KR101560491B1

KR101560491B1 - 과산화수소를 포함하는 해충 기피용 조성물

Info

Publication number: KR101560491B1
Application number: KR1020140121050A
Authority: KR
Inventors: 강경진; 두은조
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2015-10-15

Abstract

본 발명은 과산화수소를 포함하며 해충의 TRPA1를 활성화시키는, 해충 기피용 조성물, 이를 포함하는 의약외품 조성물, 및 이를 해충에 처리하는 단계를 포함하는, 해충 퇴치 방법에 관한 것이다.

Description

과산화수소를 포함하는 해충 기피용 조성물 {Insect repellent comprising hydrogen peroxide}

본 발명은 과산화수소를 포함하며 해충의 TRPA1를 활성화시키는, 해충 기피용 조성물, 이를 포함하는 의약외품 조성물, 및 이를 해충에 처리하는 단계를 포함하는 해충 퇴치 방법에 관한 것이다.

모기는 사람에게 질병을 유발하는 대표적인 공중보건 해충의 하나로서 모기가 매개하는 질병인 말라리아(malaria), 뇌염(encephalitis), 황열병(yellow fever), 댕기열병(dengue fever), 그리고 사상충증(filariasis) 등은 많은 사람들의 생명에 위협이 되고 있다(James, 1992; 이승호 외 Korean J Environ Agric, 2011, 30(1), 76-81).

특히 말라리아는 열대와 아열대는 물론 온대기후를 보이는 지역에서 광범위하게 발생하는 대표적인 원충 감염 질환으로, 전 세계 인구의 약 40%가 말라리아 유행지역에 살고 있다. 2010년 이후 지속적으로 국내 발생 말라리아 환자 수는 감소하는 추세이나, 해외에서 감염되어 발생하는 말라리아는 화학적 예방요법으로 예방이 가능함에도 불구하고 말라리아로 사망하는 환자가 매년 발생하고 있다(염준섭, 대한내과학회지: 제86권 제3호, 2014).

모기를 방제하기 위해서 유기인계 및 피레드로이드(pyrethroid)계 살충제를 살포하는 방법이 있으며 이들 약제의 독성에 의한 부작용 피해를 줄이기 위한 기피제로는 디에틸톨루아미드(Diethyltoluamide, DEET)가 널리 사용되고 있다. DEET는 1946년 미군에 의해서 처음 개발되어 현재까지 모기를 비롯한 파리, 벼룩, 진드기 등의 다양한 해충들을 제어하기 위해 광범위하게 사용되고 있다(Qiu et al.,1998). 하지만, DEET는 사람의 피부를 통한 침투율이 약 17% 수준으로 비교적 높아 경피독성을 야기하며(Feldman and Maibach, 1970, Taylor et al., 1994) 뇌병증(encephalopathy), 급성조병형정신병(acute manic psychosis), 순환기질환 등의 독성을 일으킨다는 연구결과가 보고되고 있다(Pronczuk and Fogel, 1983; Robins and Cherniack, 1986; Osimitz and Grothaus, 1995).

이와 같이 현재 사용되고 있는 합성 화학살충제는 기피제로 사용되는 화합물의 분자적 수준의 타겟이 불분명하고 알려진 바가 적어 어떠한 위험이 있는지 알지 못한다는 문제가 있으며, 해충뿐만 아니라 인간에도 영향을 미칠 수 있는 위험이 있을 뿐만 아니라, 환경오염 등의 부작용을 야기하는 문제가 있다. 이에, 인간 및 생태계에 미치는 영향을 최소화하면서 인간을 해충으로부터 효과적으로 보호할 수 있는 새로운 방제방법 및 대체약제의 개발이 요구되고 있다.

한편, 본 발명자는 초파리의 화학통각 수용체인 TRPA1(Transient receptor potential A1)를 활성화하여 해충을 억제하는 방법에 대하여 출원한 바 있으나(미국공개특허 2013-0224305), 이를 억제할 수 있는 구체적인 물질에 대해서는 보고된바 없다.

이러한 배경 하에, 본 발명자들은 인간 및 생태계에 미치는 영향을 최소화하면서 인간을 해충으로부터 효과적으로 보호하기 위한 방법을 개발하고자 예의 연구 노력한 결과, 과산화수소가 초파리, 흡혈 곤충 등 인체에 해를 미치는 해충에 있어서 TRPA1를 활성화시켜 해충 기피용도로 사용할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 하나의 목적은 과산화수소를 포함하는, TRPA1을 발현하는 해충 기피용 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 해충 기피용 조성물을 포함하는 의약외품 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 조성물을 해충에 처리하는 단계를 포함하는, 해충 퇴치 방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하나의 양태로서 과산화수소를 포함하는, TRPA1을 발현하는 해충 기피용 조성물을 제공한다.

과산화수소는 수소와 산소의 화합물로, 낮은 농도의 과산화수소(농도 2.5~3%w/w)는 가정에서 주로 소독제로 사용되고 있는데, 피부 조직 내 생체촉매에 의해 분해된 과산화수소로부터 생성된 산소는 피부 소독 작용을 한다. 상기 과산화수소는 피부를 통과하지 못하나 점막을 통과할 수 있다.

본 발명의 과산화수소는 안트라퀴논 공정, 전해법, 산화바륨반응 등을 통하여 제조한 것 또는 시판되는 것을 구입한 것일 수 있으나 본 발명의 해충 기피 유도 효과를 나타내는 것이라면 제한되지 않고 사용할 수 있다.

상기 과산화수소는 일 예로, 조성물 총 중량 중 0.5 내지 5중량%(w/w), 다른 일 예로, 0.5 내지 3중량%(w/w)으로 조성물에 포함될 수 있다. 과산화수소가 조성물 총 중량의 0.5중량%(w/w) 미만으로 포함될 경우 해충의 TRPA1를 충분히 활성화시키지 못하여 해충 기피 효과가 저하되며, 5중량%(w/w)를 초과하여 포함될 경우 인체의 TRPA1도 자극하여 인체에 고통을 가하거나 피부 손상을 일으킬 수 있다(실시예 1 내지 3). 따라서 과산화수소가 조성물 총 중량 중 0.5 내지 5중량%(w/w), 다른 일 예로, 0.5 내지 3중량%(w/w)으로 조성물에 포함될 경우, 인체에 고통 또는 피부 손상을 일으키지 않으면서도 우수한 해충 기피 효과를 나타낼 수 있다.

본 발명에서 해충은 인간을 포함하는 동물에 해를 가하는 위생 곤충(hygienic insect)으로, 흡혈성, 기생성, 병원전파 매개성, 독액분비성 등을 나타내어 인간, 가축이나 조수의 위생, 또는 식품위생에 관계있는 곤충을 의미할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.

상기 해충은 일 예로 TRPA1을 발현하는 것일 수 있다. TRP 채널은 다양한 세포막에 존재하는 이온 통로로, TRPA1는 화학통각 수용체로서 TRPA1을 활성화시킬 경우 통각을 유발하는 것으로 알려져 있다(Kang K 외, Nature, 464, 597-600, 2010).

다른 일 예로, 상기 해충은 초파리 또는 흡혈 곤충일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 TRPA1을 발현하는 해충을 모두 포함할 수 있다. 상기 초파리 또는 흡혈곤충은 병균, 바이러스를 몸에 부착하거나, 매개가 되어 병원체를 감염시킬 수 있다.

상기 초파리는 노랑초파리(Drosophila melanogaster), 먹초파리(Drosophila virilis), 세라티티스 카피타타(Ceratitis capitata), 드로소필라 슈도옵스큐라(Drosophila psuedoobscura), 드로소필라 그림샤위(Drosophila grimshawi), 및 드로소필라 모자벤시스(Drosophila mojavensis) 로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 TRPA1을 발현하는 것을 모두 포함할 수 있다.

상기 흡혈 곤충은 모기, 빈대, 이, 코로모이(Pediculus humanus corporis)일 수 있으며, 상기 모기는 아에데스 아에기프티(Aedes aegypti), 아노펠레스 갬비에(Anopheles gambiae), 아노펠레스 달링기(Anopheles darlingi), 쿨렉스 퀸퀘파시아투스(Culex quinquefasciatus), 및 집모기(Culex pipiens)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 TRPA1을 발현하는 것을 모두 포함할 수 있다.

본 발명자들은, TRPA1을 발현하는 대표적인 해충인 초파리(Drosophila melanogaster)와 모기(Aedes aegypti)의 TRPA1이 과산화수소에 민감도가 높음을 확인하였는바, 과산화수소는 TRPA1을 발현하는 해충의 기피 반응을 유도할 수 있다. 특히, 일반적으로 소독제에 포함되는 과산화수소의 함량(2.5~3%w/w)에 비해, 산화효과가 매우 낮은 0.5 내지 2중량%(w/w) 또는 0.5 내지 1중량%(w/w)의 농도로도 산화 작용이 아닌 TRPA1의 활성화를 유도할 수 있으므로 해충의 기피 반응을 유도할 수 있다.

본 발명은 또 하나의 양태로서, 상기 해충 기피용 조성물을 포함하는 의약외품 조성물을 제공한다.

상기 의약외품은 약사법 제2조 제7호 다목에 기재된 감염병 예방을 위하여 살균·살충 및 이와 유사한 용도로 사용되는 제제로서, 사람 또는 동물의 보건을 위해 사용되는 파리, 모기 등의 구제제, 방지제, 기피제 및 유인살충제를 의미할 수 있다.

또한 상기 의약외품은 피부외용제 및 개인위생용품을 포함할 수 있다. 바람직하게는 소독청결제, 샤워폼, 가그린, 물티슈, 세제비누, 핸드워시, 또는 연고제일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.

본 발명에 따른 상기 조성물을 의약외품 첨가물로 사용할 경우, 상기 조성물을 그대로 첨가하거나 다른 의약외품 또는 의약외품 성분과 함께 사용 할 수 있고, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용할 수 있다. 유효성분의 혼합량은 사용 목적에 따라 적합하게 결정될 수 있다.

본 발명의 의약외품 조성물은 일 예로, 일반적인 유화 제형 및 가용화 제형의 형태로 제조된 것일 수 있다. 예를 들어, 로션 등과 같은 유액, 크림, 연고, 스프레이, 오일젤, 젤, 오일, 에어로졸, 연막제와 같은 제형을 가질 수 있으나, 본 발명의 해충 기피 유도 효과를 나타내는 것이라면 제한되지 않고 사용할 수 있다.

또한 상기 의약외품 조성물은 각각의 제형에 일반적으로 의약외품 조성물에 배합되는 유분, 물, 계면활성제, 보습제, 탄소수 1 내지 4의 저급 알코올, 증점제, 킬레이트제, 색소, 방부제 또는 향료 등을 필요에 따라 적절히 배합하여 사용할 수 있다.

본 발명은 또 하나의 양태로서, 상기 해충 기피용 조성물을 해충에 처리하는 단계를 포함하는, 해충 퇴치 방법을 제공한다.

해충 기피용 조성물은 상기한 것과 같다.

상기 방법은 해충에 직접 또는 간접적으로 과산화수소를 처리하는 방법일 수 있으나, 일 예로 인간 등 동물의 주변, 또는 해충이 서식할 것으로 예측되는 장소에 상기 해충 기피용 조성물을 위치시키는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 과산화수소를 포함하는 해충 기피용 조성물은 해충에서 발현되는 화학통각 수용체인 TRPA1를 활성화하여 인체에 위해를 가하지 않으면서도 우수한 해충 기피 반응을 유도할 수 있다. 따라서, 해충으로부터 감염될 수 있는 질병을 미연에 예방할 수 있다.

도 1은 농도별 과산화수소에 대한 초파리(Drosophila melanogaster)의 야생형 또는 변이형 TRPA1에 따른 활성화 정도를 나타낸 것이다. 데이터는 평균±표준편차로 나타내었으며, 통계학적 분석은 t-test를 통해 수행하였고 p<0.01을 유의적인 것으로 고려하였다.
도 2a 내지 도 2c는 해충에서 발현되는 화학통각 수용체인 TRPA1의 아미노산 서열을 나타낸 것이다(공통적으로 포함하는 보존된 서열을 별도의 음영으로 표시).
도 3은 농도별 과산화수소에 대한 모기(Aedes aegypti)의 야생형 또는 변이형 TRPA1에 따른 활성화 정도를 나타낸 것이다.
도 4는 초파리의 과산화산소를 포함한 음식물에 대한 회피지수를 나타낸 것으로, 통계학적 분석은 스튜던트 t-테스트를 통해 수행하였고, ** p<0.01, *** p<0.0001 을 유의한 것으로 고려하였다.

이하 본 발명을 하기 예에 의해 상세히 설명한다. 다만, 하기 예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 하기 예에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.

실시예 1. 과산화수소의 피부 도포에 따른 안전성 확인

0.88 M (3% v/v)의 고농도 과산화수소수를 제조하고, 피실험자 10명의 손등 피부에 도포한 결과, 피부에 손상을 일으키지 않았으며, 피부를 통하여 흡수되지 않음을 확인하였다.

실시예 2. 초파리의 과산화수소에 대한 기피 반응 확인

Kang K 외(Nature, 464, 597-600, 2010) 및 Kang K 외(Nature, 481 7379, 76-80, 2011)에 기재된 방법에 의하여, 105번 시스테인(C105) 또는 113번, 116번의 아르기닌(R113, R116)을 포함하는 노랑초파리(Drosophila melanogaster)의 야생형 TrpA1(A)의 cDNA 서열을, 변이된 카세트를 이용하여 각각 알라닌으로 치환하였다. 그 후, 야생형 TRPA1(A), 105번 시스테인(C105)을 알라닌으로 변이시킨 TRPA1(A) C>A, 2개의 염기성 잔기 아르기닌(R113, R116)을 각각 알라닌으로 변이시킨 TRPA1(A) RR>AA, 야생형 TRPA1(B)를 각각 제노푸스(xenopus) 난모세포에 도입하였다.

그 후, Hamada, F. N. 외(Nature 454, 217-220, 2008) 및 Kang, K. 외(Nature 464, 597-600, 2010)에 기재된 방법으로 제노푸스에 농도 별 과산화수소를 흘려주고 TRPA1의 전기생리학적 반응을 관찰하였다. 구체적으로, 난모세포 관류 버퍼(96mM NaCl, 1mM MgCl2, 4mM KCl, 및 5mM HEPES, pH 7.6)에 농도별 과산화수소를 첨가하였다. 그 후, 상기 과산화수소를 포함하는 버퍼를 난모세포에 처리한 상태에서, 초기 전압을 -60mV로 설정하고, 초당 300-ms의 전압 램프(voltage ramp; -60mV 에서 60 mV)를 난모세포에 적용시켰다.

야생형 또는 변이형의 TRPA1를 포함하는 난모세포의 채널에서 농도 별 과산화수소에 따라 관찰되는 전류를 표준화하여 도 1 및 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다. 데이터는 평균±표준편차로 나타내었으며, 통계학적 분석은 t-test를 통해 수행하였고 p<0.01을 유의적인 것으로 고려하였다. EC50은 50% 반응을 일으키는데 필요한 약물의 농도를 말하며, 과산화수소(H2O2)에 의한 농도 의존성은 힐 방정식으로 최적화 하였다.

노랑초파리 유전자	EC50 (μM)	힐 상수(Hill coefficient)
dTRPA1(A)	5.0±0.8	1.2±0.2
TRPA1(A) C>A	2130±153	2.7±1.1
TRPA1(A) RR>AA	466±31	6.4±4.9
dTRPA1(B)	931±175	2.5±0.6

상기와 같이 초파리에 대한 EC50 값은 5.0±0.8 μM으로 과산화수소에 민감도가 높은 것으로 나타났으나, TRPA1(A)에서 보존되는 서열인 105번 시스테인(C105) 또는 113번, 116번의 아르기닌(R113, R116)이 치환된 TRPA1(A)의 경우, EC50 값이 2130±153 μM 또는 466±31 μM로 나타나 과산화수소에 대한 민감도가 크게 낮아짐을 확인하였다. 따라서 상기와 같은 EC50 값은 TRPA1(A)의 활성화에 의한 것임을 알 수 있다. 한편 TRPA1의 이형체 중 TRPA1(A)가 TRPA1(B)에 비하여 과산화수소에 대한 민감도가 매우 높은 것으로 나타났다.

따라서, 과산화수소는 초파리의 화학통각 수용체 TRPA1를 활성화시켜 통각을 유도함으로써 초파리의 기피 반응을 유도할 수 있다.

실시예 3. 모기의 과산화수소에 대한 기피 반응 확인

도 2a는 노랑초파리(Dros. mel.), 먹초파리(Drosophila virilis; Dros. vir.), 아노펠레스 갬비에(Anopheles gambiae; Anopheles g.), 아노펠레스 아에기프티(Aedes aegypti; Aedes ag.) 등 해충의 TRPA1(A)의 서열을 나타낸 것으로, 이들은 다수의 공통적으로 보존된 서열을 포함하고 있다(별도의 음영으로 표시).

이에 화학통각 수용체인 TRPA1을 발현하는 다른 해충에 대해서도 과산화수소가 기피 반응을 유도하는지 확인하기 위하여, 대표적인 말라리아, 뎅기열 벡터 모기인 아노펠레스 갬비에를 대상으로, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 실험을 진행하여, 제노푸스의 난모세포의 채널에서 농도 별 과산화수소에 따라 관찰되는 전류를 표준화하였다. 데이터는 평균±표준편차로 나타내었으며, 통계학적 분석은 t-test를 통해 수행하였고 p<0.01을 유의적인 것으로 고려하였다.

그 결과, 하기 도 3 및 표 2에 나타난 것과 같이, 아노펠레스 갬비에 모기의 과산화수소에 대한 민감도가 노랑초파리에 비해 다소 높은 것으로 나타났다.

모기 유전자	EC50 (μM)	힐 상수(Hill coefficient)
agTRPA1(A)	1.7±0.3	1.1±0.2

따라서, 과산화수소는 모기의 화학통각 수용체 TRPA1를 활성화시켜 모기의 기피 반응을 유도할 수 있으며, 이는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 것과 같이 화학통각 수용체 TRPA1를 발현하는 초파리인 세라티티스 카피타타(Ceratitis capitata), 드로소필라 슈도옵스큐라(Drosophila psuedoobscura), 드로소필라 그림샤위(Drosophila grimshawi), 및 드로소필라 모자벤시스(Drosophila mojavensis)와, 흡혈 곤충인 코로모이(Pediculus humanus corporis), 아노펠레스 아에기프티(Aedes aegypti), 아노펠레스 달링기(Anopheles darlingi), 쿨렉스 퀸퀘파시아투스(Culex quinquefasciatus), 및 집모기(Culex pipiens)에도 동일하게 적용될 수 있다.

실시예 4: 초파리의 음식물 섭취 회피 행동 관찰

높이 10 cm, 너비 2 cm의 원통형의 플라스틱 통에 초파리를 25 마리 넣은 후, 유리 모세관 2개를 통의 마개와 원통 사이에 위치시켜 모세관 끝에 제공되는 설탕물에 밤새 굶긴 초파리가 접근하여 섭취할 수 있도록 하였다. 상기 초파리는 실시예 2에 따른 야생형 초파리(wcs), TrpA1을 발현하지 않는 돌연변이 초파리(TrpA1ins)를 이용하였다.

1개의 모세관에는 100 mM의 설탕물(A)이, 다른 1개의 모세관에는 과산화수소를 포함한 설탕물(B)이 위치하도록 하였다. 30분 동안 초파리가 섭취 행동을 하게 한 후, 모세관에 있던 설탕물이 소비된 양을 확인하고 아래 식과 같이 회피지수(avoidance index)를 계산하여 도 4에 나타내었다. 한편, 통계학적 분석은 스튜던트 t-테스트를 통해 수행하였고, ** p<0.01, *** p<0.0001 을 유의한 것으로 고려하였다.

회피지수 = (A가 소비된 부피 - B가 소비된 부피) / (A+B 의 총 소비 부피)

그 결과, 야생형 초파리는 설탕물과 혼합한 과산화수소의 농도가 증가함에 따라 이에 비례하여 음식물 섭취 회피반응이 크게 증가함을 확인하였다. 그러나 이러한 회피반응 증가는 TrpA1을 발현하지 못하는 초파리에서는 나타나지 않았다. 따라서, 과산화수소는 TRPA1(Transient receptor potential A1)을 발현하는 해충을 기피하는 조성물로 유용하게 사용될 수 있다.

이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

과산화수소를 포함하는, TRPA1(Transient receptor potential A1)을 발현하는 초파리 또는 흡혈 곤충에 대한 해충 기피용 조성물로서, 상기 과산화수소가 해충의 TRPA1을 활성화하는 것인, 해충 기피 조성물.
제1항에 있어서,
상기 과산화수소는 조성물 총 중량 중 0.5 내지 5중량%(w/w) 포함되는 것인, 해충 기피 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 해충은 인간을 포함하는 동물에 해를 가하는 곤충인 것인, 해충 기피 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 흡혈곤충은 모기 또는 코로모이(Pediculus humanus corporis)인 것인, 해충 기피 조성물.
제1항에 있어서,
상기 초파리는 노랑초파리(Drosophila melanogaster), 먹초파리(Drosophila virilis), 세라티티스 카피타타(Ceratitis capitata), 드로소필라 슈도옵스큐라(Drosophila psuedoobscura), 드로소필라 그림샤위(Drosophila grimshawi), 및 드로소필라 모자벤시스(Drosophila mojavensis) 로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것인, 해충 기피 조성물.
제6항에 있어서,
상기 모기는 아에데스 아에기프티(Aedes aegypti), 아노펠레스 갬비에(Anopheles gambiae), 아노펠레스 달링기(Anopheles darlingi), 쿨렉스 퀸퀘파시아투스(Culex quinquefasciatus), 및 집모기(Culex pipiens)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것인, 해충 기피 조성물.
제1항의 해충 기피용 조성물을 포함하는 의약외품 조성물.
제1항의 조성물을 해충인 초파리 또는 흡혈 곤충에, 또는 상기 해충이 서식할 것으로 예측되는 장소에 처리하는 단계를 포함하는, 해충 퇴치 방법.