[논문]이산화염소 처리에 따른 화랑곡나방 아세틸콜린에스터레이즈 활성 증가와 음성주광성 행동 변화

김민현; 권혁; 권현식; 김욱; 김용균

doi:10.5656/ksae.2015.05.0.078

이산화염소 처리에 따른 화랑곡나방 아세틸콜린에스터레이즈 활성 증가와 음성주광성 행동 변화
Enhanced Acetylcholinesterase Activity of the Indianmeal Moth, Plodia interpunctella, Under Chlorine Dioxide Treatment and Altered Negative Phototaxis Behavior 원문보기

한국응용곤충학회지 = Korean journal of applied entomology, v.55 no.1, 2016년, pp.27 - 33

김민현 (안동대학교 식물의학과) , 권혁 (고려대학교 바이오시스템공학과) , 권현식 (고려대학교 바이오시스템공학과) , 김욱 (고려대학교 바이오시스템공학과) , 김용균 (안동대학교 식물의학과)

초록
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이산화염소는 병원미생물에 대한 소독제로 사용되고 있다. 최근 저곡해충에 대한 이산화염소의 산화적 스트레스에 의한 살충력이 확인되었다. 그러나 이산화염소의 산화적 스트레스에 의한 대상 곤충의 체내 분자 종말점에 대해서는 알려지지 않았다. 본 연구는 화랑곡나방(Plodia interpunctella)의 아세틸콜린에스터레이즈가 이산화염소의 분자표적으로 가정하고 노출에 따른 이 효소의 활성을 분석하였다. 아세틸콜린에스터레이즈 활성은 화랑곡나방 발육 시기에 따라 상이했다. 화랑곡나방 5령 유충에서 치사를 일으킬 수 있는 이산화염소 농도 처리는 아세틸콜린에스터레이즈 활성을 뚜렷하게 증가시켰다. 또한 훈증제 형태의 이산화염소 처리에서도 아세틸콜린에스터레이즈 활성 증가가 유발되었다. 화랑곡 나방 5령 유충은 음성주광성을 보이는 데, 이산화염소 처리는 이 선천성 행동을 교란하였다. 이러한 결과는 아세틸콜린에스터레이즈가 이산화염소 처리에 따른 산화적 스트레스의 분자표적 가운데 하나라는 것을 제시하고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Chlorine dioxide has been used as a disinfectant against microbial pathogens. Recently, its insecticidal activity has been known against stored insect pests by oxidative stress. However, any molecular target of the oxidative stress induced by chlorine dioxide has been not known in insects. This study assessed an enzyme activity of acetylcholinesterase (AChE) as a molecular target of chlorine dioxide in the Indianmeal moth, Plodia interpunctella. AChE activities were varied among developmental stages of P. interpunctella. Injection of chlorine dioxide with lethality-causing doses significantly increased AChE activity of the fifth instar larvae of P. interpunctella. Exposure of the larvae to chlorine dioxide fumigant also significantly increased AChE activity. The fifth instar larvae of P. interpunctella exhibited a negative phototaxis. However, chlorine dioxide treatment significantly interrupted the innate behavior. These results suggest that AChE is one of molecular targets of oxidative stress due to chlorine dioxide in P. interpunctella.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 이산화염소의 노출에 따라 살충력이 검증된 화랑곡나방(P. interpunctella)에 대해서 체내 분자표적을 추적하는 데 궁극적 목표를 두었다. 화랑곡나방에 대해서 이산화염소 훈증 처리에 따라 24 시간 이내에 급성 독성을 보인 점과 거짓쌀도둑거저리에 대해서는 회피행동 유발을 시킨 것을 바탕으로 중추신경계에서 신경활동을 조절하는 아세틸콜린에스터레이즈(acetylcholinesterase: AChE)를 대상으로 추적하였다.

제안 방법

이를 위해 화랑곡나방 발육 시기에 따른 AChE의 활성 변이를 분석하였고, 이후 특정 시기를 대상으로 이산화염소 노출에 따른 활성변이를 비교하였다. 또한 이러한 AChE의 활성 변이가 화랑곡나방의 행동 이상 유발과의 인과관계를 추적하기 위해 화랑곡나방이 갖는 음성주광성을 이산화염소 노출 실험과 연계하였다.
즉, 이산화염소 처리에 따라 화랑곡나방 AChE의 활성변화가 유발 되는지에 연구의 목표를 두었다. 이를 위해 화랑곡나방 발육 시기에 따른 AChE의 활성 변이를 분석하였고, 이후 특정 시기를 대상으로 이산화염소 노출에 따른 활성변이를 비교하였다. 또한 이러한 AChE의 활성 변이가 화랑곡나방의 행동 이상 유발과의 인과관계를 추적하기 위해 화랑곡나방이 갖는 음성주광성을 이산화염소 노출 실험과 연계하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 화랑곡나방은 실내 누대 사육충으로 1994년대구의 건조 채소류 저장창고에서 채집되었다. 이후 유충은 인공사료(800 g rice bran, 200 g 이스트 추출물, 500 mL 글리세롤, 2 g sorbic acid, 2 g methyl p-hydroxybenzoate)를 이용하여 온도 28 ± 1℃, 상대습도 65-75%, 일장 16:8 (L:D) h 조건의 배양기에서 누대 사육되었다.
본 연구에 이용된 이산화염소는 800 ppm의 저장 용액이었다. 이 시약은 프루고팜(화성, 한국)에서 제공되었다.

데이터처리

모든 살충효과 실험결과는 백분율 자료로서 arsine 변환 후 SAS의 PROC GLM (SAS Institute, 1989)을 이용하여 ANOVA 분석 및 처리 평균 간 비교를 실시하였다.

이론/모형

AChE 활성은 Ellman et al. (1961)의 방법을 따라 실시하였다. 화랑곡나방 유충 몸 전체 단백질을 인산완충용액으로 추출하고, 포함된 단백질의 함량은 Bradford (1976) 방법으로 측정하였다.

성능/효과

즉, AChE 활성 변화는 동물계 고정행동양식의 변화를 유발할 수 있다는 것을 내포하고 있다. 본 연구 결과의 흥미로운 점은 기존에 해충류에 대해서 살충제가 이 AChE 효소의 억제에 초점이 맞추어 이를 통해 오히려 과흥분 상태를 유도하여 치사에 이르게 하는 것으로 해석하지만, 본 연구의 이산화염소는 AChE 활성을 오히려 증가시켜서 살충효과를 나타나게 하였다. 즉, 정상적 상태의 AChE 활성 상태를 교란하는 것은 곤충에 치명적이라는 것을 의미하는 것이다.
본 연구는 이러한 인과관계를 연결하는 분자표적으로 AChE를 주목하였다. 액상 또는 훈증 처리를 통한 본 연구 결과들은 공통적으로 이산화염소가 AChE의 활성을 변화시켰고, 흥분된 AChE는 신경계의 정상적 활동을 변경하여 화랑곡나방의 선천성 행동에 교란을 유발하는 것으로 나타났다.

후속연구

즉, 이산화염소의 훈증 처리에 따라 화랑곡나방의 살충효과를 보이는 데 체내 하나의 분자표적은 AChE이고 이 효소의 활성 증가는 생리적 행동 교란 및 다양한 체내 신경 조절을 억제하여 치사에 이르게 할 수 있다고 해석된다. 이상의 결과는 이산화염소의 보다 종합적 살충기작을 이해하기 위해서는 이 물질의 궁극적 살충 기작을 설명할 수 있는 활성산소에 비추어 이에 대한 다양한 분자표적의 변화를 분석할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이산화염소란?	이산화염소(ClO 2 )는 높은 산화력을 지니고 있는 소독제 및표백제로서 식용수 제조 과정에서 다양한 미생물의 멸균처리에 이용되고 있다(Volk et al., 2002).
	이산화염소의 효과는?	, 2002). 이 물질은 또한 인체 식품류 오염을 일으키는 병원세균류(Bang et al., 2014; Sun et al., 2014), 구강 오염세균류(Taneja et al., 2014; Aung et al., 2015), 음용수 오염세균류(Vlad et al., 2014) 및 일반 식기 오염세균류(Nam et al., 2014)에 대해서 우수한 소독 효과를 지니고 있다. 특별히 여러 항생제에 대하여 내성을 보이는 세균류에 대해서 이산화염소는 기존의 차아염소산나트륨(NaClO)에 비해 탁월한 항생능력을 나타냈다(Hinenoya et al.
	이산화염소는 어떤 바이러스에 대해 불활성화를 나타내는가?	, 2015). 또한 이산화염소는 세균뿐만 아니라 수족구병을 유발하는 엔테로바이러스 71 (EV71)을 비롯한 다양한 인체 병원바이러스에 대해서 바이러스 불활성화를 유발하였다(Sanekata et al., 2010; Jin et al.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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