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문제 정의
- 본 연구는 생활하수나 생활쓰레기 등으로 환경이 오염되었다고 판단되는 동해안의 해변모래를 중심으로 다양한 환경의 가을철 미생물 분포를 조사하였다. 동해안의 해변모래의 미생물 군집은 해수욕장 주변 환경에 따라 매우 다른 양상을 보였다.
- 사람들의 많은 활동이 미생물 생태계에 미치는 영향을 조사하기 위하여 대도시나 산업지역 인근에 위치하여 해변공원 역할을 하는 포항시 영일대해수욕장의 모래(B4)와, 포항제철소 항만에 인접한 해안의 모래 (B5)를 채취하였다. 포항시 동해면 흥환리의 작은 항구 주변에는 폐그물이나 비닐포장지, 플라스틱 용기가 해변에 방치되어 있었는데, 해안의 생활쓰레기에 의한 미생물 생태계의 영향을 조사하기 위하여 이 지역의 해변모래(C1)를 채취하였다. 포항시 남구 호미곶 주변에서 관광객들에 의한 미생물 생태계의 영향을 조사하기 위하여 이곳의 모래(C2)를 채취하였고, 호미곶에서 남쪽으로 멀리 떨어져 있으며 주민들의 생활하수가 바다로 방출되고 있는 구룡포해수욕장의 해변모래(C3)를 채취하였다.
제안 방법
- 채취한 해변의 모래(약 10 g)는 멸균한 튜브에 넣어서 실험실로 운반한 즉시 냉장고(2℃)에 보관하였다. 각각의 모래시료 5 g을 멸균한 완충액 50 ml (100 mM phosphate buffer, pH 7.0)를 넣고 5분간 강하게 vortex하여, Genomic DNA kit (Qiagen, USA)를 사용하여 미생물들의 DNA를 추출하였다. 추출한 미생물의 genomic DNA는 16S rRNA 유전자 V1-V3 영역의 27F (5′-ATCGTACGACGAGTTTGATCMTGGCTCAG-3′)와 518R (5′-ATCGTACGACWTTACCGCGGCTGCTGG-3′) universal primers을 사용하여 Polymerase Chain Reaction (PCR)으로 16S rRNA 유전자를 증폭한 다음(Khang, 2013), 454 pyrosequencing으로 염기서열을 분석하였다.
- 경상북도 영덕군과 포항시에 위치한 해수욕장 주변에서 생활하수나 생활쓰레기 등의 환경조건이 해변모래에 서식하는 미생물 분포에 어떤 영향을 미치는지를 조사하기 위하여, 10월 중순에 12곳의 해변모래를 채취하여 16S rRNA 유전자를 pyrosequencing 방법으로 분석하였다.
- 경상북도 동해안에는 해수욕장으로 개발된 곳이 25개 이상 있어서 여름철에 많은 피서객들이 방문하고 있으나, 공중보건을 위하여 이 지역의 해변모래에 서식하는 미생물 분포에 대한 자료는 밝혀진 바가 없다. 본 연구는 인구밀도가 높은 포항시와 영덕군에 위치한 해수욕장의 해변모래에서 분변지표미생물을 포함한 환경미생물의 분포를 16S rRNA 유전자 pyrosequencing을 통한 분석방법으로 조사하였다.
- 영덕군 대진해수욕장에서 강물이 바다와 합쳐지는 지점에 있는 해수에 젖은 모래(A1)와, 해안에서 멀리 떨어져 있으며 강 부근에 있는 건조한 모래(A2)에 서식하는 미생물그룹을 비교하였다. 파도에 의하여 해수에 젖은 A1 모래에서는 Acidobacteria(38%), Bacteroidetes (23%), Cyanobacteria (20%) 분포가 높고 Proteobacteria (9%) 분포는 낮았다.
- 추출한 미생물의 genomic DNA는 16S rRNA 유전자 V1-V3 영역의 27F (5′-ATCGTACGACGAGTTTGATCMTGGCTCAG-3′)와 518R (5′-ATCGTACGACWTTACCGCGGCTGCTGG-3′) universal primers을 사용하여 Polymerase Chain Reaction (PCR)으로 16S rRNA 유전자를 증폭한 다음(Khang, 2013), 454 pyrosequencing으로 염기서열을 분석하였다.
- PCR 산물의 pyrosequencing과 염기서열 분석(taxonomic assignments, operational taxonomic unit, Shannon index, Simpson index)은 Macrogen(주)에서 제공하였다. 측정한 종의 수(Operational Taxonomic Unit, OTU), 다양도 지수(Shannon index), 우점도지수(Simpson index)는 각 염기서열의 97% 이상의 유사성(sequence similarity)을 기반으로 조사하였다.
대상 데이터
- 동해안의 해변모래는 여름철의 높은 기온과 피서객들로 인하여 해양 환경미생물의 이상 증식이 발생할 수 있는 여름철을 피하여 10월 중순에 채취하였다. 해변의 모래시료에서 추출한 DNA로 분석한 세균의 16S rRNA 유전자 염기서열은 시료당 3,790 ± 370 reads (95% 신뢰구간)를 얻었다.
- 야생 조류들의 활동에 의한 영향을 조사하기 위하여 영덕군 하저해수욕장 부근의 하천에서 갈매기 무리가 서식하고 있는 지역의 해변모래(A3)를 채취하였다. 또한 해안에서 바다로 배출하는 생활하수가 해변모래에 서식하는 미생물 생태계에 미치는 영향을 조사하기 위하여 영덕군 장사해수욕장의 해변모래 (A4), 포항시 월포해수욕장의 해변모래(B1), 포항시 영일신항만 부근의 죽천리 해변모래(B2)를 채취하였다. 이에 대한 대조군으로 생활하수에 대한 점원 또는 비점원 오염원이 없는 포항시 여남동 해수욕장의 해변모래(B3)를 채취하였다.
- 모래시료는 해수와 담수에 의한 미생물 분포의 변화를 조사하기 위하여 영덕군 대진해수욕장에서 강과 바다가 합류하는 곳의 모래(A1)와, 해안에서 멀리 떨어진 강 옆의 모래(A2)를 채취하였다. 야생 조류들의 활동에 의한 영향을 조사하기 위하여 영덕군 하저해수욕장 부근의 하천에서 갈매기 무리가 서식하고 있는 지역의 해변모래(A3)를 채취하였다.
- 이에 대한 대조군으로 생활하수에 대한 점원 또는 비점원 오염원이 없는 포항시 여남동 해수욕장의 해변모래(B3)를 채취하였다. 사람들의 많은 활동이 미생물 생태계에 미치는 영향을 조사하기 위하여 대도시나 산업지역 인근에 위치하여 해변공원 역할을 하는 포항시 영일대해수욕장의 모래(B4)와, 포항제철소 항만에 인접한 해안의 모래 (B5)를 채취하였다. 포항시 동해면 흥환리의 작은 항구 주변에는 폐그물이나 비닐포장지, 플라스틱 용기가 해변에 방치되어 있었는데, 해안의 생활쓰레기에 의한 미생물 생태계의 영향을 조사하기 위하여 이 지역의 해변모래(C1)를 채취하였다.
- 모래시료는 해수와 담수에 의한 미생물 분포의 변화를 조사하기 위하여 영덕군 대진해수욕장에서 강과 바다가 합류하는 곳의 모래(A1)와, 해안에서 멀리 떨어진 강 옆의 모래(A2)를 채취하였다. 야생 조류들의 활동에 의한 영향을 조사하기 위하여 영덕군 하저해수욕장 부근의 하천에서 갈매기 무리가 서식하고 있는 지역의 해변모래(A3)를 채취하였다. 또한 해안에서 바다로 배출하는 생활하수가 해변모래에 서식하는 미생물 생태계에 미치는 영향을 조사하기 위하여 영덕군 장사해수욕장의 해변모래 (A4), 포항시 월포해수욕장의 해변모래(B1), 포항시 영일신항만 부근의 죽천리 해변모래(B2)를 채취하였다.
- 또한 해안에서 바다로 배출하는 생활하수가 해변모래에 서식하는 미생물 생태계에 미치는 영향을 조사하기 위하여 영덕군 장사해수욕장의 해변모래 (A4), 포항시 월포해수욕장의 해변모래(B1), 포항시 영일신항만 부근의 죽천리 해변모래(B2)를 채취하였다. 이에 대한 대조군으로 생활하수에 대한 점원 또는 비점원 오염원이 없는 포항시 여남동 해수욕장의 해변모래(B3)를 채취하였다. 사람들의 많은 활동이 미생물 생태계에 미치는 영향을 조사하기 위하여 대도시나 산업지역 인근에 위치하여 해변공원 역할을 하는 포항시 영일대해수욕장의 모래(B4)와, 포항제철소 항만에 인접한 해안의 모래 (B5)를 채취하였다.
- 포항시 동해면 흥환리의 작은 항구 주변에는 폐그물이나 비닐포장지, 플라스틱 용기가 해변에 방치되어 있었는데, 해안의 생활쓰레기에 의한 미생물 생태계의 영향을 조사하기 위하여 이 지역의 해변모래(C1)를 채취하였다. 포항시 남구 호미곶 주변에서 관광객들에 의한 미생물 생태계의 영향을 조사하기 위하여 이곳의 모래(C2)를 채취하였고, 호미곶에서 남쪽으로 멀리 떨어져 있으며 주민들의 생활하수가 바다로 방출되고 있는 구룡포해수욕장의 해변모래(C3)를 채취하였다. 채취한 해변의 모래(약 10 g)는 멸균한 튜브에 넣어서 실험실로 운반한 즉시 냉장고(2℃)에 보관하였다.
- 해변의 모래는 2011년 10월 8일과 15일 이틀 동안에 경상북도 영덕군과 포항시에 소재한 해수욕장에서 12곳의 해변모래를 채취하였다(Fig. 1).
이론/모형
- 추출한 미생물의 genomic DNA는 16S rRNA 유전자 V1-V3 영역의 27F (5′-ATCGTACGACGAGTTTGATCMTGGCTCAG-3′)와 518R (5′-ATCGTACGACWTTACCGCGGCTGCTGG-3′) universal primers을 사용하여 Polymerase Chain Reaction (PCR)으로 16S rRNA 유전자를 증폭한 다음(Khang, 2013), 454 pyrosequencing으로 염기서열을 분석하였다. PCR 산물의 pyrosequencing과 염기서열 분석(taxonomic assignments, operational taxonomic unit, Shannon index, Simpson index)은 Macrogen(주)에서 제공하였다. 측정한 종의 수(Operational Taxonomic Unit, OTU), 다양도 지수(Shannon index), 우점도지수(Simpson index)는 각 염기서열의 97% 이상의 유사성(sequence similarity)을 기반으로 조사하였다.
성능/효과
- , 2011). Cyanobacteria의 이차대사산물 때문인지 Cyanobacteria가 93% 이상 우점하고 있는 영덕군 장사해수욕장의 A4 모래와 포항시 흥환리의 C1 모래는 다른 지역의 모래와 비교할 때 미생물의 다양도지수(Shannon index)가 감소하였다(Fig. 2). 생활하수나 생활쓰레기와 같은 오염원이 유입되는 곳에서는 Cyanobacteria 분포가 증가하였는데, 대진해수욕장의 A1 모래에는 20%, 월포해수욕장의 B1 모래에는 43%, 영일신항만 부근의 B2 모래에는 29%, 영일대해수욕장의 B4 모래에는 24%, 포항제철소 항만의 B5 모래에는 55%, 호미곶의 C2 모래에는 45%, 구룡포해수욕장의 C3 모래에는 59%로 높게 나타났다.
- , 2014). Deferribacteres와 Gemmatimonadetes는 B2 모래에서만 검출이 되었으나, Actinobacteria는 A4 (4.4%) 모래에서, Chlorobi는 C2 (6.7%) 모래에서, Planctomycetes는 A1(2.1%) 모래에서도 검출되었고, Deinococcus-Thermus (4.8%)와 Nitrospirae (3.0%)는 B5 모래에서도 검출되었다.
- 각 해변마다 서식하고 있는 Proteobacteria 종류에는 차이가 있었는데, A2 모래에서는 α -Proteobacteria (3% Rhodospirillales)가 우점하였고, A3 모래에서는 γ-Proteobacteria(20% Pseudomonadales, 9% Alteromonadales)가 우점하였다.
- 파도에 의하여 해수에 젖은 A1 모래에서는 Acidobacteria(38%), Bacteroidetes (23%), Cyanobacteria (20%) 분포가 높고 Proteobacteria (9%) 분포는 낮았다. 강둑에 있는 건조한 A2 모래에서는 Bacteroidetes (21%) 분포는 비슷하였으나, Cyanobacteria는 검출이 되지 않았으며, Acidobacteria (5%) 분포는 낮았고, Proteobacteria 분포는 72%로 매우 높았다(Fig. 3). 해수에 젖은 모래와 건조한 모래를 비교하면 Proteobacteria 분포비율은 높아지고, Bacteroidetes 분포비율은 낮아지는 경향이 있다(Halliday et al.
- 생활하수가 바다의 해수와 만나는 지역에서 채취한 포항시 월포해수욕장의 해변모래(B1)와 영일 신항만 부근의 죽천리 해변모래(B2)에서는 다양도지수(Shannon index)가 높게 나타났고, 영덕군 장사해수욕장에 있는 흑색의 해변모래(A4)와 생활쓰레기가 퍼져있는 포항시 흥환리의 해변모래(C1)에서는 우점도 지수(Simpon index)가 높게 나타났다(Fig. 2).
- 2). 생활하수나 생활쓰레기와 같은 오염원이 유입되는 곳에서는 Cyanobacteria 분포가 증가하였는데, 대진해수욕장의 A1 모래에는 20%, 월포해수욕장의 B1 모래에는 43%, 영일신항만 부근의 B2 모래에는 29%, 영일대해수욕장의 B4 모래에는 24%, 포항제철소 항만의 B5 모래에는 55%, 호미곶의 C2 모래에는 45%, 구룡포해수욕장의 C3 모래에는 59%로 높게 나타났다. 그러나 해안에서 오염원이 없는 곳에서 채취한 대진해수욕장의 A2 모래, 하저해수욕장의 A3 모래, 여남동해수욕장의 B3모래에서는 Cyanobacteria 분포가 4% 이하로 매우 낮았다.
- Bacteroidetes 분포는 다양도 지수(Shannon index)가 낮게 나타난 A4 모래와 C1 모래를 제외하고 모든 해변의 모래에서 20%이상 분포하였다. 특히 영덕군 하저해수욕장의 A3 모래와 포항시 영일대해수욕장의 B4 모래에서 Bacteroidetes 그룹이 높게 나타났는데, A3 모래에서는 Flavobacteria (45%)와 Sphingobacteria(7%) 비율로 분포하였고, B4 모래에서는 Flavobacteria (70%)와 Sphingobacteria (3%) 비율로 분포하였다. 생활하수나 사람의 분변에는 Bacteroidetes 그룹에 속한 Bacteroidia, Flavobacteria, Sphingobacteria가 많이 분포하고 있다(McLellan et al.
- 영덕군 대진해수욕장에서 강물이 바다와 합쳐지는 지점에 있는 해수에 젖은 모래(A1)와, 해안에서 멀리 떨어져 있으며 강 부근에 있는 건조한 모래(A2)에 서식하는 미생물그룹을 비교하였다. 파도에 의하여 해수에 젖은 A1 모래에서는 Acidobacteria(38%), Bacteroidetes (23%), Cyanobacteria (20%) 분포가 높고 Proteobacteria (9%) 분포는 낮았다. 강둑에 있는 건조한 A2 모래에서는 Bacteroidetes (21%) 분포는 비슷하였으나, Cyanobacteria는 검출이 되지 않았으며, Acidobacteria (5%) 분포는 낮았고, Proteobacteria 분포는 72%로 매우 높았다(Fig.
- 해수 부근의 청결한 모래에는 Acidobacteria, 담수 부근의 모래에는 Proteobacteria, 생활하수 부근의 모래에는 Cyanobacteria, 해변공원 부근의 모래에는 Bacteroidetes 그룹이 20–90% 정도로 높게 분포하였고, 생활하수가 해수와 합해지는 해변모래에서는 Actinobacteria, Chlorobi, Deferribacteres, Deinococcus-thermus, Firmicutes, Gemmatimonadetes, Nitrospirae, Verrucomicrobia 그룹이 1–5% 정도로 낮게 분포하였다.
후속연구
- 동해안의 해변모래의 미생물 군집은 해수욕장 주변 환경에 따라 매우 다른 양상을 보였다. 동해안 해변에서 환경미생물 생태계의 변화를 종합적으로 파악하기 위해서는 계절별로 미생물 분포를 조사하는 연구가 더 필요할 것으로 보인다.
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