파이로시퀀싱 분석법을 이용한 주거 환경 중 거실과 화장실의 세균 특성
이시원, 정현미, 박응로*
국립환경과학원상하수도연구과
Received: October 27, 2015 / Revised: January 8, 2016 / Accepted: January 8, 2016
최근실내공간에서생활하는시간이늘어남에따라실내 공기중존재하는미생물에대한공중보건학적관심도함께
증가하고있다
[4].
실내환경은실외에비해공기의순환이제한적이고자외선에대한노출이적어서공기중에존재하 는미생물이상대적으로장기간생존할수있는특징이있
으며
[12],
이들은대부분미세입자나수증기에부착된상태인바이오에어로졸형태로존재한다
[16].
바이오에어로졸중 미생물은인체면역기능저하및각종호흡기질환의원인 으로작용하는등대부분부정적측면이보고됨에따라[2
−6, 15, 20],
병원환경,
요양시설,
지하철역사및학교등다 중이용시설을중심으로연구가수행되어왔으나[1, 9, 12
−14],
주거환경에대한연구는미흡한실정이다.
한편바이오에어로졸중미생물에대한분석법은국내
,
국 제표준화기구및미국환경보호국등에서도표준화된방법이정해지지않아연구자가목적에맞게적절한방법을선
택해왔다
[16].
지금까지실내환경에서바이오에어로졸중미생물에 대한 연구들은 대부분
MAS-100 NT
®(Merck,
Germany)
또는Andersen sampler
등으로공기를 미생물 배지에충돌시켜세균또는곰팡이를계수하거나API
또는Vitek
등의kit
를사용하여동정하는연구들이수행되어왔다[10, 13].
그러나충돌법은실내미생물측정시약10%
정도의오차가발생할수있고
[23],
배양에의존한방법은바이오에어로졸중존재하는미생물군집을설명하는데어려움 이있다
.
또한물이나토양과같은매질에비해공기중미 생물은안정적인상태를유지하지않고시간및공간적변화의폭이크므로
[11],
일시적으로채취한충돌법으로분석한미생물모니터링은한계가있다
.
이러한방법을해결하기 위하여필터를활용하여시료를포집하고,
핵산을추출한후cloning, denaturing gradient gel electrophoresis
또는terminal-restriction fragment length polymorphism
등의 분석방법이적용되었으며[8],
최근에는파이로시퀀싱분석법이많이활용되고있으나
[21, 24],
주거환경을대상으로Characteristics of Bacteria in the Living Room and Bathroom of a Residential Environment Using the Pyrosequencing Method
Siwon Lee, Hyen-Mi Chung, and Eung-Roh Park*
Water Supply & Sewerage Research Division, National Institute of Environmental Research, Incheon 22689, Republic of Korea
In this study, bacterial diversity in the living room and bathroom of a residential environment was ana- lyzed using the pyrosequencing method. There was no difference in the diversity index of bacteria between the 2 rooms; however, differences were noted in the composition of bacteria. The classes β-Proteobacteria and δ-Proteobacteria were found in the bathroom at higher abundances than in the living room. The phyla Acidobacteria, Chlorobi, Chloroflexi, Fusobacteria, Nitrospirae, and Planctomycetes were found in the bathroom, but not in the living room, indicating a broader range of bacteria. However, the living room showed a more diverse range of bacterial genera than the bathroom did. In both the living room and the bathroom, the genus Methylobacterium was dominant.
Keywords: Bacterial diversity, bathroom, living room, pyrosequencing, residential environment
*Corresponding author
Tel: +82-32-560-8353, Fax: +82-32-563-7085 E-mail: [email protected]
© 2016, The Korean Society for Microbiology and Biotechnology
한보고는매우미흡한실정이다
.
따라서본연구에서는,
파 이로시퀀싱분석법을활용하여주거환경중생활빈도가높 은거실과상대적으로특이적환경인화장실을선정하여공 기중세균의다양성을분석하였다.
실험에사용된장소는
2012
년에지어진빌라3
층으로실내주거공간은약
12
평이었고,
독립되어있는방2,
주방과 통합되어있는거실및화장실이분리되어있었다.
투룸형 빌라이지만독립되어있는2
개의방과거실은문으로공간 에대한분리되어있었고,
주방과통하는거실사이에는문 이없었으나구조적으로분리가잘되어있는형태였다.
화 장실은공간분리가지속적으로이루어진상태였으나,
시료 포집장치를설치한후추가적공간분리를위하여10
분후 부터시료를포집하였다.
포집시간동안외부환기를차단 하였으며,
포집시간동안지속적으로각공간에대한분리가 이루어졌다.
또한사람에의한영향을줄이기위해포집기 기설치후집을비운상태로시료를포집하였다.
시료채취 는2014
년9
월24
일13
시부터15
시30
분(2.5
시간)
까지수행 하였고, 2
대의Mini volume sampler PAS201(Airmetrics, USA)
에pore size 1
μm
의멸균된Glass microfiber Filter/
circles(GF/c; Whatman
®, USA)
를각각결합하여분당5 L
의속도로동시에포집하였다.
한편휴대용온습도계를사용 하여시료채취전과후거실과화장실에서온습도의평균 값을 측정한 결과,
거실은27.4
oC, 61%
였으며,
화장실은26.8
oC, 73%
였다.
포집한 필터를 무균적으로
20
−30
조각낸 후0.033%
의Tween 80
이 포함된PBS 45 ml
에10
분간 진탕하였으며, PowerWater
®DNA Isolation Kit(UK)
를 사용하여total DNA
를추출하였다.
추출한핵산에서세균16S rRNA
유전자를 증폭하기 위하여
27F(AGA GTT TGA TCM TGG
CTC AG)-518R(GTA TTA CCG CGG CTG CTG G)
을타 겟프라이머로사용하였으며,
마크로젠(Seoul, Korea)
에의뢰 하여파이로시퀀싱분석을수행하였다.
또한파이로시퀀싱 분석은GS-FLX Titanium(Roche, Switzerland)
을사용하였 으며,
분석은GS-FLX
소프트웨어3.0
을활용하여데이터프 로세싱을진행하였다.
거실과화장실에서각각
5,566
개와5,804
개의reads
가분 석되었으며, rarefaction curve
분석결과미생물다양성을Fig. 1. Comparison of the bacterial diversity in the living room and bathroom at the phylum and class-level. *Phyla have been analyzed only in the bathroom.
Table 1. Comparison of the species richness estimates in the living room and bathroom.
Diversity index Living room Bathroom
Number of reads 5,566 5,804
Number of OTUs
*45 40
Shannon index 2.97 2.96
Simpson index 0.10 0.09
*
97% cut off.
설명하기에적합한것으로분석되었다
(data not shown).
우 선Shannon index
는 거실(2.97)
과화장실(2.96), Simpson index
는 거실(0.10)
과 화장실(0.09)
에서 차이가 없었으나, 97%
에서cut off
한operational taxonomic units(OTUs)
분 석결과거실이45 OTUs
로40 OTUs
인화장실에비해상대 적으로높게나타났다(Table 1).
세균다양성에대한
pylum-level
분석결과거실(77.8%)
과 화장실(72.8%)
모두Proteobacteria
문이우점하였으나,
거실 은Firmicutes(17.8%), Actinobacteria(3.2%), Cyanobacteria (0.6%)
및Bacteroidetes
문(0.5%)
로 나타났으며,
화장실은Firmicutes(11.0%), Cyanobacteria(3.5%), Acidobacteria (2.5%), Chloroflexi(2.2%), Actinobacteria(1.8%), Bacteroidetes (1.8%), Chlorobi(1.3%), Nitrospirae(1.2%), Fusobacteria(1.1%), Unknown(0.6%)
및Planctomycetes
문(0.2%)
의순으로나타 났다(Fig. 1).
Class-level
에서분석해본결과α-Proteobacteria
강및γ- Proteobacteria
강은거실이화장실보다약8.1%
및4.4%
높은 비율로나타났으며,
β-Proteobacteria
강및δ-Proteobacteria
강은화장실이거실보다약
4.9, 2.5%
높게분석되었다.
또한
genus-level
의분석결과거실과 화장실에서모두Methylobacterium
속이각각25.0%
및21.3%
로우점하였 다.
거실에서는Acinetobacter(11.2%), Klebsiella(8.7%), Stenotrophomonas(8.1%), Alicyclobacillus(8.0%), unknown (6.9%)
및Brevundimonas(5.1%)
의순으로나타났고,
나머 지속은모두5.0%
미만으로총34
개속이분석되었으며,
화 장실에서는unknown(14.0%), Stenotrophomonas(13.9%), Acinetobacter(9.5%), Naxibacter(8.6%)
및Alicyclobacillus (7.9%)
의순이었고,
및나머지는모두5.0%
미만으로총25
개 속이분석되었다(Table 1).
특히Klebsiella
와Brevundimonas
속은거실에서높게분석되었으며, Naxibacter, unknown
및Stenotrophomonas
속은화장실에서높게분석되었다.
한편,
거실에서만특징적으로나타난속은다음과같다; Enterococcus (3.4%), Pelomonas(1.7%), Orbus(1.4%), Enterobacter(1.2%), Rhizobium(1.1%), Paracoccus(1.0%), 1%
미만(Sphingopyxis, Leucobacter, Rhodobacter, Janibacter, Streptococcus, Porphyrobacter, Pseudobutyrivibrio, Prevotella, Caulobacter, Sporolactobacillus, Bacillus
및Streptomyces).
또한 화장 실에서만특징적으로나타난속은다음과같다; Filomicrobium (2.0%), Corynebacterium(1.7%), Candidatus Chloracido- bacterium(1.3%), Edaphobacter(1.2%), Nitrospira(1.2%), Fusobacterium(1.1%), 1%
미만(Thiobacillus
및Halomonas) (Table 2).
거실과화장실에서공통적으로우점한
Methylobacterium
속은식물(
잎표면과뿌리),
음식(
젓갈)
및환경(
토양,
민물,
호 수저질토,
바닷물,
병원환경및먹는물)
등다양한환경에서서식하는빈영양성세균으로
[17],
국내에서도먼지에서분리된사례가있으며
[22],
국외에서도병원공기와샤워커튼에서도보고된바있었으나
[7],
현재까지인체에대한위험성은보고된바없었다
.
한편
,
학교등국내실내환경에서우점이보고된바있는Micrococcus spp.[10, 13]
는이번연구에서는분석되지않았다
.
또한학교실내환경중그람음성세균(16%)
보다그람양성세균
(84%)
의비율이높다고보고된바있고[10],
학교교실
[
그람양성세균(62.5
−88.2%),
그람음성세균(10.3
−29.2%)]
과 복도
[
그람양성 세균(61.5
−90.9%),
그람음성 세균(9.1
−33.3%)]
에서모두 그람양성세균이높은비율로분석되었다
.
그러나 주거 환경에서는 미 동정[
거실(6.9%),
화장실(14.0%)]
을제외하고,
거실[
그람양성세균(19.7%),
그람음성 세균(73.3%)]
과화장실[
그람양성세균(13.7%),
그람음성세균
(71.0%)]
에서모두그람음성세균이높은비율로나타났Table 2. Comparison of the bacterial genera in the living room and bathroom.
Composition (genus-level, %) Living room Bathroom
Acinetobacter 11.2 9.5
Alicyclobacillus 8.0 7.9
Aquabacterium 0.6 2.5
Bosea 0.4 2.2
Brevundimonas 5.1 0.6
Clostridium 2.9 2.6
Enhydrobacter 0.7 1.1
Klebsiella 8.7 1.5
Leuconostoc 1.1 0.5
Methylobacterium 25.0 21.3
Naxibacter 1.3 8.6
Propionibacterium 1.4 0.1
Pseudomonas 0.3 0.9
Sphingomonas 1.6 2.5
Stenotrophomonas 8.1 13.9
Unknown 6.9 14.0
Only living room (%)
Enterococcus (3.4), Pelomonas (1.7), Orbus (1.4), Enterobacter (1.2), Rhizobium (1.1), Paracoccus (1.0), Bacillus, Caulobacter, Janibacter, Leucobacter, Porphyrobacter, Prevotella,
Pseudobutyrivibrio, Rhodobacter, Sphingopyxis, Sporolacto- bacillus, Streptococcus and Streptomyces (>1%)
Only bathroom (%)
Filomicrobium (2.0), Corynebacterium (1.7), Candidatus
Chloracidobacterium (1.3), Edaphobacter (1.2), Nitrospira (1.2),
Fusobacterium (1.1), Halomonas and Thiobacillus (>1%)
다
. Lee
등(2015)
에의하면,
실외환경유형에대한배양성 세균분석시그람양성인Bacillus spp.
가높게나타났으나[16],
파이로시퀀싱등유전자를기초로한미생물다양성분석의경우
Bacillus spp.
의유전자는나타나지않거나또는낮은비율로분석되었으며
[19],
본연구에서도분석된결과 들이간접적으로설명되었다.
한편
, Moon
등(2012)
에의하면거실에비해화장실에서상대적으로높은농도의세균수가측정된바있다
[18].
본연구에서사용한파이로시퀀싱은배양이라는특수한조건을 주지않고직접적으로그공간에존재하는미생물에대한다 양성을설명하기에적합한방법이지만
,
국립환경과학원실 내환경부유미생물에관련된고시등에서필요한배양성미 생물수를설명할수는없었다.
또한실질적으로살아있는 세포인가에대한유무를설명을할수없는분자생물학적방 법의한계가존재하므로,
장단점을이용한연구전략이필요 할것으로사료된다.
본연구에서는주거환경중거실과화장실을대상으로분 자생물학적세균다양성을비교하였다
.
이번연구는실내공 간중미생물에대한분석방법적인측면및연구결과는일 반주거환경중세균다양성에대한기초자료로활용될수 있을것이라고기대된다.
요 약
본연구에서는파이로시퀀싱분석법을이용하여주거환 경중거실과화장실의세균다양성을분석하였다
.
주거환 경중거실과화장실에존재하는세균의총유전자량과다 양성지수는차이가없었으나,
존재하는세균의종류에서는차이가나타났다
. Phylum-level
에서는거실에서나타나지않은
Acidobacteria, Chlorobi, Chloroflexi, Fusobacteria, Nitrospirae
및Planctomycetes
문이화장실공기중에서분석 되어상대적으로넓은영역의세균분포가추정되었으며, class- level
에서는우점하는Proteobacteria
문중β-Proteobacteria
와δ
-Proteobacteria
강이거실에비해화장실에서높은비율로분석되었다