국내 질병매개 모기의 화학적 방제와 살충제 저항성
Chemical control and resistance of vector mosquitoes in the Republic of Korea

질병관리본부 국립보건연구원 면역병리센터 질병매개곤충과      
  

Ⅰ. 들어가는 말
  국내 모기에 의한 매개질병 중에는 말라리아와 일본뇌염이 가장 중요한 질병으로 보고되고 있다. 세계보건기구(WHO)는 1970년 대한민국을 말라리아 박멸지역(Eradication zone)으로 선언하였으나, 1993년 제대군인으로부터 말라리아 환자가 발생한 이후, 2004년을 제외하고 매년 1,000명 이상의 환자가 발생하고 있다[1]. 1980년대 초에는 1,000명 이상의 일본뇌염 환자가 발생하였는데, 1985년 이후 저항성이 낮고 감수성이 높은 살충제 사용으로 인한 매개모기의 감소와 백신 접종에 의해 환자  발생이 2-3명으로 감소하였다[2]. 그러나 2007년 이후 6명 이상의 환자가 지속적으로 발생하고 있다. 비록 일본뇌염 환자의 수가 말라리아 환자 수보다 적지만 말라리아보다는 매우 치명적인 질병이므로  더 많은 주의가 요구된다. 국내 모기방제는 살충제 의존도가 매우 높다. 특정 지역의 지속적인 살충제 방제는 질병을 전파하는 모기 종들에 대해 살충제 저항성 발달을 야기한다[3]. 효과적인 모기 방제를 위해서는 지역적으로 차이가 있는 살충제 감수성 및 저항성의 정기적인 모니터링을 통하여 감수성이 좋은 살충제를 선택하는 것이 매우 중요하다[2-4]. 국내 모기의 살충제에 대한 감수성 및 저항성 실험은 주로 대학이나 국립보건연구원에서 산발적으로 실시되어져 왔다[2-6]. 국외의 살충제 감수성 조사는 주기적인 모니터링을 통하여 감수성 높은 살충제를 사용하도록 하고 있으며, 최근에는 모기의 저항성 발달을 억제하는 유전적 조사와 효소의 활동을 이용한 저항성 감소 연구가 활발히 이루어지고 있다[7]. 모기의 지역적 저항성 자료가 확보되어 응용 기술의 단계로 넘어간 외국의 실정에 비해 국내 살충제 저항성 조사와 관리는 살충제 저항성 정도만 측정하는 매우 단순한 단계이다. 이 글에서는 국내 주요 모기 종에 대한 방역용 살충제 저항성 및 감수성 연구에 대한 현황과 향후 수행되어져야 할 연구에 대해 재고(再考)하고자 한다.

Ⅱ. 몸 말
  1. 국내 모기 방제
  국내 사용되는 살충제는 1960년대부터 1980년대까지 주로 가열연막(thermal fogging) 및 잔류분무(residual spray)에 의해 방역용 살충제가 대량으로 사용되었으며, 1990년대 이후 종합적 해충방제(Integrated vector management; IVM)의 개념으로 천적과 유충 구제제가 함께 사용되어져 오고 있다. 그러나 IVM의 도입으로 여러 가지 방제방법을 사용한다고 해도 살충제의 사용량은 지속적으로 증가하고 있는 실정이다. 유기인계와 피레스로이드계 살충제의 판매량은 최근 5년(2005-2009년) 동안 각각 2.0배와 1.1배 증가하였다[8]. 

  2. 살충제 저항성
  오랫동안 반복 사용된 살충제는 저항성 발달을 유도했고, 이로 인해 많은 문제점이 발생되었다. Kim et al.은 국내 모기 저항성이 살충제 방제 실패의 원인이라고 하였으며[5], Chang et al.은 살충제 저항성으로 인해 살충제 사용량은 증가하였으며, 환경오염이나 인축에 대한 위험성이 높아졌다고 발표하였다[6]. 살충제의 독작용은 주로 모기의 신경계를 공격하여 곤충을 마비시켜 치사시킨다. 피레스로이드계 살충제의 경우, Sodium channel에 작용하여곤충의 휴지막 전위1)를 변화시켜 지속적인 자극을 주어 곤충의 마비 증상을 유발하여 치사케 하고, 유기인계 살충제의 경우에는 신경전달 물질인 Acetylcholineste-rase(AChE)의 작용을 저해하여 곤충을 마비시켜 치사하게 한다[9]. 해충의 살충제에 대한 생존전략 중 가장 큰 비중을 차지하고 있는 살충제 저항성은 크게 다음과 같은 4가지 요인에 의해 발생한다. 첫째, 체내 가수분해  효소(carboxylesterase)의 활동을 조절하여 살충제의 모양을 변형하여 물과 함께 배출시키는 체내 대사 작용 변화, 둘째, Sodium channel과 GABA Receptor gene과 같은 살충제 작용점의 아미노산 배열  변화를 유발하여 살충제의 작용을 방해하는 방법, 셋째, 살충제 회피와 같은 행동의 변화, 그리고 넷째, 큐티클층(Cuticle layer)의 두께를 조절하여 살충제가 체내로 침투하지 못하도록 하는 방법 등이다[10]. 

  3. 국내 방역용 살충제에 대한 모기 감수성 및 저항성 발생 현황
  우리나라에서의 모기에 대한 살충제 감수성과 저항성에 관한 연구는 방역용 살충제에 대한 지역별  감수성과 저항성을 측정하여 발달 정도를 분석하는 형태로 연구가 진행되어져 왔다. 말라리아나 일본 뇌염과 같은 질병 문제와 관련이 있는 중국얼룩날개모기(Anopheles sinensis)와 작은빨간집모기(Culex tritaeniorhynchus)에 대한 살충제 저항성 연구는 일부 보고가 이루어진 반면[2,3,6], 국내
에서는 아직 특별한 질병과 관련이 없는 빨간집모기(Culex pipiens pallens)와 지하집모기(Culex pipiens molectus)에 대한 살충제 감수성 및 저항성에 관한 연구는 매우 부족한 실정이다. 심 등은 광주지역에서 1980년과 1992년에 채집된 작은빨간집모기(Cx. tritaeniorhynchus)의 19개 살충제에 대한 저항성 조사를 수행하였다(Table 1)[2].
                                                     
  같은 지역에서 1992년에 채집된 모기는 12년 전인 1980년에 채집된 모기에 비해 유기인계 살충제에 최대 66배의 저항성을 나타냈다. 그러나 피레스로이드계 살충제에 대해서는 10배 이하의 낮은 저항성을 나타내었는데 피레스로이드계 살충제 중에 deltamethrin에 대해서는 높은 저항성을 보였다. 이는 그  지역에서 원예용으로 deltamethrin을 장기간 사용함으로 인해 높은 저항성을 나타낸 반면, 유기인계  살충제인 malathion은 10년 동안 그 지역에서 사용하지 않아 저항성이 감소한 것으로 보고하고 있다.
  심 등은 1981년과 1992년에 경기도 고양시에서 채집된 중국얼룩날개모기(An. sinensis)에 대해 살충제 감수성 실험을 한 결과, 피레스로이드계 살충제에 대해 3,000배 이상의 저항성을 나타내었다(Table 2)[3]. 전남 광주시와 고양시에서 채집된 모기가 서로 다른 살충제에 대해 높은 감수성과 저항성을 나타내는 것은 지역마다 다른 살충제 계통의 집중적 사용에 기인한 결과라고 분석된다.
                                                     
  최근 3년 동안 수행되었던 모기 유충에 대한 살충제 감수성 연구 중에 전국 6개 지역에서 채집된  빨간집모기 유충에 대한 살충제 감수성 실험 결과, 각 지역마다 감수성에 차이가 있었으며 지역에 장기간 사용되었던 살충제 종류에 따라 저항성의 발달 정도가 다르다는 것이 보고되었다(Table 3)[5]. 경남 진해 지역에서 채집된 개체군에서는 deltamethrin에 대한 저항성이 958배 이상 발달된 것으로 보고하고 있으며, 이는 그 지역의 감수성 모기에 대해 살충제 1ℓ를 사용하여 방제할 수 있다면 저항성 모기에  대해서는 살충제 950ℓ이상을 처리해야 방제할 수 있다는 것을 의미한다. 이는 인력과 방제 비용의 방대한 낭비를 초래하게 될 것이다. 2008년 경기도 파주에서 채집된 중국얼룩날개모기에 대한 살충제 저항성 실험 결과는 Table 4에서 보는 바와 같다[6]. 이 연구결과와 2001년에 같은 지역에서 채집된 동종의 모기 종과 감수성을 비교한 결과, fenthion에 대해 7년 만에 250배 이상의 저항성이 발현된 것으로 나타났다. 이는 파주 지역에서 수답해충을 방제하기 위해 유기인계 살충제를 그동안 지속적으로 사용하였으며, 보건소에서 3년 동안 모기 유충을 방제하기 위해 유기인계 유충 방제제를 사용하여 모기의 저항성을 증가시킨 것으로 분석하고 있다. 이 결과는 살충제 저항성의 모니터링과 저항성 대책의 중요성과 필요성이 큼을 말해 주고 있다.

                                                     
                                               
 1) 휴지막 전위: 곤충신경섬유는 자극이 전달되기 전 세포막을 경계로 하여 그 안쪽과 바깥쪽(림프액 등) 사이에 나트륨이온 (Na+)과 칼륨이온(K+)의
     농도에 큰 차이가 있다. 즉 안쪽에는 K+의 농도가 바깥쪽보다 수십 배로 높고, 반대로 Na+의 농도는 수십 분의 1로 작다. 이러한 이온의 분포차에
     의해 막의 안팎에 전위차가 생기는데, 그 크기가 보통 70mV에 달한다. 그리고 막의 안쪽이 바깥쪽에 대하여 음(-)이고 바깥쪽이 안쪽에 대하여
     양 (+)을 나타낸다. 그래서 신경섬유에서의 안팎의 전위차를 -70mV로 표시한다. 이 전위차를 휴지막 전위라고 한다.

Ⅲ. 맺는 말

  심 등은 효과적인 모기 방제를 위해 지역적으로 사용되는 살충제 종류에 따라 그 지역에서 발생하는 모기의 저항성 측정이 2-3년마다 필요하다고 하였다[2]. 살충제 감수성과 하루 밤에 채집한 모기의  수와 환자 수에 대한 관계를 분석하였다. 그 결과, 1980년대 초까지 감수성이 떨어지는 유기인계 살충제를 사용하였을 때 하루 밤 채집된 모기의 수는 평균 1,230마리였고, 환자 수는 1,000명 이상이었다. 1983년 감수성이 좋은 피레스로이드계 살충제를 사용하면서 모기 수가 평균 500마리 이상 감소하고 환자 수는 139명으로 감소하였다. 1984년 채집 모기 수는 172마리로 감소하고 환자는 발생하지 않았다. 백신 접종에 의한 환자의 감소도 있었지만 감수성 좋은 살충제를 함께 사용하여 모기의 수를 감소시키는 것도 중요하다고 보고하였다.
  최근 들어 자주 강조되는 것은 저항성 유발 속도를 낮추는 방향으로 모기 방제를 할 필요가 있다는 것인데, 이것은 종합적 방제에서 생물학적 요인과 생태적 요인이 중요하다고는 하지만 아직도 화학방제가 큰 몫을 차지하고 있기 때문이다. 모기의 생활사나 먹이 선호도, 모기와 포식자 또 모기와 경쟁자 사이의 관계 및 약제의 특성과 사용농도 등도 살충제 선발의 과정에서 고려하여야 할 요인들이다. 화학적 요인들은 이외에도 살충기작과 약제가 투여되기 이전에 모기와 접촉된 약제 등도 고려하여야 할 것이다.
  저항성 유발의 측면에서 중요하게 검토되어야 할 또 하나의 인자는 살충제가 처리된 지역에서의 살충제 잔류량의 지속 정도이며, 또한 살충제 살포 방법 역시 저항성 유발과 관련이 있다. Georghiou와 Taylor는 야생종 해충에서의 저항성 유전자 발현율은 1/1,000 이하에 지나지 않을 것으로 추정했다[10]. 따라서 야생의 개체는 주로 SS의 유전자 조합을 가지고 있으면 소수의 RS 유전자와 극소수의 RR 유전자 조합을 보일 것이라고 보고하였다. 따라서 SS 조합은 꼭 보존되어야 하며, 한번 잃어버리게 되면 다시는 재획득할 수 없는 유전자 급원(gene pool)이다. 만일 모든 SS 개체만을 치사시킬 수 있도록 살충제를 살포한다면 확률적인 평형이 저항성을 유발시킬 수 있는 방향으로 기울어지게 될 것이다. 그러나 만일 SS의 아주 작은 부분만이라도 생존하게 된다면 급격한 저항성 유발의 위험성은 많이 감소될 것이다. 또 그들은 야외조건에서도 소수의 개체들이 살충제에 접촉되지 않았거나 혹은 살충제의 접촉을 피할 수 있는 장소에서 생존하게 되는 경우에도 SS유전자 급원은 계속 보전되어질 수 있다. 이들 각각의 경우에서 생존하는 S 유전자는 RR 단일 유전자 조합과 결합하여 이를 점차로 희석시키므로 저항성을 낮추게 될 것이며, 이것은 살충제가 살포된 지역의 외부로부터 야생형인 SS 유전자를 가지고 있는 개체가 유입되는 것과 마찬가지 효과를 나타낸다고 볼 수 있다. 따라서 가장 합리적인 종합방제 대책은 이와 같은 점을 고려하는데 기초를 두어 수행하여야 할 것이다.
  첫째는 화학방제 계획 중 살충제 저항성을 감소시키는 방향으로 추진하여야 할 것이다. 만약에 S 유전자가 보존되면 선발압은 감소될 것이며 야생종 중에 R 유전자를 보유할 수 있는 확률은 0.1%에도 미치지 못할 것이라는 가정을 할 수 있다. 따라서 Georghiou와 Taylor는 LD50에 해당하는 농도로 살충제를 살포한다면 감수성 유전자는 보존되게 되며 이에 따라 저항성 발현이 상당히 지연될 것이라고 결론지었다[11]. 이와 같은 가정이 야외 조건에서 성공하기 위해서는 종합방제 계41 중에 들어 있는  다른 해충방제 방법들의 도움이 필요하다. 즉 천적과 천적미생물의 이용 등이 함께 이루어져야만 저항성 유발을 저지하는데 도움이 될 것이다. 두 번째 방법은 살충제를 SS만이 아니고 RS도 모두 방제할 수 있도록 살포하는 것이다. 만약 이와 같이 된다면, RS가 RR을 생산하면서 생존한다는 것은 불가능하며 RR간에 서로 후세대의 개체를 생산하는 것도 자연 상태에서는 RR의 존재확률이 대단히 낮아짐으로   인해 기대할 수 없으므로 저항성은 유발되지 않을 것이다. 또 다른 방법은 살충제의 급격한 분해를   방지시킬 수 있는 효력 상승제를 살충제의 주성분에 적당량 첨가함으로써 저항성을 낮추는 방법이다.  특히 저항성이 대사적 요인에 의해 유발되는 경우에 piperonyl butoxide, sesamex와 tributyl phosphorothioate 같은 효력 상승제들은 실험실적인 조건에서 수행한 선발압 실험에서도 저항성 발현을 상당히 감소시키는 것으로 판명되었다. 예를 들면, Rana-singhe와 Georghiou는 temephos라는 유기인계 살충제를 집모기류에 단독으로 처리하는 경우에는 쉽게 저항성이 발현되었으나 tributyl phosphorothioate를 함께 처리할 때에는 12세대 후에도 저항성의 조짐이 나타나지 않았다고 발표했다[12]. 이 효과는 효력 상승제를 사용할 때 주성분의 효과가 더욱 높아진다는 사실을 비록 상대적인 것이긴 하지만 극명하게 보여 주었다. 또 다른 방법은 살충기작이 서로 다른 살충제를 혼용하여 사용하는 것이다. Georghiou에 따르면 혼합제를 사용하는 경우에 뚜렷하게 저항성 발현이 지연되거나 저항성이 낮아지는 현상을 보고했으며, 이와 같은 현상은 혼합제가 여러 종류의 해충 피해를 동시에 방제하기  위해 사용되는 것과 마찬가지 이유에서 원인을 찾을 수 있다고 했다[13]. 그러나 살충제를 혼합제로서사용하는 것은 생태계 교란, 교차 저항성의 발달과 같은 문제점이 있으므로 계속해서 연구되어야 할  과제이다.
  질병관리본부 및 일선 방역기관에서는 모기에 대한 효율적인 방제를 위해 주기적인 살충제 감수성 및 저항성 측정을 실시하여 지역 마다 감수성 좋은 살충제를 사용할 수 있도록 하여야 할 것이며, 살충제 방제의 효율을 높일 수 있는 연구에 많은 노력을 기울여 환경오염을 감소시키며 방역예산을 절감해야 할 것이다.

Ⅳ. 참고문헌

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