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김태형,수닐쿠마르,김용균,Kim, Taehyung,Kumar, Sunil,Kim, Yonggyun 한국응용곤충학회 2015 한국응용곤충학회지 Vol.54 No.4
Physiological plasticity of insects can be closely related with their epigenetic change. This hypothesis was tested using a polyphagous lepidopteran insect, Spodoptera exigua, by assessing the effects of different diets on development and DNA methylation. Three different diets (Welsh onion (WO), Chinese cabbage (CC), artificial diet (AD)) were assessed by feeding a cohort of larvae from neonate to last instar. There were significant differences in larval developmental rate, pupal weight and adult emergence according to diet treatments. AD-fed larvae exhibited the fastest developmental rate along with the highest pupal weight and adult emergence. Among natural hosts, WO was more favorable for development of S. exigua than CC. Total hemolymph proteins and sugars in the last instar larvae were varied among different diets. Gene expression of an insulin-like peptide (SeILP1) presumably associated with development was also varied among diets. Cytosine methylation of genomic DNA was assessed using a monoclonal antibody. Genomic DNA of S. exigua larvae was methylated. DNA methylation was apparently varied among different diet-fed larvae. The facts that a cohort of S. exigua was differentiated in developmental rate and cytosine methylation by different diets suggest that epigenetic factor(s) may play a crucial role in the physiological plasticity. 곤충 생리현상의 가소성은 후생유전적 변화와 밀접하게 관련을 지을 수 있다. 이 가설을 증명하기 위해 광식성인 파밤나방(Spodoptera exigua)을 대상으로 상이한 먹이 조건에 따라 이 곤충의 발육과 DNA 메틸화에 영향을 주는 지 분석하였다. 동일한 코호트로 부터 얻은 갓 부화한 유충을 최종령에 이르기까지 세 가지 다른 먹이(대파, 배추, 인공사료)로 섭식 처리하였다. 이 결과 상이한 먹이 조건에 따라 유충발육속도, 용화율 및 우화율에서 뚜렷한 차이를 보였다. 인공사료로 사육된 유충이 가장 빠른 유충발육속도와 높은 용화율 및 우화율을 나타냈다. 반면에 두 자연 기주 가운데는 대파가 배추에 비해 파밤나방 발육에 양호하였다. 이러한 먹이에 따른 변이는 혈림프 단백질 및 혈당에서도 차이가 나타났다. 또한 발육과 연계되었을 것으로 추정되는 인슐린유사펩타이드(SeILP1) 유전자의 발현 정도도 먹이조건에 따라 상이했다. 단일항체를 이용하여 파밤나방 게놈 DNA의 시토신 메틸화를 분석한 결과 이 부위에 DNA 메틸화가 검출되었으며, 메틸화 정도는 먹이 조건에 따라 상이했다. 이 결과들은 동일 집단의 파밤나방이 상이한 먹이 조건에 따라 발육차이를 나타내고 또한 시토신 메틸화에 변이를 보여 이 곤충의 생리적 가소성에 후생유전적 인자가 작용하고 있는 것을 제시한다.
이산화염소에 대한 거짓쌀도둑거저리의 회피행동과 이를 억제하는 열처리 효과
김용균,수닐쿠마르,마버버라흐만,권혁,천용식,나자현,김욱,Kim, Yonggyun,Kumar, Sunil,Rahman, M. Mahbubur,Kwon, Hyeok,Chun, Yongsik,Na, Jahyun,Kim, Wook 한국응용곤충학회 2015 한국응용곤충학회지 Vol.54 No.3
이산화염소($ClO_2$) 훈증제는 살충효과를 나타낸다. 그러나 일부 곤충은 이산화염소에 대해 회피행동을 보여, 이 훈증제에 대한 방제효율을 크게 떨어뜨리고 있다. 본 연구는 이를 해결하기 위해 이산화염소 처리에 열처리를 추가하여 곤충의 이산화염소에 대한 회피행동을 줄여 살충효과를 극대화하는 전략을 세웠다. 이산화염소 훈증 처리는 거짓쌀도둑거저리(Tribolium castaneum)에 대해 살충효과를 주었으며, 시험 곤충이 노출된 조건에서 12 시간 처리할 때 유충에 대해서 383.67 ppm (153.63 - 955.78 ppm: 95% 신뢰구간), 성충에 대해서 397.75 ppm (354.46 - 446.13 ppm: 95% 신뢰구간)의 반수치사농도를 나타냈다. 그러나 먹이인 밀가루를 충분히 제공한 상태에서 이산화염소를 처리하면, 처리 약제에 반응하여 시험 곤충이 먹이 속으로 들어가는 회피행동을 보이면서 방제효과는 크게 낮아졌다. Y 튜브를 이용한 이 곤충의 먹이 선호성 행동을 분석한 결과 거짓쌀도둑거저리 성충은 이산화염소가 처리된 먹이를 회피하는 행동을 보였다. 그러나 촉각을 제거한 경우 이러한 회피행동은 둔화 되었다. 거짓쌀도둑거저리에 6 시간 동안 $46^{\circ}C$ 열처리를 하면 살충효과는 10% 이하로 낮지만, 처리된 성충들이 먹이 밖으로 나와 있는 것을 관찰하였다. 반면 400 ppm의 이산화염소를 단독으로 6 시간 처리한 결과 회피행동에 따라 전혀 살충효과를 보이지 않았다. 그러나 $46^{\circ}C$ 열처리와 400 ppm의 이산화염소를 병행하여 6 시간 처리한 결과 살충효과는 95%로 크게 증가하였다. 따라서 열처리는 거짓쌀도둑거저리의 이산화염소에 대한 회피행동을 억제하여 살충효과를 증가시켰다. Chlorine dioxide ($ClO_2$) can be used as a fumigant to kill insects. However, some insects can exhibit an evasive behavior from chlorine dioxide. This evasive behavior decreases the efficiency of the insecticidal activity of chlorine dioxide. This study tested a hypothesis that heat treatment suppresses the evasive behavior and synergizes the control efficacy of chlorine dioxide. Chlorine dioxide fumigation killed the red flour beetle, Tribolium castaneum, under direct exposure condition to the chemical for 12 h with median lethal concentrations of 383.67 ppm (153.63 - 955.78 ppm: 95% confidence interval) for larvae and 397.75 ppm (354.46 - 446.13 ppm: 95% confidence interval) for adults. However, when they were treated with enough diet flour, they exhibited an evasive behavior by entering the diet, which significantly decreased the control efficacy of the fumigant. To clarify the evasive behavior, the choice test of the adults were performed in Y tube arena. The test adults significantly avoided the diet treated with chlorine dioxide, while the antennatectomized adults lost the avoidance behavior. Heat treatment using $46^{\circ}C$ for 6 h killed only 10% or less of T. castaneum. Interestingly, most adults were observed to come out of the diet under the heat treatment. Chlorine dioxide treatment even at 400 ppm for 6 h did not kill any T. castaneum. However, the combined treatment of chlorine dioxide with the heat treatment for 6 h resulted in 95% mortality. These results indicated that heat treatment suppressed the evasive behavior of T. castaneum and synergized the control efficacy of the chlorine dioxide fumigant.
이산화염소의 활성산소 생성 유도에 의한 항암 및 항바이러스 활성
김용균 ( Yong Gyun Kim ),수닐쿠마르 ( Sunil Kumar ),천원수 ( Won Su Cheon ),어현지 ( Hyun Ji Eo ),권혁 ( Hyeok Kwon ),전용호 ( Yong Ho Jeon ),정진부 ( Jin Boo Jung ),김욱 ( Wook Kim ) 한국응용생명화학회 2016 Journal of Applied Biological Chemistry (J. Appl. Vol.59 No.1
이산화염소는 높은 항생효과로 살균제로 사용되고 있고, 저곡해충을 대상으로 살충 효과도 보이고 있다. 본 연구는 이 이산화염소의 유용 효과를 넓히기 위해 이 물질이 항암 및 항바이러스 활성을 나타낼 수 있는 지를 검증하였다. 인체에 나타나는 5종의 암 세포주에 대해서 이산화염소의 세포독성을 분석하였다. 유방암 2종 세포주(MCF-7, MDA-MB-231)와 대장암 3종 세포주(LoVo, HCT-116, SW-480) 모두에 대해서 이산화염소는 높은 세포 독성을 나타냈다. 이러한 세포독성은 이산화염소의 활성산소 유발 효과에 기인된다. 이산화염소가 처리된 암세포주는 모두 세포내 높은 활성산소를 형성하였다. 이는 대조구로서 일반 곤충 세포주와 비교하여 훨씬 높은 활성산소를 지녔다. 반면에 항산화제인 비타민 E를 처리하면 이러한 세포독성이 크게 줄어 암 세포에 대해 높은 세포독성은 활성산소에 의해 기인되었다는 것을 입증하였다. 또한 이산화염소는 서로 다른 바이러스에 대해서 항바이러스 활성을 나타냈다. 곤충병원성 바이러스이고 이중 가닥의 DNA 게놈을 지닌 벡큘로바이러스의 일종인 Autographa californica nuclear polyhedrosis virus (AcNPV)는 이산화염소 노출에 따라 활성을 잃어 핵다각체 형성 능력이 크게 둔화되었다. AcNPV에 대한 이산화염소의 항바이러스 효과는 반응 시간에 비례하여 증가했다. 식물병원성 바이러스이고 단일가닥의 RNA 게놈을 지닌 담배모자이크바이러스는 이산화염소 노출에 따라 바이러스 함량이 줄었고, 담배에 대한 병원력도 낮아졌다. 따라서 본 연구는 이산화염소가 항암 및 항바이러스 활성을 지니며, 이는 이 물질에 의한 높은 활성산소 유발에 기인된 것으로 판명되었다. Chlorine dioxide has been used for a disinfectant by exhibiting antimicrobial activity and is also potent to kill insect pests infesting stored grains. This study aimed to extend the usefulness of chlorine dioxide with respect to anticancer and antiviral activities. Cytotoxicity of chlorine dioxide was assessed against five different human cancer cell lines. Chlorine dioxide exhibited significant cytotoxicity against two breast cancer cell lines (MCF-7, MDA-MB-231) and three colorectal cancer cell lines (LoVo, HCT-116, SW-480). This cytotoxicity appeared to be ass℃iated with the capacity of chlorine dioxide to induce the production of reactive oxygen species (ROS). Compared to control insect cell lines, the cancer cell lines possessed much higher levels of ROS. On the other hand, a treatment of an antioxidant, vitamin E, significantly reduced the cytotoxicity, suggesting that the cytotoxicity was induced by high levels of ROS production. Chlorine dioxide exhibited antiviral activity against different viruses. A baculovirus, Autographa californica nuclear polyhedrosis virus (AcNPV), is a dsDNA insect virus and lost its viral activity to form polyhedral viral particles in response to chlorine dioxide. The antiviral activity against AcNPV was dependent on the incubation time with chlorine dioxide. Tobacco mosaic virus is a ssRNA plant virus and was reduced in its population after exposure to chlorine dioxide along with significant decrease of viral symptoms. These results indicate that chlorine dioxide possesses anticancer and antiviral activities probably due to its inducing activity of ROS production.