기후 변화에 관련 있는 대기 오염물질이 알레르기 철에 급격히 발생하는 재채기, 콧물, 천명 등에도 주요한 원인물질로 작용하는 것이 확인되었다. 독일 막스플랑크 연구소의 연구진은 이산화질소, 지상 오존 등의 가스 물질이 공기 중 특정한 알레르기 유발원(allergen)의 화학적 변화를 유발하여, 이의 효력을 강화시킬 수 있다고 밝혔다. 이러한 대기 오염물질이 전지구적 기후의 변화와의 결합이, 공기로 인한 알러지가 점점 더 일반화되고 있는 현상을 설명해준다고 덧붙였다. 이번 연구 결과는 제249회 미국화학회 학술대회에 발표될 예정이다.

Ulrich Poschl 박사는 “과학자들은 오랜 기간, 대기 오염물질과 기후 변화가 전세계적인 알레르기 유행 증가와 관련이 있음을 의심하였다. 하지만 이러한 현상 뒤에 감춰진 화학 과정을 이해하는데 그간 어려움이 존재하였다. 이번 연구는 시작에 불과하지만, 알레르기 유발 단백질의 화학적 변성이 어떻게 발생하고 알레르기 항원성에 어떠한 영향을 미치는지 이해하는데 일조할 것”이라고 설명한다.

미국 알레르지, 천식, 면역학회에 따르면, 미국 내 약 5000만 명이 코와 관련한 알레르기로 고통 받고 있으며 환자 수는 계속해서 증가하고 있다. Poschl 박사와 동료 연구진은, 이전 연구를 통해 알레르기를 유발하는 물질이 공기 중에서 어떻게 변환되는지를 살펴보았다. 이를 바탕으로, 교통과 관련한 대기 오염물질이 이러한 알레르기 항원의 세기 증가에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자, 심도 있는 후속 연구를 수행하였다.

연구진은 실험실 테스트와 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 다양한 수준의 오존과 이산화질소가 Bet v1으로 불리는 자작나무 꽃가루 알레르기 항원에 미치는 영향을 살펴보았다. 연구진은 스모그 현상의 주요 요소인 오존이 Bet v1 단백질 형성을 돕는 타이로신 아미노산을 산화하는 것을 확인하였다. 이러한 전환 과정은 반응성 산소 중간물질을 포함한 화학 반응 사슬 운동을 구성하고, 단백질 구조 변화 및 잠재적인 생물학적 효과에도 영향을 줄 수 있는 단백질 간 결합을 유도할 수 있다. 이러한 전환 과정을 통해 교차 결합된 단백질의 알레르기 유발 효과는 더욱 강화되게 된다.

또한 Poschl 박사팀은 자동차 배출 가스인 이산화질소가 Bet v 1 알레르기 유발 단백질의 극성 및 결합력을 변화시킬 수 있음을 확인하였다. 연구진은, 이러한 현상이 오존 효과와 결합할 경우 알레르기 유발 입자에 대한 신체 면역 반응이 더욱 심화될 것으로 예상하였으며, 특히 습하고 스모그가 심한 환경에서 두드러질 것으로 보았다.

연구진은 환경 내 기타 변성된 알레르기 유발 단백질을 추가적으로 규명하고자 계획 중이며, 생체의학 연구팀과의 공동 연구를 통해 인체 면역 체계에 미치는 영향을 심도 있게 연구하고자 한다. 연구진은 “이번 연구 결과는 알레르기 유발 단백질의 화학적 변성이 전세계적 알레르기 유행 증가에 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다. 이러한 오염물질 증가는 더 많은 단백질 변성을 유도할 것이며, 결국 단백질의 알레르기 유발 잠재력에도 영향을 미칠 것”이라고 강조하였다.

 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 3월 25일]

A pair of air pollutants linked to climate change could also be a major contributor to the unparalleled rise in the number of people sneezing, sniffling and wheezing during allergy season. The gases, nitrogen dioxide and ground-level ozone, appear to provoke chemical changes in certain airborne allergens that could increase their potency. That, in combination with changes in global climate, could help explain why airborne allergies are becoming more common.

The findings will be presented today at the 249th National Meeting & Exposition of the American Chemical Society (ACS).

"Scientists have long suspected that air pollution and climate change are involved in the increasing prevalence of allergies worldwide. But understanding the underlying chemical processes behind this phenomenon has proven elusive," says Ulrich Pöschl, Ph.D., of the Max Planck Institute in Germany. "Our research is just a starting point, but it does begin to suggest how chemical modifications in allergenic proteins occur and how they may affect allergenicity."

About 50 million people in the United States suffer from nasal allergies, according to the American College of Allergy, Asthma and Immunology. And those numbers are on the rise.

In previous work, Pöschl; Christopher Kampf, Ph.D.; Manabu Shiraiwa, Ph.D.; and colleagues at the Max Planck Institute explored how allergy-causing substances are altered in the air. Building on that work, they decided to dig deeper into how that happens and examine how traffic-related air pollutants could increase the strength of these allergens.

In laboratory tests and computer simulations, they studied the effects of various levels of ozone and nitrogen dioxide on the major birch pollen allergen called Bet v 1.

The researchers determined that ozone -- the main component of smog -- oxidizes an amino acid called tyrosine that helps form Bet v 1 proteins. This transformation sets in motion a chain of chemical reactions that involves reactive oxygen intermediates and can bind proteins together, altering their structures and their potential biological effects. When this occurs, Kampf says the cross-linked proteins can become more potent allergens.

Pöschl's team also found that nitrogen dioxide, a component of automobile exhaust, appears to alter the polarity and binding capabilities of Bet v 1 allergenic proteins. This, in conjunction with the effects of ozone, the researchers predict, may enhance the immune response of the body to these particles, particularly in humid, wet and smoggy environments.

The scientists plan to identify other modified allergenic proteins in the environment and hope, in collaboration with biomedical researchers, to study their effects on the human immune system, which may also be affected by other physiological factors.

"Our research is showing that chemical modifications of allergenic proteins may play an important role in the increasing prevalence of allergies worldwide," Kampf says. "With rising levels of these pollutants we will have more of these protein modifications, and in turn, these modifications will affect the allergenic potential of the protein."

The researchers acknowledge funding by the Max Planck Society.