A scalable mass production cage for high-density Aedes albopictus rearing under operational SIT conditions

기술 요약: Aedes albopictus(흰줄숲모기) 고밀도 대량 사육을 위한 확장 가능한 대량 생산 케이지

문제 제기
아르보바이러스(뎅기, 치쿤구니아, 지카)의 매개체인 Aedes albopictus의 급격한 전 세계적 확산은 확장 가능한 매개체 제어 전략을 필요로 한다. 불임 곤충 기술(SIT)은 환경 친화적인 접근 방식으로 유망하지만, 그 운영의 성공은 효율적인 성충 사육 시스템에 크게 의존한다. 유충 사육과 성별 분리는 최적화되었으나, 성충 사육은 여전히 병목 구간으로 남아 있다. 기존의 성충 케이지는 노동 집약적이고, 운영 유연성이 부족하며, 알 수집이 비효ền적이고, 곤충 탈출이나 오염의 위험이 있다. 따라서 운영 SIT 조건 하에서 군집의 활력과 번식 잠재력을 유지할 수 있는 확장 가능한 고밀도 성충 사육 시스템에 대한 절실한 필요성이 존재한다.

방법론
본 연구는 제어된 사육 모듈 내에서 적층형 운영이 가능하도록 설계된 새로운 열성형 플라스틱 대량 생산 케이지(MPC), 명칭 MPC 80(80 × 80 × 20 cm; 128 L 부피)을 평가하였다. 이 케이지는 다음의 모듈형 시스템을 통합한다:

• 번데기 투입: 탈착 가능한 반원형 트레이가 포함된 관형 요소(PT)를 통해 최대 13,000마리의 번데기(암컷 약 10,000마리 및 수컷 약 3,000마리)를 800 ml의 물에 투입할 수 있다.
• 급이: 당분과 혈액 공급을 위한 별도의 장치를 갖추었다. 당분은 10% 자당 용액과 메틸파라벤에 적신 흡수성 원통형 스펀지 블록을 통해 관형 요소의 틈새를 통해 제공된다. 혈액 급이는 상단 개구부를 통해 삽입되는 신선한 가열 혈액이 채워진 콜라겐 소시지 케이싱을 활용한다.
• 알 수집: 흰색 크레이프 종이를 반원형 트레이에 배치하여 산란을 용이하게 한다.
• 안전 및 취급: 트레이 조작 시 탈출을 방지하기 위해 배터리로 작동하는 블로어를 사용하여 기류를 생성한다. 케이지는 스크린 망을 위한 탈착식 가스켓을 갖추고 있으며 자동 세척이 가능하도록 설계되었다.

연구는 이탈리아의 Centro Agricoltura Ambiente (CAA)에서 1년간 수행되었다. 세 가지 유럽 Ae. albopictus 계통(이탈리아-RER, 그리스-GR, 스위스-CH)을 표준화된 조건(26 ± 1 °C, 70 ± 10% RH, 14:10 L:D) 하에서 사육하였다. 총 150개의 케이지를 대상으로 번데기 투입, 일일 혈액 급이, 최대 5회의 알 수집 주기를 포함하는 특정 주간 일정에 따라 평가하였다. 알 생산성, 시기 및 누적 산출량 데이터는 계통의 기원, 생산 주기 및 케이지 성능 그룹(ON: 5주기 완료, OFF: 조기에 중단)의 영향을 평가하기 위해 일반화 선형 모델(GLM) 및 반복 측정 GLM을 사용하여 분석되었다.

주요 기여

• 설계 혁신: 단일 작업자가 전면에서 조작 가능하여 노동력을 줄이고 탈출 위험을 낮추는, 적층 가능한 열성형 플라스틱 케이지(MPC 80)의 도입.
• 운영 프로토콜: 고밀도 성충 군집에 최적화된 정교하고 표준화된 사육 일정(특정 혈액 급이 빈도 및 당분 보존 방법 포함)의 확립.
• 확장성 입증: 소규모 실험실 환경을 넘어 연속적인 대규모 생산 조건(주당 약 100만 마리의 불임 수컷 생산 능력 목표) 하에서의 시스템 검증.

결과

• 생산성: 150개 케이지 모두 최소 3회의 산란 주기를 완료하였다. 90.7%는 4주기에 도달하였고, 32.0%는 5주기에 도달하였다.
• 수율 추이: 총 알 생산량은 완료된 주기 수에 의해 유의미한 영향을 받았으나(p < 0.001), 기원 계통에 의해서는 영향을 받지 않았다. 5주기를 완료한 케이지는 3회 또는 4회에서 중단된 케이지보다 유의미하게 더 많은 알을 생산하였다.
• 시간적 역학: 주기당 알 생산량은 시간이 경과함에 따라 선형적으로 감소하였다. 그러나 누적 알 생산량은 포물선 형태의 추세를 따랐으며, 2주기와 3주기 사이에 정점에 도달하였다.
• 계통 독립성: 생산성 역학은 세 가지 계통(이탈리아, 그리스, 스위스) 모두에서 일관되게 나타났으며, 이는 시스템이 유전적으로 다른 군집에 대해서도 견고함을 나타낸다.
• 성능 지표: 5주기를 성공적으로 완료한 케이지(ON 그룹)는 조기에 생산을 중단한 케이지(OFF 그룹)에 비해 산란 간격이 짧고 초기 생산성이 높았다. 첫 번째와 네 번째 수집 주기 사이의 시간 차이는 OFF 그룹(12.38일)에 비해 ON 그룹(11.12일)에서 유의미하게 짧았다.
• 혈액 급이: 일일 혈액 급이가 지속적인 생산에 필수적임을 확인하였으나, 저자들은 다른 지역에서의 혈액 공급에 따른 물류적 어려움을 인정하였다.

의의 및 주장
본 논문은 MPC 시스템이 Ae. albopictus의 성충 대량 사육을 위한 견고하고 확장 가능하며 운영상 실용적인 플랫폼을 제공한다고 주장한다. 연구는 특정 계통의 유전학보다는 여러 산란 주기를 통해 케이지를 유지하는 능력에 의해 성능이 결정됨을 보여주며, 운영 SIT 조건 하에서도 높고 재현 가능한 알 생산이 달성될 수 있음을 입증하였다.

저자들은 모듈형 설계, 단순화된 취급 절차(단일 작업자에 의한 정기 업무 가능), 그리고 자동 세척과의 호환성이 기존 시스템에 비해 운영 효율성을 높이고 노동 수요를 크게 줄인다는 점을 강조한다. 본 시스템은 Ae. albopictus에 대해 검증되었으나, 저자들은 해당 종의 높은 대량 사육 적응성을 근거로 Ae. aegypti에도 적용 가능할 수 있다고 제안하였으나, 이를 위해서는 별도의 검증이 필요하다. 결론적으로, 급이 체계와 산란 일정을 최적화하는 것, 특히 초기 생산성과 주기 지속성에 집중하는 것이 대규모 SIT 프로그램의 효율성을 더욱 향้ม할 수 있다고 제나한다.