수분 곤충은 우리가 소비하는 음식의 3분의 1을 생산하는 작물을 비옥하게 하여 인간에게 매우 중요한 서비스를 제공한다. 그러나 연구에 따르면 미국 내 벌통의 98%에 있는 왁스와 꽃가루가 평균 6가지 살충제로 오염되어 있고, 이로 인해 파괴적인 바로아 진드기와 다양한 병원체에 대한 꿀벌의 면역력도 저하되고 있는 것으로 나타났다.

다행스럽게도 최근 코넬 대학에서 개발된 새로운 기술은 매년 평균적으로 야생 벌을 죽이고 양봉가 벌통의 약 3분의 1을 잃게 만드는 치명적 살충제에 대한 해독제를 제공하는 것으로 나타났다. 널리 사용되는 유기인산염으로 불리는 살충제 그룹을 해독한 초기 버전의 이 기술은 ‘네이처 푸드(Nature Food)’에 발표되었다.

발표 내용에 따르면, 해독제 전달 방법을 통해 꿀벌이 모든 살충제로부터 효과적으로 보호되도록 조정된다. 현재 이 기술은 뉴욕에 위치한 신생기업 비뮤니티(Beemmunity)에 큰 영감을 주었다.

이 새로운 기술은 양봉가가 꿀벌에게 미세 입자 제품을 꽃가루 패티나 설탕 시럽에 넣어 먹일 수 있는 솔루션을 제공하고, 모든 살충제의 벌통을 해독할 수 있도록 한다.

이 기술은 현재 시장에 나와 있는 살충제의 약 3분의 1을 차지하는 유기인산염 기반 살충제에 중점을 두고 있다. 벌집 내 잔류 살충제 연구에 대한 최근 전 세계 메타 분석에 따르면 현재 사용 패턴에서 5가지 살충제가 꿀벌에게 상당한 위험을 초래하고 있고, 그 중 2가지가 유기인산염이다.

코넬대 연구팀은 유기인산 살충제가 흡수되어 벌에 해를 끼치기 전에 해독하는 효소로 채워진 균일한 꽃가루 크기의 미세 입자를 개발했는데, 입자의 보호 케이스는 효소가 산성이고 효소를 분해하는 꿀벌의 위을 지나 이동할 수 있도록 고안되었다.

미세 입자는 꽃가루 패티 또는 설탕 물과 혼합될 수 있고 일단 섭취되면 안전한 효소가 산성의 위를 통해 소화가 일어나고 독소와 영양소가 흡수되는 중장으로 전달된다. 이곳에서 효소는 유기인산염을 분해하고 해독하는 작용을 한다.

일련의 실험실 연구 이후 연구팀은 살아있는 꿀벌을 대상으로 이 시스템을 테스트했다. 연구팀은 오염된 꽃가루에 유기인산염 살충제인 말라티온을 투입하고, 동시에 효소가 포함된 미립자를 꿀벌에게 먹였다. 대조군에는 효소로 채워진 미세 입자 없는 독성 꽃가루를 먹였다.

미세 입자에 고용량의 효소를 먹인 꿀벌은 말라티온에 노출된 이후에도 생존율 100%였고, 보호되지 않은 꿀벌은 며칠 만에 죽었다.

‘비뮤니티’는 이러한 연구 컨셉에서 한 단계 더 발전시켜 살충제를 분해하는 효소로 미립자를 채우는 대신 입자에 곤충 단백질로 만든 껍질을 갖추고 특수 흡수성 오일을 채워 일종의 마이크로 스폰지를 제작한다. 널리 사용되는 네오니코티노이드를 포함한 많은 살충제는 곤충 단백질을 표적으로 하도록 설계되어 있기 때문에 미세 입자 껍질은 케이싱 내에서 격리된 불활성인 살충제를 끌어들인다. 결국 꿀벌은 격리된 독소를 단순히 배설하기만 하면 된다.

이 회사는 뉴저지에서 240개의 벌통을 대상으로 실험을 계속 진행했고, 2022년 2월 제품을 공개적으로 출시했다. 제품에는 꽃가루 패티 또는 설탕 물에 첨가할 수 있는 건조 설탕 배지의 마이크로 입자 스폰지 등이다.

이 기술은 비교적 저렴한 비용으로 살충제 독성 문제를 해결할 수 있는 첫번째 시도로, 인간이 관리하는 수분 매개체 보호에 큰 기여를 할 것으로 보인다.

Pollinating insects provide vital services to humans by helping to fertilize crops that lead to production of a third of the food we consume. However, studies show that wax and pollen in 98% of hives in the U.S. are contaminated with an average of six pesticides, which also lower a bee’s immunity to devastating varroa mites and various pathogens.

Therefore, it’s important that a new technology developed at Cornell University has been shown to provide an antidote for deadly pesticides, which kill wild bees and cause beekeepers to lose around a third of their hives every year on average.

An early version of the technology, which detoxified a widely used group of insecticides called organophosphates, is described in a new study published in Nature Food. The antidote delivery method has now been adapted to effectively protect bees from all insecticides, and has inspired a new company, Beemmunity, based in New York state.

The new technology provides a solution whereby beekeepers can feed their bees our microparticle products in pollen patties or in a sugar syrup, and it allows them to detoxify the hive of any pesticides that they might find.

The research paper focuses on organophosphate-based insecticides, which account for about one third of the insecticides on the market. A recent worldwide meta-analysis of in-hive pesticide residue studies found that, under current use patterns, five insecticides posed substantial risks to bees, two of which are organophosphates.

The researchers developed a uniform pollen-sized microparticle filled with enzymes that detoxify organophosphate insecticides before they are absorbed and harm the bee. The particle’s protective casing allows the enzymes to move past the bee’s crop (stomach), which is acidic and breaks down enzymes.

Microparticles can be mixed with pollen patties or sugar water, and once ingested, the safe-guarded enzymes pass through the acidic crop to the midgut, where digestion occurs and where toxins and nutrients are absorbed. There, the enzymes can act to break down and detoxify the organophosphates.

After a series of in vitro experiments, the researchers tested the system on live bees in the lab. They fed a pod of bees’ malathion, an organophosphate pesticide, in contaminated pollen and also fed them the microparticles with enzyme. A control group was simultaneously fed the toxic pollen, without the enzyme-filled microparticles.

Bees that were fed the microparticles with a high dose of the enzyme had a 100% survival rate after exposure to malathion. Meanwhile, unprotected control bees died in a matter of days.

Beemmunity takes the concept a step further, where instead of filling the microparticles with enzymes that break down an insecticide, the particles have a shell made with insect proteins and are filled with a special absorptive oil, creating a kind of micro-sponge. Many insecticides, including widely used neonicotinoids, are designed to target insect proteins, so the microparticle shell draws in the insecticide where it is sequestered inert within the casing. Eventually, the bees simply defecate the sequestered toxin.

The company is running colony-scale trials this summer on 240 hives in New Jersey and plans to publicly launch its products starting in February 2022. Products include micro-particle sponges in a dry sugar medium that can be added to pollen patties or sugar water, and consumer bee feeders in development.

This is a low-cost, scalable solution which we hope will be a first step to address the insecticide toxicity issue and contribute to the protection of managed pollinators.