현대 환경미생물학의 분야는 위와 같이 매우 다양한 분야로 발전하고 있으나 전통적으로 환경변화 및 환경오염과의 관계를 강조한다.
환경오염
오염은 우리의 공기, 대지와 물의 물리적, 화학적 또는 생물학적 특성의 바람직하지 못한 변화로 인간의 생명, 바람직한 종, 산업공정, 생활여건과 문화유산에 해로운 영 향을 미치거나 자원을 못쓰게 만든다.
자연적인 원인도 있으나 (예, 황사, 화산폭발 등) 대부분 인위적 원인에 의함.
각종 환경오염
Cyanobacteria - Neuse River, North Carolina a cyanobacterial bloom on the open waters of the Baltic Sea, comprised of the nitrogen fixing, filamentous genera Nodularia and Aphanizomenon, are a symptom of nutrient over-enrichment
(especially phosphorus) in this ecosystem
시안세균의 폭발적 증식 – 우리나라에서 녹조라 부름 (학문적으로 정확한 용어가 아님)
환경오염과 미생물
1. 미생물과 건강
1) 환경에 의해 전파되는 인간 질병 (특히 수인성 질환)
2) 병원성 미생물의 존재 (다른 환경 변화를 포함)를 알려주는 지표미생물 2. 오염물질의 생산자 또는 환경변화의 원인
미생물 독소, 수은 메틸화, 산성광산배수, 적조와 녹조 현상 등 3. 오염현상의 조절자
(1) 오염물질의 미생물 전환
- 각종 원소의 생지화학적 순환: 물질 순환에 필수적 - 유기물 분해 Æ 폐수 및 폐기물의 생물학적 처리 및
미생물 환경정화 (2) 오염생물의 제어자
적조와 녹조 미생물을 제거하는 미생물 (포식, 기생, 길항, 경쟁) (예-아래의 조류기생 바이러스)
Virus lysing the fish-killing alga Heterosigma akashiwo
수인성 질환과 분변오염의 지표미생물
불량한 환경위생상태로부터 발생하는 질병은 주로 분변에 의한 상수원의 오염으로부터 유래하며 (수인성 또는 식품기원 질병) 적절히 처리되지 않은 오염된 물의 섭취에 의해 폭발적으로 전파될 수 있다. 따라서 하수 및 상수의 적절한 처리가 요구된다.
수인성 질병은 대부분 물의 섭취 후 위장관에 병을 일으키지만, 코 등의 점막이나 상처 부 위로 침투하여 폐, 뇌척수 등에서 병을 일으키는 경우도 있다.
분변오염에 의한 질병
환자나 보균자의 대변에 장내병원체가 존재하면 이로 오염된 물 또는 음식물을 통해 전염
→ fecal (anal)-oral route
- 세균성 질환: 콜레라, 장티프스, 살모넬라증, 세균성 이질, 장내병원성 대장균증 (장내 병원성 대장균, 장내침입성 대장균, 장내독소형 대장균, 장내출혈성 대장균) - 바이러스성 질환: A형 간염, 각종 바이러스성 위장염, 소아마비
- 원생동물성 질환: 아메바성 이질, 지아르디아증, 크립토스포리디아증
Escherichia coli O157:H7
Legionella pneumophila
Astrovirus
Adenovirus and Parvovirus Calicivirus
Norwalk virus (norovirus)
주요 수인성 질환의 원인 바이러스
Poliovirus
Rotavirus
Cyclospora cayetanensis and food- borne outbreaks of diarrhea in humans
Immunofluorescence image of Cryptosporidium parvum oocysts
Entamoeba histolytica cysts and trophozoites
Immunofluorescence image of Giardia lamblia cysts
분변오염의 지표미생물
분변오염에 의한 수인성 질환을 예방하기 위해 분변에만 많이 존재하는 미생물을 검출하 고자 지표미생물을 조사한다.
이상적인 지표미생물은 없으나 대장균군 세균 (coliform bacteria)을 가장 널리 사용한다.
대장균군은 분류상의 종류가 아니며 장내세균과의 세균들 중 다음의 조건을 충족하는
종류를 포함한다. 그러나 아래 세균속에 속하는 것들도 모두 대장균군의 특성을 가지는 것은 아니다.
상수 처리
목적- 건강에 해로운 병원체와 유해물질을 제거할 뿐만 아니라 마시고 사용하는데 부적합한 냄새, 색, 맛을 제거
역사- 영국에서의 산업혁명 시기 먹는 물의 오염에 의한 수인성 질환을 방지하기 위해 물 처리가 시작됨
수질기준
– 물리적, 화학적, 생물학적 유해성에 대한 규제기준으로 세계보건기구 (WHO)는 121개 항목이 있으나 우리나라는 현재 56개 항목에 대해 규제하고 있다.
-이중 미생물 관련항목은 2개인데 검출방법과 기준에서 낙후성을 나타낸다.
(1) ‘일반세균 (보통 한천배지에서 무리를 형성할 수 있는 생균을 말한다)은 1 cc중 100 을 넘지 아니할 것’
(2) ‘대장균군 (그람 음성의 무아포성 단간균으로 유당을 분해하여 산과 가스를 만드는 모든 호기성 또는 통성 혐기성균을 말한다)은 50 cc중에서 검출되지 아니할 것’
*수질기준 항목을 늘이고 WHO 기준에 근접한 내용으로의 개선이 필요함
상수처리 과정
원수 집수-저장-(전염소처리)-응집/응결/침전-여과-소독-배수
원수의 수질에 따라 중간의 공정들을 생략할 수도 있다 (다음 쪽 그림)
소독
잔류하는 미생물과 화학물질들을 제거하기 위해 강한 산화력을 가진 소독제로 소독
◎ 소독은 멸균이 아니며 손상된 미생물의 회복 및 재생장이 일어날 수도 있다.
소독제의 조건 1. 값싸고 2. 효과적이고
3. 조작이 안전하며
4. 공공급수의 경우 잔류 소독능력 부여 5. 소비자에게 해가 없어야 한다
이상적인 소독제는 없으나 공공급수의 경우 염소가 이 기준에 크게 일치한다.
염소 처리
HOCl (차아염소산)의 강한 산화력으로 미생물들을 파괴함.
그러나 물에 암모니아나 페놀 등의 물질이 있으면 염소와 반응하여 독성이나 악취물질이 생성됨. 또한 유기물이 잔류할 때 독성, 돌연변이성, 발암성 유기염소화합물 [예, THM (trihalomethane, 예, chloroform)]이 생성된다.
오존, 자외선 등을 이용할 수 있으나 비용이 많이 들며 잔류소독능이 없으므로 공공급수 체제에서는 부적당함.
급배수관 내의 문제
- 정수장에서 처리된 물은 거의 대부분 수질기준을 만족하지만 송수와 물탱크 내 저장과정 중 수질이 악화될 수 있다. 이런 문제는 노후 배수관, 부적절한 저장탱크, 배수관 및 탱크 내 미생물의 재생장 등에 의해 일어난다.
- 빈영양성 세균들이 미량 존재하는 유기물을 이용하여 자라나 생물막을 형성하며 이런 생 물막 내부에서 소독 시 사멸되지 않은 손상된 미생물 (injured microbes)의 재생장이 일어날 수 있다. → 수년 전 서울시 수돗물에서 세균성 이질균 검출 보고
-배수관 내에서 철-, 아연-, 망간-산화세균의 활동에 의해 수도관 내 부식 및 녹물 생성 → 아침에 수도를 틀었을 때 녹물 나옴.
정수장치
수돗물에 대한 불신으로 각종 정수기 사용.
주로 여과, 흡착, 이온교환, 역삼투, 자외선 조사 등을 이용하는데 잔류 미생물, 독성 소독부 산물, 잔류염소 등을 효율적으로 제거할 수도 있으나 여과재 등을 적절하게 교환하지 않을 경우 잔류염소도 제거되었기 때문에 정수기 내에서 미생물이 자라날 수 있으며 이런 경우
‘정수기로 세균을 길러 먹는 결과’가 발생할 수 있다.
환경오염의 지표미생물
지의류 – 대기오염 특히 황산화물 (아황산가스)의 지표
대기오염물질이 공생조류의 엽록소를 산화시켜 파괴하면 공생균류도 죽게 되어 지의류가 사라진다.
도심에는 거의 없고 도시 외곽으로 나갈수록 점차 많아짐.
생지화학적 순환과 미생물
미생물은 물질의 순환에 매우 중요하며 유기물의 분해 뿐만 아니라 다른 고등생물이 할 수 없는 각종 원소를 전환하기 때문에 지구환경의 유지에 필수적이다.
탄소 순환
미생물은 수환경에서 1차생산자로 중요하며 유기탄소의 분해에 크게 기여하는데 지구상에 가장 풍부한 셀룰로오스와 리그닌의 분해 및 메탄생성에 매우 중요하다.
