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불임충 방사법

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나선구더기파리는 통합적인 광역 접근 방식을 사용하여 불임 곤충 기술을 통해 지역에서 성공적으로 박멸된 최초의 유해 생물이었다.

불임충 방사법(SIT)[1][2]생물적 방제의 일종으로, 압도적인 수의 불임곤충을 야생에 방사하는 방법이다. 방사되는 곤충은 비용 효율성이 높고, 암컷은 경우에 따라 작물에 알을 낳아 피해를 주거나, 모기의 경우 사람의 피를 빨아먹을 수 있으므로 가급적 수컷이어야 한다. 불임 수컷은 번식 가능한 수컷과 암컷과의 짝짓기를 두고 경쟁한다. 불임 수컷과 짝짓기한 암컷은 새끼를 낳지 못하므로 다음 세대의 개체군을 감소시킨다. 불임 곤충은 자가 복제하지 않으므로 환경에 정착할 수 없다. 낮은 개체 밀도에서 불임 수컷을 반복적으로 방사하면 해충 개체군을 더욱 감소시키고 고립된 경우에는 박멸할 수 있지만, 밀도 높은 표적 개체군에서 비용 효율적인 통제는 불임 수컷 방사 전에 개체군 억제가 선행되어야 한다.

이 기술은 나선구더기파리(Cochliomyia hominivorax)를 북미와 중미에서 성공적으로 박멸하는 데 사용되었다. 과실파리과 해충, 특히 지중해과실파리(Ceratitis capitata)와 멕시코과실파리(Anastrepha ludens)를 통제하는 데 많은 성공을 거두었다. 이 기술이 퀸즐랜드과실파리(Bactrocera tryoni)를 퇴치하는 데 얼마나 효과적인지 판단하기 위한 활발한 연구가 진행 중이다.

불임은 곤충의 생식 세포에 엑스선 방사선을 조사하는 효과를 통해 유도된다. SIT는 형질전환(유전공학) 과정을 통해 변형된 곤충을 방사하는 것을 포함하지 않는다.[3] 또한, SIT는 비토착종을 생태계에 도입하지 않는다.

역사

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불임 수컷의 사용은 1940년 러시아의 유전학자 알렉산드르 세르게예비치 세레브로프스키에 의해 처음 기술되었지만,[4] 영어권에서는 독립적으로 아이디어를 내고 1950년대경 실용적으로 적용했다. 레이먼드 부시랜드에드워드 크니플링은 온혈동물, 특히 소를 잡아먹는 나선구더기를 박멸하기 위해 SIT를 개발했는데, 이는 암컷 나선구더기가 단 한 번만 짝짓기를 하기 때문에 효과적이었다. 이 파리들의 유충은 열린 상처를 침범하여 동물의 살을 파고들어 감염된 소를 10일 이내에 죽게 한다. 1950년대에 나선구더기는 미국의 육류 및 유제품 공급에 연간 2억 달러 이상의 손실을 초래할 것으로 예상되었다. 나선구더기 구더기는 사람의 살을 기생하기도 한다.

곤충학자 에드워드 F. 크니플링

부시랜드와 크니플링은 1930년대 후반 미국 농무부 텍사스주 메나드 연구소에서 일하면서 화학 살충제의 대안을 찾기 시작했다. 그 당시 나선구더기는 미국 남부 전역의 가축 떼를 황폐화시키고 있었다. 붉은 고기와 유제품 공급은 멕시코, 중앙아메리카, 남아메리카 전역에 영향을 미쳤다.

크니플링은 해충의 번식 주기를 끊는 자가살충 이론을 개발했다. 크니플링의 이론에 대한 부시랜드의 열정은 두 사람이 "공장" 환경에서 파리를 사육하는 방법과 파리를 불임화하는 효과적인 방법을 찾도록 이끌었다.

그들의 작업은 제2차 세계 대전으로 중단되었지만, 1950년대 초 플로리다주새니벨섬의 나선구더기 개체군에 대한 성공적인 시험으로 노력을 재개했다. 불임 곤충 기술은 효과가 있었다. 엑스선으로 불임화된 파리를 사용하여 거의 박멸에 가까운 성공을 거두었다.

성공 사례

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지도는 나선구더기파리의 현재 (주황색) 및 이전 (노란색) 분포 지역과 대략적인 계절별 확산 지점을 보여준다.

1954년, 이 기술은 베네수엘라 연안의 176-제곱마일 (460 km2) 넓이의 퀴라소 섬에서 나선구더기를 박멸하는 데 사용되었다. 나선구더기는 7주 만에 박멸되었고, 육류와 우유의 공급원이었던 국내 염소 (동물) 떼를 구했다.

1950년대 후반부터 1970년대까지 SIT는 미국에서 나선구더기 개체군을 통제하는 데 사용되었다. 1980년대에는 멕시코와 벨리즈가 SIT를 통해 나선구더기 문제를 해결했다. 1990년대에는 중앙아메리카 전역에서 박멸 프로그램이 진행되었고, 이어서 파나마에 생물학적 장벽을 설치하여 남부로부터의 재감염을 막았다. 지도는 나선구더기파리의 현재 및 이전 분포 지역과 대략적인 계절별 확산 지점을 보여준다.

1991년, 크니플링과 부시랜드의 기술은 북아프리카에서 발생한 신세계 나선구더기의 심각한 발병을 막았다. 멕시코, 플로리다, 캘리포니아의 지중해과실파리 퇴치 프로그램은 SIT를 사용하여 파리 없는 상태를 유지하고 있다. 이 기술은 오키나와현에서 멜론파리를 박멸하는 데 사용되었고, 아프리카에서 체체파리와의 싸움에도 사용되었다.

이 기술은 가축, 과일, 채소, 섬유 작물을 위협하는 곤충을 억제해왔다. 이 기술은 환경적 특성으로 찬사를 받았다. 잔류물을 남기지 않으며 비표적 종에 대한 (직접적인) 부정적인 영향이 없다.

이 기술은 세계 인구에게 식량을 공급하기 위한 농산물 보호에 큰 도움이 되었다. 부시랜드와 크니플링 모두 지도력과 과학적 업적으로 1992년 세계 식량상을 포함한 세계적인 인정을 받았다.[5] 이 기술은 전 미국 농업부 장관오빌 프리먼에 의해 "20세기 최고의 곤충학적 업적"으로 평가받았다.

사우스오스트레일리아주는 2016년부터 원예 해충을 통제하고 궁극적으로 박멸하기 위한 프로그램의 일환으로 여름 성수기 동안 매주 수천만 마리의 불임 과실파리를 생산하고 있다.[6]

아프리카 수면병

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수면병 또는 아프리카 수면병은 인간에게 발생하는 기생충성 질병이다. 파동편모충속에 속하는 원생동물에 의해 발생하며 체체파리에 의해 전파되는 이 질병은 사하라 이남 아프리카 지역, 약 36개국 및 6천만 명의 인구에 풍토병으로 존재한다. 매년 약 5만 명에서 7만 명이 감염되고 약 4만 명이 사망한다. 가장 최근의 세 차례의 유행병은 1896년~1906년, 1920년, 1970년에 발생했다.

체체파리 연구에 따르면 암컷은 일반적으로 한 번(가끔 두 번)만 짝짓기를 한다. 연구 결과 이 과정이 재앙을 막는 데 효과적이라는 것이 밝혀졌다.

성공적인 프로그램

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목표

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불임 곤충의 국경 간 운송 역사

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불임 곤충의 국경 간 운송은 60년(1963년 이후) 동안 계속적으로 이루어졌다. 운송된 불임 곤충의 총 수는 25개국 50개 불임 곤충 공장에서 23개 수령국으로 수천 건의 국경 간 운송을 통해 1조 마리 이상으로 추정된다. 이 긴 기간과 많은 선례 동안 가능한 위험과 관련된 문제는 확인되지 않았으며, 따라서 불임 곤충의 운송은 어떤 규제 조치에도 적용된 적이 없다. 이 표는 1963년 멕시코 몬테레이에서 미국 텍사스로 불임 멕시코과실파리(Anastrepha ludens, Loew) 운송으로 시작된 국경 간 운송의 역사를 보여준다.[23]

단점

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  • 불임 곤충을 사용하기 전에 개체군을 억제하기 위해 자연적으로 개체군이 적은 시기나 반복적인 살충제 처리가 필요한 경우가 있다.
  • 성별 분리는 어려울 수 있지만,[17] 지중해과실파리처럼 유전적 성별 분류 시스템이 개발된 경우에는 대규모로 쉽게 수행할 수 있다.
  • 방사선, 운송 및 방사 처리는 수컷의 짝짓기 적합성을 감소시킬 수 있다.
  • 이 기술은 종 특이적이다. 예를 들어, 이 기술은 경제적으로 중요한 6종의 체체파리 각각에 대해 별도로 구현되어야 한다.
  • 대량 사육 및 방사[24][25]는 정밀한 공정을 요구한다. 예상치 못하게 번식 가능한 수컷이 방사되었을 때 실패 사례가 발생했다.
  • 광역 접근 방식이 더 효과적이다. 통제 구역 외부에서 야생 곤충이 유입되면 문제가 재발할 수 있기 때문이다.
  • 충분한 불임 곤충을 생산하는 비용은 일부 지역에서 부담스러울 수 있지만[26] 규모의 경제로 인해 감소한다.

결론 및 전망

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유전자 변형 생물 (형질전환 생물)에 기반한 생명공학적 접근 방식은 아직 개발 중이다. 그러나 이러한 생물을 자연에 방출하는 것을 허가할 법적 틀이 존재하지 않으므로,[27][28] 방사선을 통한 불임화가 가장 많이 사용되는 기술로 남아 있다. 2002년 4월 8일부터 12일까지 로마 FAO 본부에서 "식물 보호를 위한 형질전환 절지동물 사용의 현황 및 위험 평가"에 대한 회의가 개최되었다. 이 회의의 결과물[29]북미 식물 보호 기구(NAPPO)에서 "형질전환 절지동물 수입 및 제한적 야외 방출 지침"에 대한 NAPPO 지역 표준 No. 27[30]을 개발하는 데 사용되었으며, 이는 형질전환 절지동물 사용의 합리적인 개발을 위한 기반을 제공할 수 있다.

경제적 이점

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경제적 이점이 입증되었다. 나선구더기 박멸이 북미와 중앙아메리카 가축 산업에 미치는 직접적인 이점은 연간 15억 달러 이상으로 추정되며, 이는 반세기 동안의 투자액 약 10억 달러와 비교된다. 멕시코는 연간 약 2천 5백만 달러를 투자하여 30억 달러 이상의 과일 및 채소 수출 시장을 보호한다. 칠레의 과일 수출 시장은 메드플라이가 박멸되면서 5억 달러까지 확대된 것으로 추정된다. 광역 기반으로 대규모 사육 과정을 통해 SIT가 구현될 경우, 환경적 이점 외에도 기존 방제법과 비용 경쟁력이 있다.[31]

식물 관련 기술

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SIT와 유사한 기술이 최근 방사선 조사된 꽃가루를 사용하여 잡초에 적용되었으며,[32] 그 결과 발아하지 않는 변형된 씨앗이 생성되었다.[33]

같이 보기

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각주

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  1. Dyck, V.A.; Hendrichs, J.; Robinson, A.S., 편집. (2021). 《Sterile Insect Technique: Principles and Practice in Area-Wide Integrated Pest Management》 2판. Boca Raton, FL: CRC Press. doi:10.1201/9781003035572. hdl:10044/1/86496. ISBN 9781003035572. S2CID 265757752. 
  2. Vreysen, M. J. B., Robinson, A. S., and Hendrichs, J. (2007). "Area-wide Control of Insect Pests, From Research to Field Implementation." pp. 789 Springer, Dordrecht, The Netherlands
  3. (프랑스어) Luigi D'Andrea, "Des insectes transgéniques contre la dengue. Sous quel contrôle et avec quels dangers ?", Stop OGM infos, no. 52, 2013.
  4. Serebrovsky, A.S. (1940). 《[On the possibility of a new method for the control of insect pests]》. 《Zool. Zh.》 19. 618–630쪽. 
  5. globalreach.com, Global Reach Internet Productions, LLC-Ames, IA-. “1992: Knipling and Bushland - The World Food Prize - Improving the Quality, Quantity and Availability of Food in the World”. 《www.worldfoodprize.org》. 
  6. “Port Augusta producing 40 million sterile fruit flies a week to combat Riverland outbreaks”. 《ABC News》 (오스트레일리아 영어). 2023년 11월 3일. 2023년 11월 3일에 확인함. 
  7. “The Area-Wide Sterile Insect Technique for Screwworm (Diptera: Calliphoridae) Eradication” (PDF). 
  8. “Tsetse fly eradicated on the Island of Zanzibar”. 《UN FAO (유엔식량농업기구)》. 1998년 5월 22일. 2021년 10월 24일에 확인함. 
  9. “Senegal celebrates first victory against tsetse fly eradication”. 《UN FAO (유엔식량농업기구)》 (Dakar/Rome/Vienna). 2014년 1월 10일. 
  10. “The Tsetse Fly Eradication Project in Senegal Wins Award for Best Sustainable Development Practices”. 《IAEA》. 2015년 7월 23일. 2021년 11월 16일에 확인함. 
  11. “OKSIR The Sterile Insect Release (SIR) Program is an area wide environmentally friendly approach to managing the codling moth population in the Okanagan, Similkameen and Shuswap Valleys”. 《www.oksir.org》. 
  12. The Sterile Insect Technique: Example of Application to Melon Fly Bactrocera cucurbitae. (accessed December 13, 2016)
  13. “Site Pages - Default”. 
  14. Himuro, Chihiro; Kohama, Tsuguo; Matsuyama, Takashi; Sadoyama, Yasutsune; Kawamura, Futoshi; Honma, Atsushi; Ikegawa, Yusuke; Haraguchi, Dai (2022년 5월 12일). Papadopoulos, Nikos T., 편집. 《First case of successful eradication of the sweet potato weevil, Cylas formicarius (Fabricius), using the sterile insect technique》. 《PLOS ONE》 (영어) 17. e0267728쪽. Bibcode:2022PLoSO..1767728H. doi:10.1371/journal.pone.0267728. ISSN 1932-6203. PMC 9098069. PMID 35551267. 
  15. Ikegawa, Yusuke; Kawamura, Futoshi; Sadoyama, Yasutsune; Kinjo, Kunio; Haraguchi, Dai; Honma, Atsushi; Himuro, Chihiro; Matsuyama, Takashi (April 2022). 《Eradication of sweetpotato weevil, Cylas formicarius , from Tsuken Island, Okinawa, Japan, under transient invasion of males》. 《Journal of Applied Entomology》 (영어) 146. 850–859쪽. doi:10.1111/jen.13004. ISSN 0931-2048. S2CID 247909671. 
  16. “Malaria Journal”. 《Malaria Journal》. 
  17. Mamai, Wadaka; Maiga, Hamidou; Somda, Nanwintoum Séverin Bimbilé; Wallner, Thomas; Konczal, Anna; Yamada, Hanano; Bouyer, Jérémy (2020). 《Aedes aegypti larval development and pupal production in the FAO/IAEA mass-rearing rack and factors influencing sex sorting efficiency》. 《Parasite》 27. 43쪽. doi:10.1051/parasite/2020041. ISSN 1776-1042. PMC 7301634. PMID 32553098.  오픈 액세스로 게시된 글 - 무료로 읽을 수 있습니다
  18. “A Genetically Engineered Swat”. 
  19. Chen, Lin H.; Hamer, Davidson H. (2016). 《Zika Virus: Rapid Spread in the Western Hemisphere》. 《Annals of Internal Medicine》 164. 613–5쪽. doi:10.7326/M16-0150. ISSN 0003-4819. PMID 26832396. 
  20. “Sterile Insect Technique, Insect Pest Control - NAFA”. 《www-naweb.iaea.org》. 
  21. “DIR-SIT - World-Wide Directory of SIT Facilities (DIR-SIT)”. 《nucleus.iaea.org》. 
  22. “IDIDAS - International Database on Insect Disinfestation and Sterilization (IDIDAS)”. 《nucleus.iaea.org》. 
  23. Read more information on Packing, Shipping, Holding and Release of sterile insects.
  24. “FAO/IAEA/USDA Manual for Product Quality Control and Shipping Procedures for Sterile Mass-Reared Tephritid Fruit Flies, Manuals & Protocols, Insect Pest Control - NAFA”. 《www-naweb.iaea.org》. 
  25. “FAO/IAEA. 2006. FAO/IAEA Standard Operating Procedures for Mass-Rearing Tsetse Flies, Version 1.0. International Atomic Energy Agency, Vienna, Austria. 239pp.” (PDF). 
  26. Mamai, Wadaka; Bimbilé Somda, Nanwintoum Sévérin; Maiga, Hamidou; Konczal, Anna; Wallner, Thomas; Bakhoum, Mame Thierno; Yamada, Hanano; Bouyer, Jérémy (2019). 《Black soldier fly (Hermetia illucens) larvae powder as a larval diet ingredient for mass-rearing Aedes mosquitoes》. 《Parasite》 26. 57쪽. doi:10.1051/parasite/2019059. ISSN 1776-1042. PMC 6752115. PMID 31535969.  오픈 액세스로 게시된 글 - 무료로 읽을 수 있습니다
  27. Knols BG and Louis C. 2005. Bridging laboratory and fields research for genetic control of disease vectors. In proceedings of the joint WHO/TDR, NIAID, IAEA and Frontis workshop on bridging laboratory and field research for genetic control of disease vectors, Nairobi, Kenya 14–16 July 2004 Wageningen. Frontis
  28. Scott, TW; Takken, W; Knols, BG; Boete, C (2002). 《The ecology of genetically modified mosquitoes》. 《Science》 298. 117–119쪽. Bibcode:2002Sci...298..117S. doi:10.1126/science.298.5591.117. PMID 12364785. 
  29. 《Status and risk assessment of the use of transgenic arthropods in plant protection》 (PDF). 2002. 2016년 9월 17일에 확인함. 
  30. “NAPPO Regional Standard No. 27” (PDF). 2008년 8월 20일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 
  31. Hendrichs, Jorge, and Alan Robinson. 2009. Sterile Insect Technique. In Encyclopedia of Insects, ed. Vincent H. Resh and Ring T. Carde. pp. 953–957. Second Edition. London, Oxford, Boston, New York and San Diego: Academic Press, Elsevier Science Publisher.
  32. US Pending US20190208790A1, Efrat Lidor-Nili & Orly Noivirt-Brik, "Compositions, kits and methods for weed control", published 2019-07-11, assigned to Weedout Ltd. 
  33. מורן, מירב (2020년 12월 30일). “בלי כימיקלים: שתי מדעניות הגו רעיון פשוט ומהפכני לחיסול עשבים שוטים”. 《הארץ》 (히브리어). 2021년 1월 5일에 확인함. 

외부 링크

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