식물성 식품에 대한 세계적 수요가 증가함에 따라 작물을 해충으로부터 보호하고 작물 수확량을 보장하기 위해 살충제를 사용해야 합니다. 그러나 한 가지 큰 단점이 있습니다. 다른 것들 중 하나는 살충제의 광범위한 사용으로 인해 과거에 곤충 개체수가 상당히 감소했다는 것입니다. 수분에 상당한 기여를 하고 따라서 농업 수확량에 필수적인 야생벌의 감소는 특히 우려스럽습니다.

영어: 이 딜레마를 해결하기 위해 Fraunhofer Institute for Electronic Microsystems and Solid State Technologies(약칭 EMFT)의 과학자들은 Ökotox 연구 프로젝트의 일환으로 새로운 유형의 센서를 개발하고 있습니다. 이러한 센서는 새로운 식물 보호 제품의 초기 개발 단계에서 "벌에 적대적인" 물질을 식별하는 데 도움이 되도록 고안되었습니다. "저희의 목표는 이러한 센서가 몇 시간 내에 곤충에 대한 해로운 영향을 나타내는 동시에 많은 물질을 동시에 테스트하여 시간과 비용을 절약하는 것입니다."라고 Joachim Wegener 교수가 말했습니다. Wegener는 레겐스부르크 대학교(UR) 캠퍼스에 위치한 Fraunhofer Department "Cell-based Sensor Technology"의 책임자이며 UR의 분석 화학, 화학 및 바이오 센서 연구소와 긴밀히 연결되어 있습니다.

새로운 접근법의 기본 개념은 곤충 세포를 센서로 사용하는 데 기반을 두고 있습니다. 이러한 세포는 각 곤충에 일반적인 신진대사를 가지고 있으며, 생물학적 활성 물질에 노출되었을 때 해로운 영향을 나타낼 수 있습니다. "세포는 바닥에 미세전극이 장착된 실험실 접시로 옮겨집니다."라고 Wegener는 설명합니다. 이러한 소위 다중 전극 어레이에서 교류에 대한 세포의 저항(임피던스)은 실시간으로 결정되고 세포에 대한 해로운 영향에 대해 보고됩니다.
이 방법은 분리된 활성 성분의 독성 농도를 결정하는 데 사용되는 기존의 생물 분석 테스트를 보완할 수 있습니다. 그러나 살충제에는 일반적으로 수많은 첨가제가 포함되어 있으며, 이는 종종 의도치 않은 독성 효과를 일으킵니다. 곤충 세포 센서를 사용하면 전체 혼합물의 효과를 단일 실험으로 테스트할 수 있습니다. 이를 통해 새로운 제형의 생물학적 효과를 빠르게 식별할 수 있습니다.

세포는 실험실에서 배양됩니다. 세포는 다중 전극 배열의 웰에 직접 동결되고 저온에서 보관됩니다. 이제 세포는 필요에 따라 해동되고 세포 배양 실험실과 관계없이 현장에서 직접 몇 분 이내에 테스트할 준비가 됩니다. 이를 통해 테스트를 실시하기 훨씬 전에 대량의 센서 세포를 시간과 비용 효율적으로 준비할 수 있습니다.

지금까지 이 센서 기술을 사용하여 다섯 가지 다른 살충제가 급성 세포 독성에 대해 테스트되었습니다. "결과에 따르면 가정용으로 판매되는 일부 살충제는 권장 적용 농도보다 훨씬 낮은 농도에서도 독성이 있습니다."라고 프로젝트를 담당하는 Stefanie Michaelis가 말했습니다.

Fraunhofer EMFT의 연구팀은 센서가 장착된 전극 배열의 적용을 자동화하기 위해 세포를 해동하고 샘플을 추가하는 데모 장치를 개발했습니다. 프로토타입을 계획하고 설계한 Christian Hochreiter는 "이 장치는 정확한 투여를 가능하게 하고 교차 오염을 제거합니다."라고 설명합니다.
곤충 세포에 대한 결과가 살아있는 곤충에 미치는 영향을 반영하는 정도는 추가 연구의 대상입니다.

급성 살충 효과를 감지하는 것 외에도 동일한 센서 원리를 사용하여 다양한 세포 기능(표현형)을 연구하고 미래에는 다양한 곤충 종의 세포를 동시에 조사할 수 있습니다. "저희의 목표는 단일 종에 대한 순수한 급성 독성을 넘어서는 물질의 포괄적인 영향 프로필을 만드는 것입니다."라고 요아힘 베게너는 말합니다.