사체의 경우, 국내산 검복에서 4,9-anhydroTTX, deoxyTTX, dideoxyTTX, trideoxyTTX, norTTX가 검출되었으며 이 중 trideoxyTTX는 국내산 검복의 모든 부위에서 주요 테트로도톡신 유사체로 확인되었다. 본 연구를 통해 국내산 검복의 테트로도톡신 및 그 유사체 함량 및 조성을 이해하고, 국내 해양생물 독소 연구에 해당정보가 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 국내산 양식 자주복의 테트로도톡신 및 그 유사체를 UHPLC-QqQ MS를 이용하여 분석하였다. 테트로도톡신 분석법의 직선성과 일내 및 일간 정확도와 정밀성, 검출 한계, 정량 한계를 구한 결과 CODEX 가이드라인 기준에 적합하였다. 국내산 양식 자주복의 부위별 테트로도톡신 함량을 분석한 결과 일부 시료의 간과 근육 부위를 제외한 대부분의 시료에서 테트로도톡신이 검출되지 않았으며, 검출된 시료도 간과 근육 부위에서는 각각 0.07 mg/kg, 0.06 mg/kg의 낮은 농도로 테트로도톡신이 검출되었다. 테트로도톡신 유사체의 경우 국내산 양식 자주복에서 dideoxyTTX, trideoxyTTX, norTTX가 검출되었다. 이 중 dideoxyTTX는 국내산 양식 자주복의 모든 부위에서 주요 테트로도톡신 유사체로 확인되었다. 본 연구를 통해 국내산 양식 자주복의 테트로도톡신 및 그 유사체 분포를 이해하는데 도움을 줄 수 있으며 국내 해양생물 독소 데이터베이스 구축에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

본 연구는 제주도 모슬포 해역에서 채집된 대형 포식성 복족류인 붉은입두꺼비고둥(Tutufa bufo) 두 개체를 대상으로 테트로도톡신(TTX) 존재 여부를 조사하였다. 일본에서 채집된 붉은입두꺼비고둥의 내장에서 TTX가 검출된 사례가 보고된 바 있으며, 최근 제주도 남부 해역에서 해당 종이 혼획되고 있으나, 한국 해역에 분포하는 붉은입두꺼비고둥의 TTX 축적에 대한 정보는 부족하다. 이에 본 연구에서는 경쟁적 효소면역분석법(cELISA) 을 사용하여 붉은입두꺼비고둥의 주요 연조직(전타액선, 구강부, 소화선, 생식소, 아가미, 신장, 근육, 후타액선)을 분석하였다. 분석 결과, 모든 조직에서 TTX 농도는 검출 한계 미만으로 나타났다. 그러나 TTX 축적에는 개체 간, 지역적, 계절적 변동 가능성이 존재할 수 있으므로, 한국 해역에서 붉은입두꺼비고둥의 TTX 축적 위험을 정확하게 평가하기 위해서는 추가적인 시료 확보와 계절별 연구가 요구된다.

본 연구는 국내에 수입되는 다양한 종류의 패류를 대상으로 미관리 독소인 AZA와 AZA유사체 4종에 대한 동시 검출법을 확립하였다. 2020-2023년 기간동안 수집된 수입 패류 467샘플을 대상으로 모니터링을 수행한 결과, 러시아에서 수입된 돌조개 2점에서 AZA-2가 정량한계 이하로 검출된 것을 확인하였다. 이는 해외의 AZA관리 기준에 미치치 않는 미량의 독소로 인체에 위해도는 없는 것으로 판단되었다. 본 연구에서 개발된 시험법으로 수입산 패류의 안전관리에 기여할 수 있을 것이다.

Marine microalgal biotoxins can accumulate in seafoods, posing significant risk to human health. These toxins include tetrodotoxin (TTX) and can cause paralytic shellfish poisoning (PSP), diarrhetic shellfish poisoning (DSP), and amnesic shellfish poisoning (ASP). With accelerating climate change, the frequency and intensity of harmful algal blooms capable of producing biotoxins have increased. In South Korea, the Ministry of Food and Drug Safety (MFDS) regulates traditional toxins, including TTX and toxins causing PSP, DSP, and ASP. In contrast, the U.S. Food and Drug Administration (FDA) and European Food Safety Authority (EFSA) have established regulatory standards for a broader spectrum of marine biotoxins, including yessotoxins (YTXs), brevetoxins (BTXs), azaspiracids (AZAs), and ciguatoxins (CTXs), to ensure seafood safety. To effectively address this global concern, the MFDS launched an R&D project entitled "Establishment of the Safety Management System for Marine Biotoxins" (2020-2024). This project focused on enhancing analytical methods to detect unregulated toxins, assessing contamination levels, and developing rapid detection techniques. The project proposal emphasizes the need to establish a comprehensive monitoring system to mitigate future risks, particularly as climate change expands the range of toxic marine species. This project aims to advance our understanding of marine biotoxin contamination and strengthen seafood safety measures in South Korea by aligning them with international standards. This special issue compiles knowledge accumulated and technical advancements related to marine biotoxins, stemming from the outcomes of this project. It includes 12 papers describing analyses of various regulated and unregulated marine biotoxins, the current prevalence of seafood contamination, toxicity assessments, rapid analytical methods, and the state of safety management.