Editorial Board

화학농약은 농작물과 그 수확물을 보호하는 화학물질로서, 영농과정에서 자주 발생하는 병해충의 방제를 위해 사용하는 물질로 가장 직접적이고 효과가 빠르며, 경비가 적게 들어 농업생산성을 높이기 위해 사용하는 물질이다. 그러나 최근에 농업생산성을 높이기 위해 사용한 농약이 그 본래의 효과 이외에 수자원이나 토양 등을 오염시키는 환경오염원으로 악영향을 끼치는 결과를 초래하고 있으며, 병해충의 농약 저항성 증대와 같이 예기치 않은 많은 사회적 문제를 야기하고 있다. 이러한 화학농약의 잠재적 유해영향에 대한 사회적 관심의 증대로 농작물의 안정적 생산을 유지하면서 농약의 부정적 영향을 최소화 할 수 있는 해충관리에 대한 새로운 관리법으로서 친환경 유기농 자재를 사용하고 있다. 그러나 친환경 유기농자재의 목록공시는 평가가 일회성이고, 사용목적이 광범위하고, 대부분 유기성자재로서 주성분의 최소량 또는 유해성분의 최대량 등 객관적인 규격 제기가 어려우며, 약효 발현 주성분과 살충, 살균효과가 불분명한 단점이 있다(Nam, 2011).

최근 유기 합성 농약의 사용으로 인한 환경생태계 오염에 대한 우려와 친환경 유기농업자재의 문제점을 대체하기 위한 방법으로 자연계에 존재하는 토착미생물을 직접 이용하거나 이들의 기능을 활용한 생물농약이 꾸준히 개발되고 있다(Park, 2011). 미국에서 1961년 등록된 Bt 살충제는 다양한 종류의 농작물과 해충들을 방제하는데 효과적(Sudakin, 2003; Siegel, 2001)이라고 알려져 있다. 전 세계적으로 널리 사용되고 있고, OECD는 2020년 세계 농약시장에서 Bt를 이용한 생물농약이 20% 정도 차지할 정도로 성장 할 것으로 예측하였다(Whalon and Wingerd 2003). 그러나 정부의 화학농약 저감 정책에도 불구하고 사용량이 줄지 않는 것은 화학농약을 대체할 수 있는 유기농업자재 및 생물농약의 개발이 미흡한 점을 그 이유로 볼 수 있다. 우수한 생물 농약의 상품화에는 미생물의 분리/동정 기술, 미생물 배양기술, 천연물 분리/동정 기술, 제제기술, 방제기술의 체계화 등 다양한 분야의 전문기술이 필요하다. 화학농약에 대한 병원균의 내성발현문제를 해결하고 농가의 경제적 이득과 농산물 소비자의 안전보호의 측면에서도 효과를 기대할 수 있다.

마늘 흑색썩음균핵병은 1988년 고흥지방의 난지형 마늘포장에서 처음 흑색썩음균핵병이 발생하여 큰 피해를 주었으며, 지금은 제주도와 무안, 서산, 태안지방까지 발생하고 있다. 특히 난지형 노지마늘 재배 지역에서 피해가 크며 서산, 태안지방에서는 한지형 마늘까지 피해가 확산되고 있고 무안지방에서는 양파포장에도 발생하여 큰 피해를 주고 있다. 토양 전염성 병원균의 일종으로(Sclerotium cepivorum Berkeey) 흑색의 구형 또는 편구형 균핵을 형성하고, 균핵의 크기는 보통 0.5~0.8 mm로서 다른 균핵병의 균핵보다 매우 작다. 병징은 마늘 지상부가 황변하여 고사하는 증상을 나타내고, 지하부의 구근에서는 처음 흰균사가 나타나며, 병이 진전되면서 구근 껍질에 흑색의 균핵이 형성된다. 병원균은 균핵 상태로 토양에서 여름을 휴면한 후 9~10월 마늘 파종과 함께 발아하여 기주에 침입하고, 추운 12~1월에 잠시 멈추었다가 2월경부터 발생하여 육안으로 피해 병징을 볼 수 있다. 4월 상순에 가장 피해가 크며, 고온기인 5월 이후에는 줄게 된다. 마늘 흑색썩음균핵병은 토양전염성 병해로 까다롭고 현재 흑색썩음균핵병에 사용되고 있는 살균제는 방제 효과가 그다지 높지 않은 편이다. 또한 화학농약이기 때문에 인축에 독성을 나타내고 약제의 저항성 유발, 농약 잔류문제 등의 문제점을 가지고 있다(Asari et al., 1994). Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4는 작물에 발생하는 흑색 썩음균핵병균을 효과적으로 방제할 수 있는 버크홀데리아속 미생물 균주를 토양으로부터 분리하고, 버크홀데리아 파이로시니아 CAB08106-4(Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4)로 명명하였다. Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4는 미생물제제로 마늘의 흑색썩음균핵병을 비롯한 여러 식물병에 대해 방제효과가 우수하며, 기존의 화학농약이 가지고 있는 잔류독성, 환경 유해 등의 문제점을 해결하고 화학농약보다 우수한 방제효과를 얻을 수 있다.

본 시험에서 사용된 피부감작성 시험방법(Draize sensitization test)은 1935년 Landsteiner와 Jacobs에 의해 처음 발표된 시험방법으로 1980년대까지 USFDA 등 가장 널리 사용된 시험방법이고, 국내에서는 농촌진흥청의 미생물농약의 피부감작성 시험방법으로 채택되어 사용되고 있다. 피부감 작성시험은 면역보조제인 Freunds Complete Adjuvant (FCA)를 병용투여하여 알레르기 상태를 일으키기 쉽게하는 시험법인 Maximization test와 면역보조제를 사용하지 않는 시험법인 Draize test, Buehler test가 있다. 면역보조제를 이용할 경우 사용하는 동물에 감수성을 증진시켜 약한 감작성 물질도 검출을 가능하게 하여 인간에서의 위험성 검출감도를 보다 높이려는 목적으로 사용되고 있다. 일반적으로 면역보조제를 사용하지 않는 시험법은 면역보조제를 이용하는 시험법에서 얻어지는 양성소견을 재확인하기 위해서 이용되는 시험법이다. 최근 동물복지에 대한 인식 향상과 국제사회의 동물시험법대체법에 대한 요구 증가로 기니픽을 이용한 피부감작시험법의 대체시험법으로 마우스를 이용한 국소 림프절시험법이 개발되어 사용되고 있다. 일반적인 조건에서는 기니픽을 사용한 Maximization test가 사람에서 나타나는 반응과 가장 유사하고 Draize sensitization test는 과소 평가되는 경향을 가지고 있다. 그러나 단백질을 포함하는 미생물농약은 Freunds Complete Adjuvant (FCA)와 같은 면역증가제를 사용하는 Maximization test로 시험하는 경우 과도하게 과대평가될 가능성이 있어 Draize sensitization test를 사용하는 것으로 알려져 있다.

피부 및 눈 자극성, 피부감작성에 관한 정보는 제품의 안전성 확인에 있어 기본적인 부분이다. 피부 및 눈과 같은 표면장기는 Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4 균주를 이용한 생물농약 제품의 제조 및 사용과정에서 주요 노출 경로가 될 가능성이 있다. 따라서 본 시험에서는 마늘 흑색썩음균핵병에 대해 항균물질을 분비하는 Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4 균주를 이용한 생물농약 개발 및 상품화를 위해 생물농약 제품의 피부, 안점막에 대한 자극성 및 피부감 작성을 평가하고자 한다.

본 연구는 농촌진흥청고시(고시 제2013-21호) “농약 및 원제의 등록기준”에 따라 수행되었으며, “동물보호법(제정 1991년 05월 31일 법률 제 4379호, 일부개정 2014년 03월 24일 법률 제 12512호)”에 따라 ㈜에이비솔루션 동물실험윤리위원회 운영규정을 준수하여 실시하였다.

본 연구는 Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4균주를 이용한 생물학적 살충제 개발 및 상품화를 위한 안전성 평가에서 중요한 단계인 피부와 눈에 미치는 잠재적인 자극성 및 민감성 효과를 알아보기 위하여 농촌진흥청의 고시 기준에 따라 실시하였다.

Fig. 1. 
Changes of body weights of NewZealand white rabbit with the Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4(Skin irritation).

Fig. 2. 
Changes of body weights of NewZealand white rabbit with the Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4(Eye irritation).

Fig. 3. 
Changes of body weights of Hartley guinea pigs with the Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4(skin sensitization).

급성독성 평가에서 투여경로의 선택은 시험물질의 특성과 작용 방식을 고려해야한다. 랫트를 이용하여 Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4에 대한 급성 경구, 정맥 및 호흡기 독성/병원성 시험을 수행한 결과 암컷과 수컷 모두에서 시험 물질 투여로 인한 변화는 관찰되지 않았다(Kwon et al., 2013). 일반적으로 사람은 경구를 통해 외부로부터 독성물질을 흡수하고, 흡입이나 정맥 노출을 통해서도 노출된다. 그러나 생물학적 살충제를 제조하거나 직접 사용하는 사람들은 피부나 안점막에 직접 노출될 수 있다. 그러나 아직까지 Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4으로 인한 피부와 안점막 자극에 대한 잠재적인 유해성은 연구되지 않았다. 피부와 안점막 자극 시험은 함께 이루어지기 때문에(Mancebo et al., 2008), 본 시험에서도 피부자극성 시험과 안점막 자극성 시험, 피부감작성 시험을 함께 수행하였다.

피부는 외부 환경으로부터 인체를 보호하는 보호 장벽이기 때문에 물질의 독성을 평가하는데 있어서 피부 감작과 자극을 평가하는 것은 매우 중요하다. 시험물질의 경피 흡수로 인한 경련, 체중 감소 등과 같은 전신 독성 및 피부와의 접촉으로 인한 홍반, 가피 및 부종과 같은 국소 독성을 평가하여 시험물질의 흡수가 전신 효과 또는 치사를 일으키기에 충분한지를 평가하는 피부자극성 시험은 국내 및 국제독성 시험 규정에 포함되어 있다(U.S.EPA, 1996a와 b). 그리고 피부 자극 시험을 통해 얻어진 자료들은 시험 물질에 반복적으로 노출되는 사람들에서 잠재적으로 발생할 수 있는 위험을 평가하는데 사용될 수 있다. 이에 따라 본 시험에서도 피부자극성 시험과 안점막자극성시험, 피부감작성시험을 모두 수행하였다.

토끼를 이용하여 Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4의 피부자극성 시험을 수행한 결과 시험물질의 투여로 인한 사망 동물이나 이상반응은 나타나지 않았다(Table 1). 시험 기간 동안 투여군과 대조군 모두 정상적인 체중 증가가 관찰되었다. 그리고 시험물질 투여 후 72시간까지 모든 동물에서 홍반, 가피 및 부종이 관찰되지 않았다. 피부자극표와 Draize의 산출방법에 따른 피부 자극성을 판정한 결과 일차 자극지수(P.I.I.)는 0.0으로 산출되었다.

점막은 피부와 비슷하지만 두께가 얇으므로 외부물질의 흡수와 확산 속도가 피부보다 빠르게 진행되고, 전신독성 및 국소독성이 빠르게 나타날 수 있기 때문에 시험물질이 점막에 접촉하였을 때 나타나는 전신독성 및 국소독성을 파악하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4이 점막에 접촉하였을 때 나타나는 전신독성 및 각막 혼탁, 홍채이상, 결막의 발적, 부종 및 배출물과 같은 안점막자극성을 파악하기 위하여 실시하였다. 그 결과 Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4가 투여된 토끼에서는 시험물질의 투여에 의한 사망동물이나 이상반응은 관찰되지 않았다(Table 2). 체중측정 결과, 투여군과 대조군 모두 정상적인 체중 증가가 관찰되었다. 시험물질 투여 후 1시간, 1일, 2일, 3일, 4일 및 7일 후에 안점막 자극성을 관찰한 결과, 모든 동물에서 각막의 혼탁, 홍채 이상, 결막의 발적, 부종 및 배출물이 관찰되지 않아 평균 안자극 지수(M.O.I.)는 투여 후 1시간, 1일, 2일, 3일, 4일 및 7일까지 모두 0.0으로 산출되었고, 급성안점막자극지수(A.O.I.)는 0.0으로 산출되었다.

그리고 피부감작성 시험에서는 실험기간 동안 Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4의 투여에 의한 사망동물 및 이상반응은 관찰되지 않았다(Table 3). 투여군과 대조군 모두 정상적인 체중 증가가 관찰되었다. Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4로 피부감작을 유발한 후 24 시간과 48 시간에 적용부위의 피부를 관찰한 결과, 홍반 및 부종 등의 피부반응이 관찰되지 않아 감작지수와 빈도지수는 각각 0과 0%로 산출되어 I 등급으로 평가되었다. 피부감작성 반응(알러지성 접촉성 피부염)을 유발하거나 유발할 가능성을 결정하는 것은 물질의 독성을 평가하는 중요한 요소이다. 감수성 검사에서 파생된 정보는 시험물질에 반복적으로 노출된 개체군의 가능한 위험을 식별하는데 사용된다.

지금까지 가장 일반적으로 사용되는 생물 농약인 Bacillus thuringiensis (Bt)에서도 경구, 정맥 및 호흡기를 통한 단회 투여시 병원성이나 독성이 관찰되지 않았다(Mancebo et al., 2014). 최근에는 Bt의 새로운 계통인 B. thuringiensis israelensis(Bti) SH14는 시험 동물에서 피부 자극과 안점막 자극은 관찰되지 않았으나 반복 노출에 따른 자극성은 관찰되었다(Arteaga et al., 2014). 이와 비슷하게 본 연구에서도 Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4는 단회 처치로 인해서는 피부 자극과 안점막 자극, 피부감작성 등은 유도되지 않았기 때문에 비교적 안전하다고 판단할 수 있다. 그러나 Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4를 사용하는 사람에서 나타는 피부 반응과 자극에 대한 역학 조사와 반복 노출되는 동물에서 유도되는 피부 자극 등에 대한 연구가 추가적으로 필요할 수 있다. 왜냐하면 해충의 유충과 검은 파리나 모기의 알 등을 제거하기 위해 광범위하게 사용되는 Bt 기반의 제품에 반복 노출될 경우 알러지가 유발될 수 있음이 보고되었다. Bt serovar kurstaki 제품을 처리한 야채를 취급하는 농부들 중 일부는 피부단자검사(skin-prick tests)에서 양성반응을 나타냈고 IgG와 IgE 항체가 유도었다(Bernstin et al., 1999). 그리고 Bt 제품들에 노출되는 329명의 덴마크의 온실 근로자들을 대상으로 다년간 연구한 결과 IgE를 매개로하는 자극의 가능성이 나타났다(Doekes et al., 2004). 이들은 연구 시작 후 2차 년도에는 대상자의 23-29% 정도의 혈액에서 IgE가 증가하였고 2차년도와 3차년도 사이에는 86-88% 수준으로 증가하였다.

이상의 결과로부터 농촌진흥청 고시 기준에 따라 생물학적 살충제인 Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4의 급성 단회 처치에 따른 독성이나 병원성은 관찰되지 않았으며, 피부나 안점막 자극이나 피부감작성 등이 관찰되지 않았다. 따라서 Burkholderia pyrrocinia CAB08106-4균을 단회 노출된 경우 피부 자극이나 안점막에 대한 자극, 피부감작성을 유발하지 않는 것으로 평가되었다.