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꿀벌( Apis mellifera ) 독성학 및 해독 메커니즘

추상적인

수분에서 꿀벌의 중요한 역할은 지구 식량 생산 시스템 유지에 있어 꿀벌의 중요성을 강조합니다. 최근 꿀벌 개체 수 감소 추세는 특히 다양한 이물질 노출과 관련하여 우려를 불러일으켰습니다. 본 고찰은 살충제, 항생제, 환경 오염물질, 미량 원소를 포함한 다양한 독성 물질에 대한 꿀벌의 노출에 대한 기존 연구를 종합합니다. 또한 이러한 물질이 개별 벌, 여왕벌, 유충, 그리고 더 나아가 전체 군집에 미치는 급성 및 만성 독성 영향에 대한 상세한 분석을 제공합니다.

독성 시험에 사용된 방법론과 그 결과로 도출된 독성학적 프로파일을 중점적으로 다루고, 이러한 노출과 관련된 위험을 강조합니다. 또한 본 고찰에서는 독성의 기전을 탐구하고 꿀벌이 이러한 이물질에 대해 사용하는 복잡한 해독 전략을 상세히 기술합니다. 이러한 물질에 대한 감수성은 다양하며, 특정 살충제, 항생제, 중금속은 뚜렷한 독성을 나타내는 것으로 관찰됩니다. 해독 효소와 관련된 대사 경로와 격리 메커니즘으로서의 밀랍의 역할을 논의하며, 만성 노출 위험의 가능성을 언급합니다.

그래픽 초록

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섹션 스니펫

배경

꿀벌 (Apis mellifera)은 수분과 식량 생산에 중요한 역할을 하기 때문에 농업의 중요한 구성 요소로 인식되고 있습니다. 수많은 식물 종의 주요 수분 매개자 역할을 하는 꿀벌은 생물 다양성 유지, 생태계 안정성, 그리고 농업 수확량 증대에 필수적입니다(Katumo et al., 2022). 수분 외에도 꿀벌은 꿀, 밀랍, 로얄 젤리 생산에 상당한 기여를 하며, 이는 꿀벌의 경제적,

이물질 노출 경로

일벌은 벌집에서 최대 3km 떨어진 곳까지 꿀, 꽃가루, 물, 프로폴리스와 같은 필수 자원을 찾아 이동하며, 이를 통해 수만 마리의 벌과 유충으로 구성된 군집의 생존을 지원합니다(Ollerton, 2017). 이러한 이동 과정에서 벌은 다양한 자연적 및 인위적인 독소에 노출되고, 꿀과 꽃가루를 통해 오염물질을 벌집으로 운반합니다. 꽃가루는 군집에 탄수화물과 단백질을 공급합니다(그림 1; Krupke et al., 2012). 오염은 다음과 같은 원인으로 발생할 수 있습니다.

아세틸콜린 에스테라제 억제제

아세틸콜린에스테라아제(AChE)를 억제하는 유기인산(OP) 및 메틸카바메이트(MC) 살충제와 살진드기제는 수십 년 동안 작물 보호, 특히 진딧물과 같은 주요 해충에 널리 사용되어 왔습니다(Simon, 2011). 이러한 화합물은 AChE를 억제하여 신경 기능을 교란시키고 궁극적으로 해충의 치사율을 높입니다(Simon, 2011). 살충제는 작용 기전에 따라 접촉성 살충제와 전신성 살충제로 분류됩니다. 접촉성 살충제(예: 클로르피리포스, 말라티온, 메타미도포스)는 해충에 작용합니다.

꿀벌의 살충제 급성 경구 노출에 대한 위험성 평가

살충제의 환경 위해성 평가에서 위험지수(HQ)는 살충제가 성충 꿀벌에 미치는 잠재적인 급성 경구 독성을 추정하는 1차 선별 도구로 사용됩니다(EFSA, 2013a). HQ는 오염된 꽃꿀 또는 벌빵/꽃가루에서 추출한 살충제의 추정 일일 총 섭취량(TDI, μg)(μg/kg)과 해당 급성 경구 LD50(μg/bee)의 비율로 계산됩니다. 본 검토에서는 최악의 노출 시나리오를 가정했습니다.

항균제

꿀벌은 군집 생존에 중대한 영향을 미치는 다양한 감염병에 점점 더 시달리고 있습니다(Reybroeck et al., 2012). 높은 개체 밀도와 한정된 공간 내에서의 긴밀한 유전적 연관성을 특징으로 하는 꿀벌 군집의 진사회성 구조는 바이러스 및 미생물 병원균의 확산에 특히 취약합니다(Reybroeck et al., 2012). 벌집은 약 34~35°C의 안정적인 온도로 유지되는데, 이는 벌집의 번식에 매우 유리한 조건입니다.

미량 원소

독성 미량 원소는 자연적 과정과 인위적 과정을 통해 생태계에 유입됩니다(Tchounwou et al., 2012). 자연적 원인으로는 화산 폭발과 광물 풍화 작용이 있으며, 산업 배출물, 농업 유출수, 도시화와 같은 인간 활동이 주요 원인입니다. 결과적으로 이러한 원소는 벌 서식지의 토양, 물, 공기를 오염시켜 수분 매개자에게 위험을 초래합니다.

꿀벌은 꽃꿀, 꽃가루, 물을 수집할 때 독성 요소에 노출됩니다.

독성 꽃꿀

꿀벌이 독성 화밀 식물화학물질에 면역성을 보이는 것은 곤충과 식물의 공진화를 보여줍니다(Adler, 2000). 꽃의 화밀에는 플라보노이드, 알칼로이드, 정유, 배당체, 폴리페놀과 같은 2차 대사산물이 포함되어 있는 경우가 많은데, 꿀벌은 이러한 물질을 해독하도록 적응했습니다(Irwin et al., 2014). 이러한 적응은 다양한 식물을 섭취해야 하는 꿀벌의 필요성에서 비롯되는데, 그중 다수는 유해 화합물을 생성합니다(Adler, 2000).

핵심 메커니즘은 시토크롬 P450 모노산소화효소입니다.

혼합물 독성학

꿀벌은 장시간 여러 살충제, 즉 살충제 혼합물에 동시에 노출되며, 이러한 살충제들은 상가적, 상승적 또는 길항적으로 상호작용할 수 있습니다. 상가적 상호작용은 두 가지 이상의 이물질의 결합 효과가 각 개별 효과의 합과 같을 때 발생합니다(Van Gestel et al., 2016). 상승적 상호작용은 두 가지 이상의 이물질의 결합 효과가 각 개별 효과의 합보다 클 때 관찰됩니다.

해독 메커니즘

꿀벌( Apis mellifera )은 효소적 생물변환, 밀랍 격리, 능동 수송, 그리고 행동 적응을 포함하는 다면적인 해독 시스템을 통해 이물질 노출을 관리합니다. 다른 곤충에 비해 해독 유전자의 종류가 상대적으로 제한적임에도 불구하고, 꿀벌은 환경 독소의 영향을 완화하는 효율적인 대사 및 조절 기전을 보입니다(Claudianos et al., 2006; Gong and Diao, 2017).

결론

꿀벌 군체는 다양한 이물질에 노출되어 점점 더 큰 위협을 받고 있으며, 이는 개별 벌, 여왕벌, 그리고 유충에게 악영향을 미쳐 궁극적으로 군체 건강을 해치고 군집 붕괴 증후군(CCD)과 같은 현상을 유발합니다. 다양한 살충제 계열 중 살충제, 특히 네오니코티노이드와 피레트로이드 계열은 가장 큰 위험을 초래합니다. 이러한 살충제의 급성 및 만성 독성은 화합물과 노출 기간에 따라 다르며, 다른 살충제와의 상승작용은 다음과 같습니다.

CRediT 저자 기여 진술서

야콥 A. 심쇼니:  집필 – 초안, 시각화, 지도, 소프트웨어, 자료, 프로젝트 관리, 방법론, 연구비 확보, 형식 분석, 개념화.  시몬 바렐:  집필 – 검토 및 편집, 시각화, 자료, 방법론, 개념화.

경쟁적 이해관계의 선언

저자는 이 논문에 보고된 내용에 영향을 줄 수 있는 경쟁적 재정적 이해관계나 개인적 관계가 없다고 선언합니다.

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