Although insects lack the adaptive immunity characteristic of vertebrates, certain species exhibit enhanced subsequent immune responses upon re-encountering a pathogen, a phenomenon known as immune priming. The underlying mechanism of this phenomenon is still elusive. This study evaluated the immune priming of the diamondback moth, Plutella xylostella, induced by a nonpathogenic and commensal bacterium, Bacillus subtilis. Prior exposure of P. xylostella to B. subtilis significantly increased survival against a pathogenic bacterium, Bacillus thuringiensis, compared to larvae without pre-exposure. To extend the effect of the microbial commensals, two antibiotics, ampicillin and kanamycin, were treated to suppress their populations. In the axenic-like condition in the gut, cellular and humoral immune responses were significantly suppressed. An addition of B. subtilis to the diet of P. xylostella significantly enhanced the immune responses. Apolipoprotein D, known as a lipid carrier, acts like a vertebrate lipocalin in the immune priming of the other insect, Spodoptera exigua. The ortholog of this gene has been identified in P. xylostella, and its expression was induced upon B. subtilis treatment. This study sheds light on the potential role of commensal gut microbes, including B. subtilis, in the immune priming of these insects.

Immune priming is an increased immunity after prior exposure to a specific pathogen as a kind of adaptive immunity and occurs in insects. However, its underlying mechanism is elusive in insects. Immune priming was detected in a lepidopteran insect, Spodoptera exigua. Prior infection with a heat-killed pathogenic bacterium, Xenorhabdus hominickii, increased survival upon the second infection of the live bacteria compared to larvae without pre-exposure. Plasma collected from larvae with the prior infection significantly up-regulated cellular and humoral immune responses compared to the similar treatment without prior exposure. However, when the active plasma exhibiting immune priming was heat-treated, it lost the priming activity, suggesting a presence of protein factor(s) in the immune priming. Lipocalin is a lipid carrier protein and is well known in vertebrates for diverse physiological functions including immunity. An apolipoprotein D3 (ApoD3) is known to be a lipocalin functioning in immune priming in a mosquito, Anopheles gambiae. A homologous ApoD3 (Se-ApoD3) was identified in S. exigua. Se-ApoD3 was expressed in all developmental stages and larvae, it was highly expressed in hemocytes. RNA interference (RNAi) of Se-ApoD3 expression was performed by injecting its specific dsRNA. The larvae treated with the RNAi were impaired in cellular and humoral immune responses. Furthermore, the plasma collected from RNAi-treated larvae lost the immune priming even at the prior exposure. These suggest that Se-ApoD3 mediates the immune priming in S. exigua.

시스타틴(cystatin: CST)은 C1A류 시스테인 단백질분해효소에 대한 경쟁적 가역억제자로서 동식물류에서 파파인과 같은 캐셉신을 억제 대상으로 작용하게 된다. 바이러스 유래 CST (CpBV-CST1)이 폴리드나바이러스의 일종인 CpBV (Cotesia plutellae bracovirus)에서 동정되었 다. 기존 연구는 이 유전자의 과발현이 배추좀나방(Plutella xylostella) 유충의 면역 및 발육을 교란한다는 것을 보여 주었다. 본 연구는 이 유전자 의 단백질 기능을 분석하기 위해 세균발현시스템을 이용하여 재조합단백질(rCpBV-CST1)을 형성하여 단백질분해효소에 대한 활성억제효과를 결정하고, 곤충의 면역과 발육에 대한 생리적 억제효과를 분석했다. 이 유전자 번역부위는 138 개 아미노산으로 약 15 kDa 크기의 단백질로 추 정되었다. CpBV-CST1이 먼저 pGEX 발현벡터에 재조합되고, BL21 STAR (DE3) competent cells에 형질전환된 후 0.5 mM IPTG로 4 시 간동안 과발현되었다. 분리된 재조합단백질은 파파인에 대한 뚜렷한 억제효과를 나타냈다. 이 재조합단백질은 파밤나방(Spodoptera exigua)에 대 해서 혈구소낭형성의 세포성 면역반응을 억제하고, 경구로 처리할 때 배추좀나방의 유충발육을 처리 농도에 비례하여 제한시켰다. 이상의 결과 는 CpBV-CST1이 해충 밀도 억제에 응용될 수 있음을 제시하고 있다.

An entomopathogenic bacterium, Xenorhabdus nematophila, secretes at least eight bacterial metabolites, which have suppressive effects on insect immunity. This study quantified their sequential production during bacterial growth and analyzed their individual immunosuppressive activities against an insect host, Spodoptera exigua. X. nematophila exhibited a typical bacterial growth in both insect host and culture medium, in which eight metabolites were secreted in different time points. At early growth phase (6 to 12 h), Ac-FGV, Cis-cPY, PHPP and indole metabolites were detected in the culture broth. During early growth phase, PHPP was highly potent to inhibit phenoloxidase activity as well as nodule formation. At late growth phase (24 to 48 h), BZA, HPA, PY were detected at 10 – 140 ppm in the culture broth, their metabolites were highly potent to inhibit phospholipase A2 and to induce cytotoxicity to hemocytes. These results suggest that X. nematophila sequentially produces the immune suppressive metabolites, which cooperatively inhibit different steps of insect immune responses.

A comprehensive quality survey for PCDDs/PCDFs and coplanar PCBs as well as heavy metals (Cu, Zn, Cd and Pb) in sediments has been investigated in August 2006, Korea. Monitoring was undertaken at five streams representing different surrounding environment

경북 안동지역의 10개 하천 및 하천 주변으로부터 2004년 5월에 물, 토양, 퇴적물의 시료를 채취하였다. 이들 지역의 환경오염 수준을 평가하기 위해 표준공정시험법이나 U.S. EPA 법을 이용하여 시료 중의 총질소, 총인, 화학적 산소요구량, 중금속, 유기인 및 유기염소계 잔류농약, 그리고 dioxin-like PCBs 등의 오염물질의 분석을 실시하였으며, 이와 더불어 파밤나방(Spodoptera exigua)을 이용한 면역교란의 생체지표 분석을 병행하였다. 일반적으로 총질소가 9.12 mg/L 수준의 와야천을 제외하고는, 각 하천 중의 총질소, 총인, 화학적 산소요구량은 환경부에서 정한 허용기준치보다는 비교적 낮았다. 각 하천 시료 중의 납과 카드뮴의 함량은 허용 기준보다도 매우 낮았지만, 하천에 따라 차이가 있어서 미천, 길안천, 현하천의 납과 카드뮴 함유량은 다른 하천의 시료들에 비해서 몇 배 이상 높게 검출되었다. 잔류농약은 미천 주변의 토양에서 유기인계 살충제인 다이아지논, 파라치온, 그리고 펜토에이트가 0.19, 0.40, 농도로 검출되었다. 반면에 내분비계 교란물질로 알려져 있는 16종의 유기염소계 농약과 12종의 dioxin-like PCB congeners는 검출한계 미만으로는 확인할 수 없었다. 그러나 와야천의 시료에 대한 곤충면역 교란효과를 고려해 볼 때, 이 하천의 수질과 주변의 토양이 조사한 오염원 이외의 화합물에 오염되어 있을 가능성을 제시해 준다. 이상의 분석 결과를 토대로 화학적 및 생물학적 검정 기술의 제약점과 상호 보완성이 기술되었다