Viral suppression efficacy of chitosan- selenium nanoparticles against infectious spleen and kidney necrosis virus infection

Abstract

전염성비장및신장괴사바이러스 (infectious spleen and kidney necrosis virus; ISKNV)는 해수와와 담수어 모두에 감수성을 지니며 전 세계적으로 큰 경제적 손실을 일으 키는 주요한 병원체 중 하나이다. 특히, 관상어에서 ISKNV는 큰 위험을 야기하나, 효과적인 제어 전략이 부족한 실정이다. 나노 크기의 약물은 높은 흡수율으로 인 해 관상어와 같은 작은 동물들에게 효과적인 전달 도구로 각광받고 있다. 따라서 본 연구에서는, chitosan-selenium-nanoparticles (이하 CTS-SeNPs)을 합성하여 ISKNV 감염증에 대한 잠재적인 방어 가능성을 평가하였다. 본 연구에서 합성된 구형의 CTS-SeNPs (약 60 nm)는 안정적인 colloidal stability를 가지며, 화학적으로 chitosan과 SeNPs가 결합한 것으로 확인되었다. 또한. 이를 in-vitro에서 평가하였을 시, ISKNV 에 감염된 dwarf gourami fin (DGF) cells에서 40 µg/mL 의 농도로 처리 시 효과적인 major capsid protein(MCP) gene의 억제를 보였다. 특히, 해당 농도에서 감염 48, 72시 간 후의 inhibition rate은 각각 94.02 ± 0.39%, 91.82 ± 3.84% 였다. 또한 ISKNV의 감염 주기 중, CTS-SeNPs는 복제 단계에 영향을 미치는 것으로 나타났다. In vivo에서 CTS-SeNPs의 적용 가능성을 평가하기 위해서 ISKNV에 감수성을 가진 zebrafish를 약물 평가 모델링 생물로 이용하였다. 또한, CTS-SeNPs의 수중 생물에서의 적절한 투여 경로를 평가하기 위해 2가지 투여법인 주사 (intraperitoneal injection, IP) 및 침 지 (immersion, IM) 투여법을 이용하였다. 조직 병리학적인 평가를 바탕으로, 침지 와 주사 투여 시 각각 1 µg/fish, 40 µg/mL 가 제브라 피쉬에서 안전한 농도임을 확 인한 후 해당 농도로 24시간 투여 후 ISKNV를 감염시켜 주었으며, 해당 평가는 총 3반복구로 진행되었다. 3주 후, 생존율을 평가한 결과, 53.33 ± 9.42% (IP) 및 50.00 ± 8.16% (IM)으로 나타났다. 또한 각 그룹의 폐사어와 생존어에 대한 체내 바이러 스량을 비교 시, 폐사 그룹보다 생존 그룹의 viral copies/ng genomic DNA 값이 유의 적으로 낮게 나타났다. 더 나아가, CTS-SeNPs 처리 시 제브라 피쉬 체내에서의 면 역 작용을 평가한 결과, CTS-SeNPs 단독 처리 시에는 약제 처리 24시간후 interferon inducing gene인 protein kinase containing Z-DNA binding domains (PKZ), interferon regulator factor 7 (IRF7), Janus kinase 1 (JAK1), and signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) 유전자의 유의적인 상향 발현을 관찰할 수 있었다. 또한, CTS-SeNPs 투여 후 바이러스를 감염시킨 경우, 주사 투여의 경우 감염 24시간 후 제브라 피쉬의 type 1 interferon인 IFN φ2와 IFN φ3의 유의적인 상향 발현을, 침지 투여의 경우 감염 12시간 후 IFN φ2와 IFN φ3의 유의적인 상향 발현을 관찰할 수 있었다. 해당 결과는 CTS-SeNPs가 면역 조절을 통해 숙주의 바이러스 억제 인자 를 향상시켜 ISKNV에 대한 억제를 유도하였음을 시사한다. 따라서, 본 연구를 통 해 합성된 CTS-SeNPs는 in-vitro와 in-vivo에서 ISKNV의 억제효과를 나타내며, 향후 ISKNV를 억제하기 위한 대안으로 이용될 수 있을 것으로 사료된다.