[논문]코로나 방전 플라즈마 처리수에 의한 어류 병원체 소독 효과

유진호; 이지현; 문성희; 권세련; 박태섭; 권준영

doi:10.7847/jfp.2020.33.1.063

코로나 방전 플라즈마 처리수에 의한 어류 병원체 소독 효과
Disinfection effect of corona discharged plasma water on fish pathogens 원문보기

韓國魚病學會誌= Journal of fish pathology, v.33 no.1, 2020년, pp.63 - 69

유진호 (선문대학교 수산생명의학과) , 이지현 (선문대학교 수산생명의학과) , 문성희 (선문대학교 수산생명의학과) , 권세련 (선문대학교 수산생명의학과) , 박태섭 ((주)진진이앤티) , 권준영 (선문대학교 수산생명의학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Fish culture is constantly threatened by various infectious diseases which are largely transmitted by water. Plasma technology is being used to sterilize polluted water in many industries. In this study, two bacterial pathogens Aeromonas salmonicida and Streptococcus iniae, and a virus (viral hemorrhagic septicemia virus, VHSV) were subjected to plasma water that was produced by a corona discharge system. Growth of A. salmonicida was greatly inhibited from 105.61 CFU/ml in positive control to 103.51 CFU/ml in treated group by only 60 sec contact with plasma water. Similarly, S. iniae was inhibited from 105.85 CFU/ml to 103.40 CFU/ml. VHSV titer also decreased from 104.1 TCID50/ml to 101.45 TCID50/ml by the same treatment. Activation of water by the plasma was confirmed by the existence of ozone in the plasma water. These results suggest that plasma water could efficiently disinfect fish pathogens, possibly by the action of reactive oxygen species contained in the plasma water.

주제어

표/그림 (4)

그림 Fig. 1. Schematic diagram for the production of plasma water by a corona discharge system.
그림 Fig. 2. Disinfection of pathogenic bacteria by treatment with plasma water.
그림 Fig. 3. Difference of bacterial growth (Aeromonas salmonicida and Streptococcus iniae) in log number of colony forming unit (CFU) between No PW (■, not treated with plasma water) and PW (□, treated with plama water).
그림 Fig. 4. Difference of infectivity titers of viral hemorrhagic septicemia virus (VHSV) between No PW (■, not treated with plasma water) and PW (□, treated with plama water).

AI 본문요약
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문제 정의

, 2009). 본 연구에서는 어류 병원성 세균 2종(A. salmonicida, S. iniae) 및 바이러스 1종(VHSV)에 대한 플라즈마 처리수의 소독 효과를 평가하였다.

제안 방법

5% (v/v) fetal bovine serum (FBS)과 1% (v/v) antibiotic-antimycotic agent가 첨가된 minimum essential medium (MEM)을 이용하여 epithelioma pap- ulosum cyprini (EPC) 세포를 20℃에 배양하였다. VHSV (KJ2008 분리주, Kim et al.
이후 27℃에서 24시간 배양하고, 콜로니를 계수하여 CFU (colony forming unit)로 계산하였다. S. iniae (108 CFU/ml)도 동일한 방법으로 실험을 진행하였으며, 배지의 종류만 BHIA (brain heart infusion agar)배지로 바꾸어 접종하였다.
5% (v/v) fetal bovine serum (FBS)과 1% (v/v) antibiotic-antimycotic agent가 첨가된 minimum essential medium (MEM)을 이용하여 epithelioma pap- ulosum cyprini (EPC) 세포를 20℃에 배양하였다. VHSV (KJ2008 분리주, Kim et al., 2016)를 EPC에 접종하여 15℃에서 3~5일 배양 후 세포변성효과 (cytopathic effect, CPE)를 확인하였다. 배양액을3,000 ×g에서 15분 동안 원심 분리 후 상층액을 수거하고 -80℃에 보관하였다.
, 2015). 본 연구에서는 대표적 ROS의 하나인 오존의 농도를 모니터링하였고, 플라즈마 처리수가 세균과 접촉하는 시간 동안(60초), 처리수 내 오존 농도는 0.1 ~ 1mg/l 사이였다. 오존의 살균 효과는 이미 오래전 보고된 바 있는데, 오존 농도 0.
salmonicida (10⁸ CFU/ml) 10 ml를 넣은 수돗물 1 L를 투입한 다음 플라즈마 처리수 9 L를 이 수조에 직접 주입하였다. 실험 시 주입할 세균의 농도 및 배양조건 등은 일련의 최적화 실험을 통해 결정하였다. 양성대조군에는 플라즈마 처리수 대신 수돗물을 주입하였으며, 음성대조군에는 세균을 넣지 않았다.
배양액을3,000 ×g에서 15분 동안 원심 분리 후 상층액을 수거하고 -80℃에 보관하였다. 실험에 사용할 바이러스의 농도 및 배양 온도조건 등은 일련의 최적화 실험을 통해 결정하였다. 50% tissue culture infectious dose (TCID50) 방법으로 VHSV의 역가를 확인하였고, 최종적으로 얻어진 VHSV의 역가는 108 TCID50/ml였다.
채수한 샘플은 10단계 희석한 다음 96 well plate에 미리 배양해 둔 EPC 세포에 50 μl 씩 접종한 후 TCID50을 측정하였다.
코로나 방전식 플라즈마 발생장치(corona dis- charge system, 하이브리드형 전자식 플라즈마 발생장치, model FKC-10TH, 진진이앤티)를 사용하여 생산한 플라즈마 처리수의 어류 병원성 세균 및 바이러스에 대한 증식억제 능력을 평가하였다. 이 장치에 의한 플라즈마 처리수 생성과정은 Fig.
코로나 방전식 플라즈마 처리수를 A. salmonici- da와 S. iniae에 처리하여 증식억제 능력을 평가하였다. 그 결과 A.
4 g/h이었다. 플라즈마 처리수 내의 화학적 활성종 모두를 정량적으로 측정할 수 없어서, 본 연구에서는 오존 측정기(DOZ5500, Clean In, China)를 사용하여 오존 농도를 측정한 후 이 농도를 실험 시 기준으로 활용하였다.

대상 데이터

A. salmonicida와 S. iniae는 각각 1% NaCl이 포함 된 TSB (tryptic soy broth)와 1% NaCl이 포함된 BHIB (brain heart infusion broth)에서 48시간 동안 배양한 후(27℃) 10⁸ CFU/ml이 되도록 준비하였다. 소형실험수조(10 L)에 A.

데이터처리

본 실험 결과는 mean±SD로 나타내었고, 통계처리는 SPSS program ver.23을 이용하여 진행하였으며, one-way ANOVA와 Duncan's multiple range test 를 이용하여 p<0.05 수준에서 유의성을 검증하였다

성능/효과

실험에 사용할 바이러스의 농도 및 배양 온도조건 등은 일련의 최적화 실험을 통해 결정하였다. 50% tissue culture infectious dose (TCID50) 방법으로 VHSV의 역가를 확인하였고, 최종적으로 얻어진 VHSV의 역가는 108 TCID50/ml였다. 소형실험수조(10 L)에 VHSV를 5 ml를 넣은 수돗물 1 L를 투입한 다음 플라즈마 처리수 4 L를 이 수조에 직접 주입하였다.
결론적으로 본 연구에서는 플라즈마 처리수의 어류 병원체 A. salmonicida, S. iniae, VHSV에 대한 소독효과를 확인하였다. 양식장 사육수의 병원체 제거에 활용할 수 있을 것으로 예상되나, 플라즈마 처리수의 효과가 ROS를 통해 발휘되므로 ROS의 독성(Ritola et al.
iniae에 처리하여 증식억제 능력을 평가하였다. 그 결과 A. salmonicida 양성대조군은 10^5.61 CFU/ml이었던 반면 플라즈마 처리수를 주입한 실험군은 10^3.51 CFU/ml으로서 A. salmonicida에 대해 99.21%의 증식억제율을 보였다. 이와 비슷하게 S.
64%의 증식억제율을 보였다. 따라서 A. salmonicida와 S. iniae 모두에서 플라즈마 처리수에 의한 세균 소독 효과가 뚜렷이 확인되었다 (Fig. 2, Fig. 3). 음성대조군에서는 세균이 검출되지 않았다.
따라서 수산양식 분야에서 플라즈마 처리수를 “살균력이 있는 물”로 사용하기 보다는 ROS 제거 후 “살균이 완료된 물”로 활용하는 것이 더 적절할 수 있다.
45TCID50/ml 역가를 보였다. 따라서 실험군은 대조군과 비교하여 10^2.65TCID50/ml의 역가 차이가 나타났으며, 명백한 바이러스 불활성화 효과를 확인하였다(Fig. 4). 음성대조군에서는 세포변성효과(CPE)가 나타나지 않았 다.
이 처리수 안에는 오존, OH 라디칼, 과산화수소 등 다양한 ROS가 포함되어 있어 살균 및 소독효과를 가질 수 있다. 본 연구에서 사용한 플라즈마 발생장치의 산소주입량은 2~3 LPM이었으며, 플라즈마 발생량은 7.8~10.4 g/h이었다. 플라즈마 처리수 내의 화학적 활성종 모두를 정량적으로 측정할 수 없어서, 본 연구에서는 오존 측정기(DOZ5500, Clean In, China)를 사용하여 오존 농도를 측정한 후 이 농도를 실험 시 기준으로 활용하였다.
, 2012; Sharrer and Summerfelt, 2007). 본 연구에서 플라즈마 처리수에 60초 동안 접촉시켰을 때 살균력이 99.9% 보다 낮았던 것은 투입된 세균량이 많았고, 오존의 빠른 반감기로 인해 살균력이 감소된 것으로 추정된다. 또한 이 때문에 플라즈마 처리수와의 접촉시간을 60초 이상 3분, 5 분, 15분으로 늘려주어도 살균력이나 소독효과가 더 증가하지 않았다(data shown).
, 2018). 이상의 모든 실험에서 소독 효과는 여러 종류의 ROS와 관련되어 있었다
,1992). 플라즈마 수중방전 장치를 사용한 실험에서는 솔방울병 원인 병원체(Aeromonas hydrophila)를 관상어 사육수조에 투입하였을 때, 플라즈마 장치가 설치된 수조에서는 세균 투입 2일 만에 세균 98%가 제거되었고 대조구에 비해 관상어의 생존율도 유의하게 높았다(Lee et al., 2013a). 한편, 전기분해장치에서 발생한 mixed oxidant (MO)에 노출된 Streptococcus parauberis에 대한 살균효과도 확인되었다(Park et al.
플라즈마 처리수는 어류 병원성 세균 2종(A. sal- monicida, S. iniae) 및 바이러스 1종(VHSV)을 효과적으로 소독하였다. 플라즈마 처리수 내의 어떤 인자가 이러한 효과를 유도하였는지는 명확하지 않으나, 플라즈마 처리수에 포함되어 있는 ROS로부터 비롯되었을 가능성이 높다.
플라즈마 처리수를 VHSV에 처리하여 소독효과를 평가한 결과 VHSV 대조군은 10^4.1TCID50/ml 역가를 보였으며, 실험군은 10^1.45TCID50/ml 역가를 보였다. 따라서 실험군은 대조군과 비교하여 10^2.

후속연구

iniae, VHSV에 대한 소독효과를 확인하였다. 양식장 사육수의 병원체 제거에 활용할 수 있을 것으로 예상되나, 플라즈마 처리수의 효과가 ROS를 통해 발휘되므로 ROS의 독성(Ritola et al. 2002)과 물질적 불안정성을 고려하여 안전하고 효율적인 이용을 위한 추가 연구가 이루어져야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	잔류 소독제를 최소화할 수 있는 소독 방법은 어떤 것이 있는가?	이러한 이유로 병원체로 인한 질병 발생을 예방하고 수질 향상에 도움을 주기 위하여 다양한 소독 기술의 개발이 진행되고 있으며, 그 중 일부는 이미 양식장에서 이용되고 있다(OIE, 2009). 잔류 소독제를 최소화할 수 있는 소독 방법으로 대표적인 것은 UV light 또는 오존처리 등이 있으며, 최근 플라즈마 처리수(plasma water)를 이용한 사육수 소독도 제안되고 있다.
	사육수를 소독하는 일이 어류 질병 예방의 필수 요소인 이유는 무엇인가?	어류 양식장의 사육수는 수산생물 감염성 질병의 전파 경로 중 가장 큰 비중을 차지한다. 따라서 사육수를 소독하는 일은 어류 질병의 예방을 위한 필수 요소이다(OIE, 2009).
	플라즈마란 무엇인가?	플라즈마는 고체, 액체, 기체 어디에도 속하지 않는 제 4의 물질 상태로 불리며, 전자, 중성입자, 이온 등의 입자들로 나누어진 상태를 말한다. 수중 플라즈마 생성 공정은 저온 플라즈마(non-thermal plasma)에 속하는 코로나방전(corona discharge)이 나 유전체장벽방전(dielectric barrier discharge, DBD) 등의 플라즈마 발생 장치에 의해 이루어진다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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