곤충은 장내에 서식하고 있는 미생물과 상호작용을 통해 공생하는 것으로 알려져 있으며, 이러한 공생자는 공진화를 통하여 극한 환경에서도 서식을 가능하게 한다. 이러한 관점에서 토양 속에서 부엽토와 식물 잔재를 먹고 사는 장수풍뎅이 유충의 장내에 존재하는 공생자는 식물병원균을 방제하는 데 유용한 미생물이 존재할 것으로 생각된다. 따라서, 식물병원균에 대해 활성을 갖는 유용 미생물 10종을 장수풍뎅이 유충의 소화기관 전장, 중장, 후장으로부터 분리하였다. 분리된 10종의 유용 미생물은 유묘 검정을 통하여 토마토 잿빛곰팡이병, 배추 뿌리혹병, 고추 탄저병, 고추 역병에 대하여 강력한 항균 활성을 확인하였다. 10종의 항균활성 미생물은 형태적 특성과 16s rRNA gene 분석으로 Bacillus속 4종, Paenibacillus속 3종 및 Streptomyces속 3종으로 동정되었다. 유용 미생물은 인산 가용화, indole-3-acetic acid, siderophore 생성 활성이 우수하며 진균외막가수분해 효소인 β-1,3-glucanase, pretease 활성을 보였다. 10종의 유용 미생물 중, DM152 균주는 토마토와 고추 식물체의 모든 기관에서 생장을 촉진시켰다. 따라서, 장수풍뎅이 유충의 소화기관으로부터 분리된 10종의 장내 미생물은 생물학적 방제제 및 생물비료의 활용 가능성을 나타내었다.
본 연구에서는 질병의 진단 및 치료에 가장 많이 사용되는 X선을 노출시켜 장수풍뎅이 유충의 체중과 생존율의 변화를 알아보고자 하였다. 2019년 4월 초 장수풍뎅이 유충 1령 41마리를 구입하여 적응을 위해 3일 사육 후, 대조군 11마리, 조사군 (10 Gy, 20 Gy, 30 Gy 각 10마리)으로 분류하여 대전 소재 대학병원 방사선종양학과에서 선형가속기(Clinac IS, VERIAN, USA)를 이용하여 조사(6MV X-ray, Source-surface distance 96cm, field size 18 × 10cm, dose rate 600MU/min) 하였다. 조사 후 1주 간격으로 생존율, 체중을 측정하였다(사육 온도 20.6℃, 습도 64.3%). 모든 통계분석은 SPSS ver 22.0(Chicago, IL, USA)을 사용하여 체중은 평균과 표준편차로 나타내어 대조군과 X선 조사군 간에 독립 표본 T-검정(Independent t-test)을 실시하였고, 생존율은 교차분석으로 비교 하였다. 또한, 선량과 체중의 상관성을 Spearman 으로 분석하였다. 조사 후 3주차에서는 모근 군이 체중이 증가하였고, 대조군에 대해 10 Gy군과 20 Gy군은 통계학적인 유의한 차이를 보였고(p<0.05), 특히 30 Gy군과는 더 큰 차이를 보였다(p<0.01). 14주차에서 체중에서 대조군은 증가를 보였지만 조사군은 감소를 보였고, 대조군에 대해 10 Gy 군과 30 Gy 군(p<0.05), 20 Gy군(p<0.01) 간에 통계학적인 유의한 차이를 보였다. 조사 후 3주차에는 10 Gy군을 제외한 모든 군에서 급격한 생존율 감소를 보였고, 조사군에서 4주차까지 급격한 생존율 감소를 보였다. 대조군은 3주차부터 14주차까지 생존율의 변화(54.5%)가 없었다. 조사 후 3주차부터 조사에서 선량이 높을수록 낮은 생존율을 보였다. 조사 후 19주차에는 대조군 45.4%, 10 Gy군 30.0%의 생존율을 보였고, 20 Gy군과 30 Gy군에서는 모두 사망하였다. 조사 후 기간이 길어질수록 선량과 체중은 높은 음의 상관성을 보였다. X선은 장수풍뎅이 유충의 체중과 생존율에 영향을 미쳤고, 선량이 높을수록 체중과 생존율의 감소는 더 크게 나타났다.
장수풍뎅이 유충은 간질환을 치료하기 위한 민간요법으로 전통적으로 많이 사용되어 왔다. 본 연구에서는 유충 분말의 간 보호 효능과 간암억제 효능을 검증하고자 연구를 수행하였다. 먼저 장수풍뎅이 유충의 간 보호 효과를 확인하고자, 간 독성 물질인 diethylnitrosamine (DEN)을 C3H/HeN 수컷 쥐에 복강 주사하여 간 독성 실험쥐 모델을 제작하였다. DEN으로 처리된 쥐에서는 혈중 alkaline phosphatase (ALP) 농도, TUNEL positive 간세포의 숫자, 간 손상으로 인해 형성되는 duct의 개수, 간세포에서의 지방축적, Masson’s trichrome 염색에서 콜라겐 염색 정도 등, 급성 혹은 만성 간 손상과 관련된 지표들이 모두 증가되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 장수풍뎅이 유충 동결건조 분말을 함께 경구투여하게 되면, 이와 같은 간 손상의 지표들이 통계적으로 유의미한 수준으로 감소하게 되는 것을 확인할 수 있었다. 다음으로 항암활성 유무를 검증하기 위해, 에탄올로 유충분말 추출물을 먼저 확보한 후, solvent partition 방법을 이용하여 에탄올 추출물을 hexane, ethyl acetate, water 분획물로 분리하였다. 이들 분획물들을 여러 종류의 암세포주에 처리하였을 때, ethyl acetate 분획물이 암세포들에 대해서 아포토시스와 세포괴사와 같은 세포죽음을 유도하는 활성이 있음을 확인할 수 있었다. 더불어 ethyl acetate분획물은 암세포의 대사를 교란할 수 있었고, 오토파지를 유도할 수 있는 활성을 가지고 있었다. 결론적으로, 장수풍뎅이 유충은 독성물질로부터 간을 보호할 수 있는 성분과 암세포에 대한 세포죽음을 유도할 수 있는 활성을 가지고 있다는것을 확인하였다. 따라서, 향후 분획물들에 대한 추가적인 성분 및 활성 분석 실험으로 약리활성을 가진 물질을 분리할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
골프장 주요 해충인 주황긴다리풍뎅이 (Ectinohoplia rufipes)성충의 기주식물을 실내와 골프장 현지조사를 통하여 알아본 결과, 실내에서는 41科 101種 제공 식물 중 27科 61種을 ,골프장에서는 8科 27種 식물을 식해하는 것이 관찰됨으로서 총 29科 84種 으로 기록되었다. 수종 별 피해도를 골프장에서 조사한 결과, 골프장에 따라 가해하는 수종이나 피해 도에서 차이가 있었 고, 사방오리나무와 벚나무, 은목서, 아그배나무에서 피해도가 높았다 사방오리나무와 벚나무, 은목 서 잎을 이용한 실내에서의 선호성 비교에서는 사방오리나무에서의 피해엽율이 58.1%로 가장 높 았다. 주황긴다리풍뎅이 성충의 유인율은 피해를 받은 사방오리나무의 잎에서는 45.3%, 인위적으 로 상처를 낸 잎에서는 26.5%, 주황긴다리풍뎅이에 대한 노출이 전혀 없었던 무(無)피해 잎에서 는 4.0%, 주황긴다리풍뎅이는 있었으나 피해가 없었던 비(非)피해 잎에서는 12.9%로 피해엽에 많이 유인 되었다. 한편, 무피해 잎과 주황긴다리풍뎅이의 피해를 받은 잎, 무 피해 잎에 주황긴다리풍뎅이 성충의 배설물을 처리한 잎에 대한 피해엽율을 조사한 결과 각각 30.5%, 67.5%, 2.0%로서 이미 피해를 받은 잎에 대한 선호성이 뚜렷하였다.
한국산 곤충병원성 선충의 녹색콩풍뎅이(Popillia quadriguttata), 주황긴다리풍뎅이(Ectinohoplia rufipes) 및 연다색풍뎅이(Phyllopertha diversa)에 대한 병원성을 실내에서 검정하였으며 아울러 Heterorhabditis sp. KCTC 0991BP 계통을 이용하여 굼벵이 방제효과와 지속성을 조사하였다. 실내실험 결과 녹색콩풍뎅이 3령충에 대하여 H. bacteriophora Hamyang 계통은 95%의 높은 치사율을 보였으며 주황긴다리풍뎅이 3령충에 대해서도 H. bacteriophora Hamyang 계통과 Heterorhabditis sp. KCTC 0991BP 계통이 80% 이상의 치사율을 나타내었다. 그러나 연다색풍뎅이는 병원성이 가장 높은 Heterorhabditis sp. KCTC 0991BP 계통 처리 시에도 60%의 치사율을 보였다. 골프장에서 Heterorhabditis sp. KCTC 0991BP 계통을 $2.24{\times}10^9$ Ijs $ha^{-1}$ 농도로 처리하였을 때 굼벵이의 밀도는 39%까지 감소되었고, 골프장 페어웨이에서 지속성은 $5{\sim}10$ cm 깊이의 토양에서 두 달까지 지속되었으나 $0{\sim}5$ cm 깊이에서는 치사되는 미끼곤충(꿀벌부채명나방)이 없어 지속성이 낮았다.
골프장에서 조경수와 잔디에 피해를 주는 참콩풍뎅이(Popillia flavosellata) 성충의 기주식물을 알아보기 위하여 경기도에 있는 이스트밸리 골프장과 안양베네스트 골프장, 안성베네스트 골프장 등 세 골프장과 조사 골프장의 주변 산림에서 조사를 수행하였다. 아울러 왜콩풍뎅이 페로몬 트랩을 이용하여 이스트밸리 골프장에서는 성충의 발생소장도 조사하였다. 그 결과 18과 25속 26종의 식물이 기주로 확인되었고 이들 중 15과 21속 21종은 참콩풍뎅이 성충의 새로운 기주식물로 기록되었다. 문헌에서 확인된 기주식물을 포함하면 총 23과 41속 49종이 된다. 참콩풍뎅이 성충은 주로 꽃을 가해하였다. 그리고 성충의 발생 최성기는 6월 20일 전후였다. 발생최성기 때 페로몬 트랩에 유인된 참콩풍뎅이의 수는 2008년에는 1일 평균 트랩 당 197.6마리였으며 2010년에는 268.1마리였다. 반면, 녹색콩풍뎅이는 참콩풍뎅이에 비하여 매우 적어 2008년 발생최성기 때는 1일 평균 트랩 당 0.4마리가 채집되었으며 2010년에도 0.4마리만 채집되었다.
제주도의 녹차 밭에 서식하는 딱정벌레목인 청동풍뎅이 (Anomala albopilosa)의 사체와 녹차 밭 토양에서 분리한 Bacillus thuringiensis CAB530 균주의 생물효과를 검토하였다. 이 균주는 몇 종류의 해충에 대한 살충활성에서 난방제 농업해충 가운데 하나인 파밤나방에 높은 효과를 나타냈다. 파밤나방 2령 유충에 대한 살충활성 검정에서 CAB530 균주는 $LC_{50}$값이 $1.49{\times}10^4$(cfu/$m{\ell}$)으로 고활성을 보였다. 이 균주가 생산하는 살충성 독소단백질의 SDS-PAGE에서는 파밤나방에 살충활성이 있는 기존의 B. thuringiensis subsp. kurstaki와 비슷한 130kDa의 밴드를 나타내었다. 또한 파밤나방 중장액으로 반응을 시킨 후에 약 65kDa의 활성 독성단백질을 확인할 수 있었다 PCR수행에서 CAB530 균주는 cry1Aa, cry1Ab, cry1C, cry1D, cry1F 그리고 cry1I등 6 개의 유전자가 존재하는 것으로 밝혀졌으며, B. thuringiensis subsp. kurstala기준 균주와 차이가 있었다. 딱정벌레목에서 분리 선발한 B. thuringiensis CAB530균주는 crystal의 형태와 SDS-PAGE의 결과는 B. thuringiensis subsp. kurstaki와 유사하게 나타났지만, 살충활성 검정과 PCR product 전기영동 결과는 B thuringiensis subsp. aizawai와 유사하게 나타났다.
산화적인 스트레스(oxidative stress)는 신경염증의 발병 요인 중의 하나로 알려져 있다. 이에 본 연구는 약용곤충으로 알려진 청동풍뎅이(Anomala albopilosa) 성충과 3령 유충(궁벵이) 에탄올 추출물을 대상으로 항산화활성을 비교 측정하였으며, 또한 대식세포인 RAW 264.7 세포에서의 NO 의 생성억제 효과 및 세포독성 그리고 분자 염증관련 인자인 iNOS, COX-2와 $PGE_2$ 생성 및 활성 억제를 조사하여 항염 증효과 등의 생리활성을 측정 비교하였다. 우선, 분자염증은 활성산소 관련의 물질과 밀접한 관련이 있으므로 향산화 실험과 관련하여 청동풍탱이 성충과 3령 유충 에탄올 추출물 의 DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) radical 소거능, superoxide radical 소거능, xanthine oxidase 저해활성 그리고 nitric oxide 소거능에 대한 항산화활성 등의 assay를 실시하였다. 그 결과, 청동풍뎅이 에탄올 추출물은 항산화능을 갖고 있었으며, 3령 유충 추출물에서보다는 성충 추출물에서 다소 높은 항산화활성을 보여주었다. 또한 RAW 264.7 세포에 LPS로 자극을 주고 청동풍뎅이 성충과 3령 유충 에탄올 추출물을 처리하여 항염증관련 활성을 확인해본 결과, 고농도에서는 다소 세포독성을 나타냈지만 농도의존적으로 NO, iNOS, COX-2 그리고 $PGE_2$의 생성 억제효과가 나타났다. 이러한 결과는 유용곤충자원을 이용한 유효성분 추출을 통한 항산화 및 항염증 물질의 연구 또는 예방하거나 치료할수 있는 염증 억제 성분의 분리 및 그 작용기전 연구에 중요한 기초 자료가 될 것이라 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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