고수온 환경에 노출된 금붕어, Carassius auratus의 스트레스 및 면역력 조절에 미치는 녹색 발광다이오드(LED) 파장의 효과

Abstract

본 연구는 고수온 환경에 금붕어, Carassius auratus를 노출시킨 후, 녹색 LED 파장의 조사만으로도 금붕어 체내에서 유발되는 스트레스를 감소시키고 면역력을 증강시킬 수 있는 지를 확인하기 위하여 수행되었다. 또한, 스트레스 감소 및 면역력 증강 효과를 갖고 있는 멜라토닌을 처리한 실험구와 녹색 LED 파장만을 조사한 실험구의 금붕어를 대상으로 다양한 생리학적 변화 및 차이를 비교/조사하였다.

1. 고수온 환경 변화에 노출된 금붕어의 항산화 조절 시스템에 미치는 녹색 LED 파장의 효과

고수온 환경에 노출된 금붕어에 멜라토닌 처리 및 녹색 LED 파장을 조사한 후, 금붕어의 항산화력 및 면역력 변화를 비교/확인하기 위하여 항산화효소인 superoxide dismutase (SOD)와 catalase (CAT) 활성, mRNA 및 단백질 발현량 변화를 관찰하였다. 또한, 금붕어 체내에서 산화스트레스 변동 수준을 확인하기 위하여 혈장 내 hydrogen peroxide (H2O2) 및 lipid peroxidation (LPO) 농도를 분석하였고, 고수온 환경으로부터 유도된 활성산소로 인한 세포 내 핵 DNA의 손상 정도는 comet assay 방법으로 관찰하였다.

그 결과, 고수온(30 °C)에 노출된 금붕어에서는 SOD와 CAT 활성, mRNA 및 단백질 발현량이 유의적으로 증가하였지만, 멜라토닌 처리 및 녹색 LED 파장을 조사한 금붕어에서는 SOD와 CAT 활성, mRNA 및 단백질 발현량이 유의적으로 감소하는 경향이 관찰되었다. 또한, 고수온 환경으로부터 유도된 산화스트레스로 인하여 금붕어의 혈장 내 H2O2와 LPO 농도는 유의적으로 증가하였지만, 멜라토닌을 처리하거나 녹색 LED 파장을 조사한 금붕어에서는 혈장 내 H2O2와 LPO 농도가 유의적으로 감소하는 경향이 관찰되었다. 혈장 내 lysozyme의 활성 수준을 분석한 결과, 고수온 실험구의 금붕어에서는 lysozyme의 활성 수준이 유의적으로 감소하였으나, 멜라토닌을 처리한 실험구와 녹색 LED 파장을 조사한 실험구의 금붕어에서는 lysozyme의 활성 수준이 유의적으로 증가하였다. 또한, 고수온 스트레스로 인한 세포 내 핵 DNA의 손상 정도를 comet assay 방법으로 확인한 결과, 고수온 환경에 의해 유도된 산화스트레스는 금붕어의 간세포 내 핵 DNA를 손상시켰으나, 멜라토닌을 처리하거나 녹색 LED 파장을 조사함으로써 핵 DNA의 손상 정도가 감소된 것으로 나타났다.

따라서 고수온 환경에 노출로 인하여 금붕어 체내에서는 산화스트레스가 유도되었지만, 멜라토닌 처리 및 녹색 LED 파장의 조사는 고수온 환경에서 유도된 산화스트레스를 감소시키고 면역력을 증강시키는 효과가 있는 것으로 사료된다. 특히, 녹색 LED 파장의 조사만으로도 멜라토닌을 처리한 경우와 비슷한 효과를 보인 점으로 보아, 녹색 LED 파장의 조사만으로도 항산화력 및 면역력 증강 효과를 충분히 발휘할 수 있는 것으로 사료된다.

2. 고수온 환경 변화에 노출된 금붕어의 스트레스 및 면역력에 미치는 녹색 LED 파장의 효과

고수온 환경에 노출된 금붕어에 멜라토닌 처리 및 녹색 LED 파장을 조사한 후, 금붕어의 스트레스 및 면역력 변화를 비교/확인하기 위하여 갑상선호르몬인 triiodothyronine (T3)과 thyroxine (T4) 농도 및 갑상선호르몬 수용체(thyroid hormone receptor

TR) mRNA의 발현량 변화를 관찰하였다. 또한, 실험구별로 금붕어가 감지하는 스트레스 정도의 차이를 확인하기 위하여 혈장 내 cortisol과 glucose 농도를 분석하였고, 고수온 환경에 노출된 금붕어의 면역력 차이 여부는 lysozyme과 immunoglobulin M (IgM)의 변화를 통하여 분석하였다.

그 결과, 고수온(30 °C)에 노출된 금붕어의 혈장 내 T3와 T4 농도 및 TR mRNA의 발현량은 대조구(22 °C)의 금붕어에 비하여 유의적으로 증가하는 경향이 관찰되었다. 그러나 고수온 스트레스 환경에 노출되었음에도 불구하고 멜라토닌을 처리한 실험구 및 녹색 LED 파장을 조사한 실험구의 금붕어에서는 혈장 내 T3와 T4 농도 및 TR mRNA의 발현량이 유의적으로 감소하는 경향이 관찰되었다. 또한, 고수온 환경은 금붕어에게 스트레스 요인으로 작용하여 혈장 내 cortisol과 glucose 농도가 증가하는 경향이 관찰된 반면, 멜라토닌 처리 및 녹색 LED 파장을 조사한 실험구에서는 혈장 내 cortisol과 glucose 농도가 유의적으로 감소하는 경향이 관찰되었다. 특히, 멜라토닌을 처리한 실험구에서는 처리 시간이 경과될수록 인위적으로 주입된 멜라토닌의 약효(스트레스를 감소시키는 능력)는 감소된 반면, 녹색 LED 파장을 조사한 실험구에서는 실험기간 동안 지속적으로 스트레스가 감소하고 있음을 확인할 수 있었다. 고수온 스트레스 환경으로 인하여 면역 인자인 lysozyme mRNA 발현과 IgM 활성 및 단백질 발현은 유의적으로 감소하였지만, 멜라토닌을 처리하거나 녹색 LED 파장을 조사한 경우에는 lysozyme mRNA 발현과 IgM 활성 및 단백질 발현이 유의적으로 증가하는 경향이 관찰되었다.

따라서 고수온 환경에 금붕어를 노출시킨 경우, 금붕어 체내에서는 스트레스가 유도됨과 동시에 체내 면역력이 저하되었으나, 멜라토닌의 처리 및 녹색 LED 파장의 조사는 고수온 스트레스 환경으로부터 유도된 스트레스를 감소시키고 면역력을 증강시키는데 효과가 있는 것으로 사료되었다. 또한, 스트레스 감소 및 면역력 증강과 관련하여 금붕어에 인위적인 멜라토닌 처리는 처리 후 시간이 경과할수록 그 약효는 감소되었지만, 녹색 LED 파장의 조사는 멜라토닌 처리에 비하여 스트레스 감소 및 면역력 증강 효과도 탁월할 뿐만 아니라, 녹색 LED 파장에 노출되어 있는 한 지속적으로 그 효과를 유지시킬 수 있는 것으로 판단된다.