파이로시퀀싱 분석법을 이용한 주거 환경 중 거실과 화장실의 세균 특성 Characteristics of Bacteria in the Living Room and Bathroom of a Residential Environment Using the Pyrosequencing Method원문보기
본 연구에서는 파이로시퀀싱 분석법을 이용하여 주거 환경 중 거실과 화장실의 세균 다양성을 분석하였다. 주거 환경 중 거실과 화장실에 존재하는 세균의 총 유전자량과 다양성 지수는 차이가 없었으나, 존재하는 세균의 종류에서는 차이가 나타났다. Phylum-level에서는 거실에서 나타나지 않은 Acidobacteria, Chlorobi, Chloroflexi, Fusobacteria, Nitrospirae 및 Planctomycetes문이 화장실 공기중에서 분석되어 상대적으로 넓은 영역의 세균 분포가 추정되었으며, class-level에서는 우점하는 Proteobacteria문 중 ${\beta}$-Proteobacteria와 ${\delta}$-Proteobacteria강이 거실에 비해 화장실에서 높은 비율로 분석되었다. 한편 genus-level에서는 거실이 화장실에 비해 상대적으로 다양한 속이 분석되었으나, 모두 Methylobacterium속이 우점하였으며 두 주거 환경에서 각각 특징적으로 분포하는 미생물이 존재하였다.
본 연구에서는 파이로시퀀싱 분석법을 이용하여 주거 환경 중 거실과 화장실의 세균 다양성을 분석하였다. 주거 환경 중 거실과 화장실에 존재하는 세균의 총 유전자량과 다양성 지수는 차이가 없었으나, 존재하는 세균의 종류에서는 차이가 나타났다. Phylum-level에서는 거실에서 나타나지 않은 Acidobacteria, Chlorobi, Chloroflexi, Fusobacteria, Nitrospirae 및 Planctomycetes문이 화장실 공기중에서 분석되어 상대적으로 넓은 영역의 세균 분포가 추정되었으며, class-level에서는 우점하는 Proteobacteria문 중 ${\beta}$-Proteobacteria와 ${\delta}$-Proteobacteria강이 거실에 비해 화장실에서 높은 비율로 분석되었다. 한편 genus-level에서는 거실이 화장실에 비해 상대적으로 다양한 속이 분석되었으나, 모두 Methylobacterium속이 우점하였으며 두 주거 환경에서 각각 특징적으로 분포하는 미생물이 존재하였다.
In this study, bacterial diversity in the living room and bathroom of a residential environment was analyzed 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
In this study, bacterial diversity in the living room and bathroom of a residential environment was analyzed 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 ${\beta}$-Proteobacteria and ${\delta}$-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.
In this study, bacterial diversity in the living room and bathroom of a residential environment was analyzed 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 ${\beta}$-Proteobacteria and ${\delta}$-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.
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문제 정의
본 연구에서는 주거 환경 중 거실과 화장실을 대상으로 분자생물학적 세균 다양성을 비교하였다. 이번 연구는 실내 공간 중 미생물에 대한 분석 방법적인 측면 및 연구 결과는 일반 주거환경 중 세균 다양성에 대한 기초자료로 활용될 수 있을 것이라고 기대된다.
제안 방법
이러한 방법을 해결하기 위하여 필터를 활용하여 시료를 포집하고, 핵산을 추출한 후 cloning, denaturing gradient gel electrophoresis 또는 terminal-restriction fragment length polymorphism 등의 분석 방법이 적용되었으며[8], 최근에는 파이로시퀀싱 분석법이 많이 활용되고 있으나[21, 24], 주거 환경을 대상으로 한 보고는 매우 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는, 파이로시퀀싱 분석법을 활용하여 주거 환경 중 생활 빈도가 높은 거실과 상대적으로 특이적 환경인 화장실을 선정하여 공기 중 세균의 다양성을 분석하였다.
033%의 Tween 80이 포함된 PBS 45 ml에 10분간 진탕하였으며, PowerWater® DNA Isolation Kit(UK)를 사용하여 total DNA를 추출하였다. 추출한 핵산에서 세균 16S rRNA 유전자를 증폭하기 위하여 27F(AGA GTT TGA TCM TGG CTC AG)-518R(GTA TTA CCG CGG CTG CTG G)을 타겟프라이머로 사용하였으며, 마크로젠(Seoul, Korea)에 의뢰하여 파이로시퀀싱 분석을 수행하였다. 또한 파이로시퀀싱 분석은 GS-FLX Titanium(Roche, Switzerland)을 사용하였으며, 분석은 GS-FLX 소프트웨어 3.
대상 데이터
실험에 사용된 장소는 2012년에 지어진 빌라 3층으로 실내 주거공간은 약 12평이었고, 독립되어 있는 방 2, 주방과 통합되어 있는 거실 및 화장실이 분리되어 있었다. 투룸형 빌라이지만 독립되어 있는 2개의 방과 거실은 문으로 공간에 대한 분리되어 있었고, 주방과 통하는 거실 사이에는 문이 없었으나 구조적으로 분리가 잘 되어 있는 형태였다.
데이터처리
추출한 핵산에서 세균 16S rRNA 유전자를 증폭하기 위하여 27F(AGA GTT TGA TCM TGG CTC AG)-518R(GTA TTA CCG CGG CTG CTG G)을 타겟프라이머로 사용하였으며, 마크로젠(Seoul, Korea)에 의뢰하여 파이로시퀀싱 분석을 수행하였다. 또한 파이로시퀀싱 분석은 GS-FLX Titanium(Roche, Switzerland)을 사용하였으며, 분석은 GS-FLX 소프트웨어 3.0을 활용하여 데이터 프로세싱을 진행하였다.
성능/효과
Class-level에서 분석해본 결과 α-Proteobacteria강 및 γ-Proteobacteria강은 거실이 화장실보다 약 8.1% 및 4.4% 높은 비율로 나타났으며, β-Proteobacteria강 및 δ-Proteobacteria강은 화장실이 거실보다 약 4.9, 2.5% 높게 분석되었다.
3%로 우점하였다. 거실에서는 Acinetobacter(11.2%), Klebsiella(8.7%), Stenotrophomonas(8.1%), Alicyclobacillus(8.0%), unknown(6.9%) 및 Brevundimonas(5.1%)의 순으로 나타났고, 나머지속은 모두 5.0% 미만으로 총 34개 속이 분석되었으며, 화장실에서는 unknown(14.0%), Stenotrophomonas(13.9%), Acinetobacter(9.5%), Naxibacter(8.6%) 및 Alicyclobacillus (7.9%)의 순이었고, 및 나머지는 모두 5.0% 미만으로 총 25개 속이 분석되었다(Table 1). 특히 Klebsiella와 Brevundimonas 속은 거실에서 높게 분석되었으며, Naxibacter, unknown 및 Stenotrophomonas속은 화장실에서 높게 분석되었다.
3%)]에서 모두 그람 양성세균이 높은 비율로 분석되었다. 그러나 주거 환경에서는 미 동정[거실(6.9%), 화장실 (14.0%)]을 제외하고, 거실[그람양성 세균(19.7%), 그람음성 세균(73.3%)]과 화장실[그람양성 세균(13.7%), 그람음성 세균(71.0%)]에서 모두 그람음성 세균이 높은 비율로 나타났다. Lee 등(2015)에 의하면, 실외 환경 유형에 대한 배양성 세균 분석 시 그람 양성인 Bacillus spp.
또한 genus-level의 분석 결과 거실과 화장실에서 모두 Methylobacterium속이 각각 25.0% 및 21.3%로 우점하였다. 거실에서는 Acinetobacter(11.
세균 다양성에 대한 pylum-level 분석 결과 거실(77.8%)과 화장실(72.8%) 모두 Proteobacteria 문이 우점하였으나, 거실은 Firmicutes(17.8%), Actinobacteria(3.2%), Cyanobacteria (0.6%) 및 Bacteroidetes문(0.5%)로 나타났으며, 화장실은 Firmicutes(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%) 및 Planctomycetes문(0.2%)의 순으로 나타났다(Fig. 1).
후속연구
본 연구에서 사용한 파이로시퀀싱은 배양이라는 특수한 조건을 주지 않고 직접적으로 그 공간에 존재하는 미생물에 대한 다양성을 설명하기에 적합한 방법이지만, 국립환경과학원 실내환경 부유 미생물에 관련된 고시 등에서 필요한 배양성 미생물 수를 설명할 수는 없었다. 또한 실질적으로 살아있는 세포인가에 대한 유무를 설명을 할 수 없는 분자생물학적 방법의 한계가 존재하므로, 장단점을 이용한 연구전략이 필요할 것으로 사료된다.
본 연구에서는 주거 환경 중 거실과 화장실을 대상으로 분자생물학적 세균 다양성을 비교하였다. 이번 연구는 실내 공간 중 미생물에 대한 분석 방법적인 측면 및 연구 결과는 일반 주거환경 중 세균 다양성에 대한 기초자료로 활용될 수 있을 것이라고 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
실내 환경의 공기 특성은 무엇인가?
최근 실내 공간에서 생활하는 시간이 늘어남에 따라 실내 공기 중 존재하는 미생물에 대한 공중보건학적 관심도 함께 증가하고 있다[4]. 실내 환경은 실외에 비해 공기의 순환이제한적이고 자외선에 대한 노출이 적어서 공기 중에 존재하는 미생물이 상대적으로 장기간 생존 할 수 있는 특징이 있 으며[12], 이들은 대부분 미세입자나 수증기에 부착된 상태인 바이오에어로졸 형태로 존재한다[16]. 바이오에어로졸 중 미생물은 인체 면역기능 저하 및 각종 호흡기 질환의 원인으로 작용하는 등 대부분 부정적 측면이 보고됨에 따라[2−6, 15, 20], 병원 환경, 요양 시설, 지하철 역사 및 학교 등 다중이용시설을 중심으로 연구가 수행되어 왔으나[1, 9, 12−14], 주거 환경에 대한 연구는 미흡한 실정이다.
파이로시퀀싱 방법은 어떤 조건에서 적합한가?
한편, Moon 등(2012)에 의하면 거실에 비해 화장실에서 상대적으로 높은 농도의 세균 수가 측정된 바 있다[18]. 본 연구에서 사용한 파이로시퀀싱은 배양이라는 특수한 조건을 주지 않고 직접적으로 그 공간에 존재하는 미생물에 대한 다양성을 설명하기에 적합한 방법이지만, 국립환경과학원 실내환경 부유 미생물에 관련된 고시 등에서 필요한 배양성 미생물 수를 설명할 수는 없었다. 또한 실질적으로 살아있는 세포인가에 대한 유무를 설명을 할 수 없는 분자생물학적 방법의 한계가 존재하므로, 장단점을 이용한 연구전략이 필요할 것으로 사료된다.
바이오에어로졸 중 미생물에 대한 연구에 충돌법을 대체하기 위해 사용되는 방법들은 무엇이고 그 특성은 무엇인가?
또한 물이나 토양과 같은 매질에 비해 공기 중 미생물은 안정적인 상태를 유지하지 않고 시간 및 공간적 변화의 폭이 크므로[11], 일시적으로 채취한 충돌법으로 분석한 미생물 모니터링은 한계가 있다. 이러한 방법을 해결하기 위하여 필터를 활용하여 시료를 포집하고, 핵산을 추출한 후 cloning, denaturing gradient gel electrophoresis 또는 terminal-restriction fragment length polymorphism 등의 분석 방법이 적용되었으며[8], 최근에는 파이로시퀀싱 분석 법이 많이 활용되고 있으나[21, 24], 주거 환경을 대상으로한 보고는 매우 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는, 파이로시퀀싱 분석법을 활용하여 주거 환경 중 생활 빈도가 높은 거실과 상대적으로 특이적 환경인 화장실을 선정하여 공기 중 세균의 다양성을 분석하였다.
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