[논문]이산화염소의 활성산소 발생에 따른 화랑곡나방 심장박동 억제 효과

김철영; 권혁; 김욱; 김용균

doi:10.5656/ksae.2017.03.0.007

이산화염소의 활성산소 발생에 따른 화랑곡나방 심장박동 억제 효과
Inhibitory Effect of Chlorine Dioxide Using Reactive Oxygen Species Against Heart Contraction of the Indianmeal Moth, Plodia interpunctella 원문보기

한국응용곤충학회지 = Korean journal of applied entomology, v.56 no.2, 2017년, pp.147 - 152

김철영 (안동대학교 식물의학과) , 권혁 (고려대학교 생명공학부) , 김욱 (고려대학교 생명공학부) , 김용균 (안동대학교 식물의학과)

초록
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곤충의 혈액순환은 심장 박동에 의해 도움을 받는다. 다양한 생리적 변화는 심장 박동 조절을 수반하게 된다. 심장박동에 대한 교란은 곤충의 생존을 위협하게 된다. 본 연구는 활성산소를 유발하여 살충력을 발휘하는 이산화염소가 혈액순환계에 미치는 영향을 심장박동을 통해 분석하였다. 화랑곡나방(Plodia interpunctella) 유충의 등핏줄은 몸의 윗면 중앙에 위치하고 후방으로 복부 10번째 마디에서 시작하여 전방으로 첫 번째 가슴 마디까지 연결된 관 구조를 나타냈다. 등핏줄의 수축과 이완은 주로 복부 3-10번째 마디에 위치한 등핏줄에서 일어났으며 이 부위에 5개의 심실이 관찰되었다. 심장박동빈도는 $25^{\circ}C$에서 분당 평균 118.6회의 수축 리듬을 보였다. 그러나 온도에 따라 심장박동빈도는 현격한 변화를 보였다. 혈강에 이산화염소를 다양한 농도로 투여한 경우 심장박동빈도는 약제 농도 증가에 따라 감소하였다. 이산화염소(100 ppm)을 훈증 처리할 경우 노출 시간의 경과에 따라 심장박동리듬이 현격하게 감소하였다. 이러한 이산화염소의 심장박동 억제효과는 활성산소 저해제인 비타민 E와 함께 주입할 경우 회복되는 현상을 나타냈다. 이상의 결과는 이산화염소가 화랑곡나방의 심장박동에 억제효과를 주었으며 이러한 억제효과는 이물질이 유발하는 활성산소에 기인된 것으로 해석된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Heart contraction is essential for insect hemolymph circulation, in which various physiological changes need control of the heart contraction. Thus, interruption of heartbeats intimidate insect survival. Chlorine dioxide induces release of reactive oxygen species (ROS), which has been regarded as the main insecticidal agent. This study analyzed the effect of chlorine dioxide on heartbeats of the Indianmeal moth, Plodia interpunctella. The larvae have the dorsal vessel on the medial dorsal region in a form of an extending tube from the first thorax to 10th abdominal segment. Dorsal vessel contraction was noticeable between 3rd and 10th abdominal segments, where five heart chambers were observed. Average heartbeat rate was 118.6 beats per min at $25^{\circ}C$. However, the heartbeats varied with ambient temperature. Injection of chlorine dioxide to hemocoel suppressed the heartbeats in a dose-dependent manner. The suppressive effect of chlorine dioxide also increased with exposure time to gas form of the chemical at 100 ppm. However, vitamin E (an antioxidant against ROS) treatment significantly rescued the larvae treated with chlorine dioxide in the heart contraction activity. These results suggest that chlorine dioxide negatively influences on the heart contraction of P. interpunctella via its production of ROS.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

, 2015a,b). 따라서 이산화염소가 유기시키는 ROS 에 기인되어 심장 박동에 대한 억제 작용으로 추정하여 보았다. 이를 증명하기 위해 비타민 E를 혼합하여 처리하였다.
활성산소의 작용이 생체 내 다양한 분자 수준에서 이뤄질 수 있기에(Sanz, 2016) 이산화염소가 여러 생리 기관에 교란을 미칠 수 있다고 판단하였다. 이에 본 연구는 이산화염소의 살충기작을 보다 광범위하게 이해하려는 목적으로 이 물질이 곤충의 순환계에 미치는 영향을 알아보기 위해 화랑곡나방의 심장박동을 대상으로 이 물질의 억제 효능을 분석하였다.

가설 설정

sexta 성충의 경우 빠르게 움직이는 개체와 느리게 움직이는 개체 사이에도 심장박동수는 차이를 보였다. 본 연구에서는 화랑곡나방의 심장박동이 온도에 따라 상이하였다. 낮은 온도에서 느려지고 높은 온도에서 증가하여 이러한 활동성과 관련을 가졌다.
등핏줄은 크게 두 부분으로 심장과 대동맥으로 구분되었다. 심장 주변은 익상근이 분포되어 있어 심장 박동을 도와줄 것으로 추정하였다. 이에 반하여 대동맥은 이들 익상근이 분포하지 않았고, 수축 리듬을 관찰하기 어려웠다.

제안 방법

(2015)의 방법을 따랐다. 기체 형태의 이산화염소는 100 ppm의 농도를 기준으로 차리 시간별(0, 1, 3, 6, 12 h)로 노출시켰다. 노출 직후 심장박동수를 측정하였다.
기체 형태의 이산화염소는 100 ppm의 농도를 기준으로 차리 시간별(0, 1, 3, 6, 12 h)로 노출시켰다. 노출 직후 심장박동수를 측정하였다.
1A). 등핏줄의 세부 구조를 관찰하기 위해 복부 절개를 통해 등면 체벽 내부에 붙어있는 등핏줄 전체의 모습을 관찰하였다(Fig. 1B). 등핏줄은 복부 10번째 마디에서 첫 번째 가슴마디까지 단일관 구조로 뻗어 있었으며, 이 가운데 복부 3번째 마디에서 10번째 마디까지는 등핏줄 주변에 익상근이 발달해서, 이 부위가 심장이라는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구는 화랑곡나방을 대상으로 심장박동수를 측정하여 이산화염소의 독성 작용을 분석하였다. 심장박동을 측정하기에 앞서 이 곤충의 등핏줄 구조를 관찰하였다.
처리 온도는 모두 5가지(15, 20, 25, 30, 35℃)였다. 분석 대상 5령충을 각 온도에 24시간 방치한 후 심장박동수를 상기의 방법으로 측정하였다.
1 참조)을 대상으로 관찰하였다. 심장박동수 측정은 1 분간 조사하였으며, 각 개체 당 10회 계수하여 평균값을 대상 개체의 대표치로 측정하였다. 각 처리는 5마리로 반복되었다.
본 연구는 화랑곡나방을 대상으로 심장박동수를 측정하여 이산화염소의 독성 작용을 분석하였다. 심장박동을 측정하기에 앞서 이 곤충의 등핏줄 구조를 관찰하였다. 등핏줄은 크게 두 부분으로 심장과 대동맥으로 구분되었다.
화랑곡나방 5령충을 대상으로 심장 박동을 조사하였다. 유충의 복부 등 면 부위를 해부현미경(EZ4, Leica, Germany) 하에서 관찰하였다. 심장박동은 복부 두 번째 심실(C2, Fig.
1). 유충의 연한 표피층을 통해 복부 4-5마디 사이로 보이는 등핏줄을 관찰하였다(Fig. 1A). 등핏줄의 세부 구조를 관찰하기 위해 복부 절개를 통해 등면 체벽 내부에 붙어있는 등핏줄 전체의 모습을 관찰하였다(Fig.
따라서 이산화염소가 유기시키는 ROS 에 기인되어 심장 박동에 대한 억제 작용으로 추정하여 보았다. 이를 증명하기 위해 비타민 E를 혼합하여 처리하였다. 이는 비타민 E가 항산화제로서 ROS 발생을 억제하기 때문에(Brigelius-Flohé and Traber, 1999; Kumar et al.
이산화염소가 화랑곡나방 심장박동수에 미치는 효과를 분석하기 위해 서로 다른 농도의 이산화염소를 5령 유충에 주입하였다(Fig 3). 주입한 이산화염소 농도가 높아짐에 따라 심장박동수는 감소하였다.
처리 이산화염소 농도는 모두 6종류(0, 8, 80, 200, 400, 800ppm)로 상기의 방법으로 제조하였다. 각 농도의 이산화염소를 25℃에 방치된 화랑곡나방 5령충에 각각 300 nL를 주입하였다.
화랑곡나방 5령충을 대상으로 심장 박동을 조사하였다. 유충의 복부 등 면 부위를 해부현미경(EZ4, Leica, Germany) 하에서 관찰하였다.
화랑곡나방의 주변 온도에 따른 심장박동 변화를 분석하였다(Fig 2). 상온(25℃) 조건에서 5령충은 분당 평균 118.

대상 데이터

Kim et al. (2015a)에 기술된 전기분해방식으로 이산화염소 분리하여 800 ppm의 저장 용액을 대상으로 실험에 이용하였다. 이 저장 용액은 증류수를 분석하려는 농도로 희석하였다.
비타민E (α-tocopherol, Sigma-Aldrich Korea, Seoul, Korea)는 dimethylsulfoxide에 녹여 0.475 µg/µL로 준비하였다.
유충의 복부 등 면 부위를 해부현미경(EZ4, Leica, Germany) 하에서 관찰하였다. 심장박동은 복부 두 번째 심실(C2, Fig. 1 참조)을 대상으로 관찰하였다. 심장박동수 측정은 1 분간 조사하였으며, 각 개체 당 10회 계수하여 평균값을 대상 개체의 대표치로 측정하였다.
화랑곡나방 5령충의 등핏줄이 관찰되었다(Fig. 1). 유충의 연한 표피층을 통해 복부 4-5마디 사이로 보이는 등핏줄을 관찰하였다(Fig.

데이터처리

심장박동 결과는 SAS의 PROC GLM (SAS Institute, 1989)을 이용하여 one-way ANOVA 분석을 실시하였고 평균간 비교는 LSD 방법을 이용하였다. 처리 사이에 차이는 제 I 형 오류의 확률0.

이론/모형

이 저장 용액은 증류수를 분석하려는 농도로 희석하였다. 가스 형태의 이산화염소 처리는 Kumar et al. (2015)의 방법을 따랐다.
주입 후 25℃에서 20분간 방치 후 심장박동수를 상기의 방법으로 측정하였다. 미량주사는 Kumar et al. (2015)의 방법을 따랐다. 기체 형태의 이산화염소는 100 ppm의 농도를 기준으로 차리 시간별(0, 1, 3, 6, 12 h)로 노출시켰다.
본 연구에서 이용된 공시충의 사육은 Kim et al. (2015a)에 기술된 방법을 따랐다.

성능/효과

, 2000). 또한 심장박동은 개체의 활동성과도 차이를 보여 M. sexta 성충의 경우 빠르게 움직이는 개체와 느리게 움직이는 개체 사이에도 심장박동수는 차이를 보였다. 본 연구에서는 화랑곡나방의 심장박동이 온도에 따라 상이하였다.
, 2015) 이 처리를 고안하였다. 이 혼합 처리 결과 이산화염소의 심장박동 억제효과는 현격하게 줄어들었다. 즉, 이산화염소는 ROS 발생을 유기하여 화랑곡나방의 심장박동을 둔화시킨 것으로 해석되었다.
, 2012). 이산화염소가 곤충을 치사시키는 기작이 저곡해충인 화랑곡나방(Plodia interpunctella)과 거짓쌀도둑거저리(Tribolium castaneum)을 통해 밝혀졌다. 이산화염소 처리에 따라 세포 내 활성 산소(ROS; reactive oxygen)가 축적되었고, 이로 말미암아 체내 산화적 피해를 유발하여 대상 곤충을 치사에 이르게 한 것으로 판명되었다(Kumar et al.
이산화염소가 화랑곡나방 심장박동수에 미치는 효과를 분석하기 위해 서로 다른 농도의 이산화염소를 5령 유충에 주입하였다(Fig 3). 주입한 이산화염소 농도가 높아짐에 따라 심장박동수는 감소하였다. 특히 400 ppm 이상의 이산화염소가 주입하게 될 경우 심장박동수는 현저하게 줄어(P <0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이산화염소 처리가 곤충을 치사시키는 원리는?	이산화염소가 곤충을 치사시키는 기작이 저곡해충인 화랑곡나방(Plodia interpunctella)과 거짓쌀도둑거저리(Tribolium castaneum)을 통해 밝혀졌다. 이산화염소 처리에 따라 세포 내 활성 산소(ROS; reactive oxygen)가 축적되었고, 이로 말미암아 체내 산화적 피해를 유발하여 대상 곤충을 치사에 이르게 한 것으로 판명되었다(Kumar et al., 2015).
	곤충의 개방혈관계에서 혈림프 순환을 위해 갖는 혈관 구조는?	그러나 몸 전체에 영양분, 호르몬 및 다양한 대사물질을 전달하기 위한 혈림프 순환이 필요하다. 이를 위해 부분적으로 혈관 구조인 등핏줄(dorsal vessel)을 지니게 된다. 이 등핏줄은 둘로 나뉘어 몸의 뒷 부분에 심장(heart) 그리고 앞 부분에 대동맥(aorta)으로 구성된다.
	심장근육의 수축리듬을 조절하는 호르몬은?	심장박동은 심장수축의 자율적 수축활동 주기에서 비롯된 근원성 리듬과 여기에 복면신경색에서 비롯된 심장주변의 신경자극으로 기본 수축 리듬에 변화를 주게 된다(Miller, 1997). 생리적 변화는 내분비계를 통하여 심장근육의 수축리듬을 조절하게 되는데 대표적으로 CAP (cardioacceleratory peptide)호르몬이 이러한 기능을 담당하게 된다(Tublitz and Truman,1983). CAP은 심장이 확장되는 때 익상근의 근육 수축을 도와심장 박동 효율을 촉진시키게 된다.

참고문헌 (18)

Brigelius-Flohe, R., Traber, M.G., 1999. Vitamin E: function and metabolism. FASEB J. 13, 1145-1155.

상세보기
Chiang, R.G., Chiang, J.A., Davey, K.G., 1990. Morphology of the dorsal vessel in the abdomen of the blood-feeding insect Rhodnius prolixus. J. Morphol. 204, 9-23.

상세보기
Gibbs, S.G., Lowe, J.J., Smith, P.A., Hewlett, A.L., 2012. Gaseous chlorine dioxide as an alternative for bedbug control. Infect. Control Hosp. Epidemiol. 33, 495-499.

상세보기
Hamoudi, Z., Lange, A.B., Orchard, I., 2016. Identification and characterization of the corazonin receptor and possible physiological roles of the corazonin-signaling pathway in Rhodnius prolixus. Front. Neurosci. 10, 357.
Hertel, W., Pass, G., 2002. An evolutionary treatment of the morphology and physiology of circulatory organs in insects. Comp. Biochem. Physiol. A 133, 555-575.

상세보기
Kim, Y., Kumar, S., Rahman, M.M., Kwon, H., Chon, Y., Na, J., Kim, W., 2015a. Evasive behavior of the red flour beetle, Tribolium castaneum, against chlorine dioxide and its suppression by heat treatment. Korean J. Appl. Entomol. 554, 151-158.
Kim, Y., Park, J., Kumar, S., Kwon, H., Na, J., Chun, Y., Kim, W., 2015b. Insecticidal activity of chlorine dioxide gas by inducing an oxidative stress to the red flour beetle, Tribolium castaneum. J. Stored Prod. Res. 64, 88-96.

상세보기
Kumar, S., Park, J., Kim, E., Na, J., Chun, Y.S., Kwon, H., Kim, W., Kim, Y., 2015. Oxidative stress induced by chlorine dioxide as an insecticidal factor to the Indian meal moth, Plodia Interpunctella. Pesti. Biochem. Physiol. 124, 48-59.

상세보기
Miller, T.A., 1974. Electrophysiology of the insect heart. In: Rockstein, M. (Ed.), Physiology of the Insecta, 2nd Edn. Vol. V, pp. 169-200. Academic Press, New York.
Miller, T.A., 1997. Control of circulation in insects. Gen. Pharmacol. 29, 23-38.

상세보기
Sanz, A., 2016. Mitochondrial reactive oxygen species: Do they extend or shorten animal lifespan? Biochim. Biophys. Acta 1857, 1116-1126.

상세보기
SAS Institute, Inc., 1989. SAS/STAT user's guide. SAS Institute, Inc., Cary, NC.
Shim, J.K., Ha, D.M., Nho, S.K., Song, K.S., Lee, K.Y., 2008. Upregulation of heat shock protein genes by envenomation of ectoparasitoid Bracon hebetor in larval host of Indian meal moth Plodia interpunctella. J. Invertebr. Pathol. 97, 306-309.

상세보기
Slama, K., Sakai, T., Taneda, M., 2006. Effect of corazonin and crustacean cardioactive peptide on heartbeat in the adult American cockroach (Periplaneta americana). Arch. Insect Biochem. Physiol. 62, 91-103.

상세보기
Smits, A.W., Burggren, W.W., Oliveras, D., 2000. Developmental changes in in vivo cardiac performance in the moth Manduca sexta. J. Exp. Biol. 203, 369-378.

상세보기
Tartes, U., Vanatoa, A., Kuusik, A., 2002. The insect abdomen--a heartbeat manager in insects? Comp. Biochem. Physiol. A 133, 611-623.

상세보기
Tublitz, N.J., Truman, J.W., 1983. Insect cardioactive peptides. II. Neurohormonal control of heart activity by two cardioacceleratory peptides in the tobacco hawkmoth, Manduca sexta. J. Exp. Biol. 114, 381-395.
Young, R.O., 2016. Chlorine dioxide ( $ClO_{2}$ ) as a non-toxic antimicrobial agent for virus, bacteria and yeast (Cadida albicans). Int. J. Vaccines Vaccin. 2, 00052.

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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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