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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.17 No.3 pp.295-302
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2018.17.3.295

Concentration and diversity of airborne fungi in the air of asthma patient houses in spring season

Geum Ran Ahn1, Susan Kim1, Jung-Eun Lee3, Sung-Roul Kim3, Seong Hwan Kim1,2*
1Department of Microbiology, Dankook University, Korea
2Institute of Biodiverstiy, Dankook University, Korea
3Department of Environmental Health Science, College of Natural Sciences, Soonchunhyang University, Korea
Corresponding author Tel : +82-41-550-3454 E-mail : piceae@dankook.ac.kr
22/09/2018 28/09/2018 29/09/2018

Abstract


Asthma is one of the chronic airway diseases that manifests as dyspnea and cough, and is affected by genetics, obesity, stress, air pollution, and allergens. To obtain basic information on the fungal concentration and diversity in the indoor air of asthma patients' houses in the spring season, indoor air samples were collected from 9 houses located in Seoul and its surrounding cities. The samples were collected in March and April of 2017 using an impaction method. The average airborne fungal concentration was 143 CFU/m3 in living rooms and 142 CFU/m3 in inner rooms. A total of 59 strains were isolated and identified as 5 genera and 33 species. Cladosporium, Penicillium, and Aspergillus represented the major fungal groups. Twenty-four species were found in March and 15 species were found in April. Of these observations, 6 species were commonly found. There were pathogenic species that cause aspergillosis, osteomyelitis, onychomycosis, phaeohyphomycosis, penicilliosis, zygomycosis, and pneumonia. Cladosporium crousii, Penicillium maximae, and Aspergillus protuberus, which causes vaginitis, were identified as unrecorded fungi in Korea. This is the first domestic study on the concentration and diversity of airborne fungi in the indoor air of asthma patients’ houses.



봄철 천식환자 가정집의 실내 부유진균 농도 및 다양성 조사

안 금란1, 김 수산1, 이 정은3, 김 성렬3, 김 성환1,2*
1단국대학교 자연과학대학 미생물학과
2생물다양성연구소
3순천향대학교 환경보건학과

초록


    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    최근 우리의 생활이 서구화 변화하면서 아토피, 천 식 등 알레르기 질환의 발병률이 급격하게 증가하고 있다. 이 중 천식은 만성기도질환 중 흔한 질병 중 하 나로 기침, 호흡곤란 등과 같이 호기 중 가역적인 기류 억제와 함께 나타나는 것이 특징이다(KAAACI et al., 2015). 이러한 천식의 발생에는 다양한 원인이 존재하 는데 크게 숙주인자와 환경인자로 분류된다. 숙주인자 로는 유전, 비만, 성별이 있으며 환경인자로는 알레르 겐, 바이러스감염, 직업성 자극물질, 실외 또는 실내 대 기오염, 식품, 스트레스 등이 있다. 이 중 알레르겐에 대 한 노출은 천식의 증상을 증가시키는 역할을 하며 집먼 지진드기, 동물, 진균, 꽃가루 등이 알레르기 반응을 증 가시킨다(KAAACI et al, 2015; Cho, 2012; Park, 2018).

    진균은 생활환경에 존재하는 대표적인 생물학적 유 해인자로 알려져 있다. 실내 공기중에 부유하여 인체에 진균증 같은 질병(Bush et al, 2006) 일으키고 실내에 정착하여 군집을 이루면 mVOC (microbial volatile organic compounds)를 발산하여 두통과 불쾌감을 유발 시킨다(KOSIE, 2014). 가구와 벽지 등에 서식하면 변 색을 일으켜 미관 피해를 주기도 한다. 중국 북방지역 거주 천식환자들에 대한 코호트 연구에 따르면 천식과 진균에 대한 민감도는 양의 상관으로 존재 하였다 (Yanliang et al., 2015). 특히 병원에 자주 입원해야 하 는 천식이 심한 환자들의 경우 일반적으로 진균에 민 감하다(O'Driscoll et al, 2005). 이렇듯 실내의 진균은 인체 및 우리 생활환경에 복합적으로 영향을 주고 있 다. 특히 실내 공기 오염원으로서 진균의 중요성이 인 지됨에 따라 2018년부터 진균은 병원, 어린이 보육시 설, 산후조리원, 노인요양시설 등의 민감군 시설에서 그 농도를 500 CFU/m3 이하 수준으로 관리하도록 국 내 실내공기질관리법은 규정하고 있다.

    사계절 중 봄철은 기온 상승과 더불어 봄 바람에 꽃 가루와 진균 포자가 공기중에 부유하는 계절이다. 이러 한 연유로 천식이 있는 사람들은 외부 출입을 자제 하 도록 권고 된다. 그러나 실내환경에서 이러한 오염원이 얼마나 존재하는지에 대한 정보가 국내에 없어 권고할 근거가 부족한 실정이다. 이에 따라 본 연구에서는 봄 철 천식환자 거주 가정의 부유진균에 대한 기초 정보 를 얻고자 실내 공기 중에 존재하는 부유 진균의 농도 및 다양성을 조사하였다.

    2. 연구 방법

    2.1 공기 시료 포집 및 진균 순수분리

    2017년 3월 인천, 시흥, 부천, 광명에 있는 천식환자 가정집 6곳과 4월 용인, 시흥, 김포에 있는 천식환자 가정집 3곳을 방문하여 거실, 방 그리고 실외에서 공기 를 각각 포집 하였다. 실내에서의 포집은 공간 한 가운 데 지점에서 진행하였다(Fig. 1). 공기포집은 ISO 16000-18에 기반한 충돌법으로 진행하였고 포집기 (KAS-110, Kemik Corporation, Seongnam, Korea) 높 이는 1.0~1.3 m 높이에서 수평을 맞추어 유량 28.8 ml/ l로 3분간 포집을 3회 반복 수행하였다(Ahn et al., 2016a; Ahn et al., 2016b; Ahn et al., 2017; ISO, 2011). 공기포집에 사용한 배양배지는 dichloran glycerol agar (DG-18 agar, MBcell, USA)를 사용하였다. 동시에 실내환경을 이해하기 위해 온·습도계(Testo 410-2, Testo AG, Germany)를 이용하여 각 포집 위치 에서 온도와 습도를 측정하였다. 공기를 포집한 배지는 30°C 배양기에서 7일간 배양한 후 자라난 진균의 균총 을 계수를 하여 농도를 계산하였다. 그 후 진균의 종 동정을 위해서 단포자 분리를 수행하고 같은 배양배지 인 DG-18 agar에 순수 분리를 하였다.

    2.2 형태학적 및 분자생물학적 동정

    순수 분리되어 배양된 진균에 대해 형태학적 특성인 균총 형태, 색, 생육 정도 등은 육안으로 관찰하였으며 균사와 포자 등 미세구조는 광학현미경과 전자현미경 (ZEISS Sigma-500; ZEISS, Germany)을 이용하여 관 찰하였다. 순수 분리된 진균의 분자유전학적 특징을 알 아보기 위해서는 drilling 방법에 따라 진균 균사 세포 를 파쇄하고 Qiagen 사의 Plant DNA Purification kit (Germany)를 사용하여 genomic DNA를 추출하였다 (Kim et al., 1999). 추출된 DNA로부터 ITS1 (5'- TCCGTAGGTGAACCTGCG-3’) / ITS4 (5'-TCCTCCGCTTATTGATATGC- 3’) (White et al., 1990), NS1 (5’-GTAGTCATATGCTTGTCTC-3’) / NS8 (5'-TCCGCAGGTTCACCTACGGA- 3') (White et al., 1990), TEF728 (5’-CATCGAGAAGTTCGAGAAGG-3’) / TEF1 (5’-GCCATCCTTGGAGATACCAGC-3’) (Evidente et al., 2008), BT12 (5'-GTTGTCAATGCAGAAGGTCTC- 3’) / T10 (5'-ACGATAGGTTCACCTCCAGAC-3')(Kim et al., 1999), cmd5 (5’-CCGAGTACAAGGAGGCCTTC- 3’) / cmd6 (5’-CCGATAGAGGTCATAACGTGG-3')(Hong et al., 2006) 등의 프라이머를 이용하여 ITS (internal transcribed spacer) rDNA region, TEF (translation elongation factor 1-alpha) gene, β-tubulin gene, 18S rDNA, 28S rDNA, Calmodulin gene 등을 각각 중합효 소연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR)으로 증폭 하였다. 각각 증폭된 DNA 산물은 전기영동을 수행하 여 밴드의 크기를 확인한 후 High Pure PCR Product Purification Kit (Roche, Indianapolis, IN, USA)를 사 용하여 정제하고 마크로젠사(Seoul, Korea)에 의뢰하여 DNA 염기서열을 분석하였다. 분석된 염기서열은 분자 동정을 위해 우선 진균의 바코드로 사용되는 염기서열 을 미국 National Center for Biotechnology Information (http://www.ncbi.nlm.nih.gov)의 웹에 있는 BLAST 프로 그램을 사용하여 DNA 데이터베이스에 등록되어 있는 진균들과 상동성을 비교하여 분자적 동정을 수행하였다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1 온도 및 습도

    2017년 3월과 4월에 조사한 천식환자 가정집 9곳을 방문하여 거실, 방 그리고 실외에서 온도, 습도, 부유진 균 측정 농도 결과는 Table 1과 같다. 거실 평균 온도 는 17.9°C, 방 평균 온도는 19.5°C, 외기의 평균 온도 는 18.3°C 이었다. 실내 평균 습도는 거실 50.6%, 방 42.1%, 외기 40.4% 이었다. 이는 환자 가정의 실내가 쾌적한 온도와 습도를 가지고 있음을 보여주었다. 실내 의 평균 부유진균 농도는 거실 143 CFU/m3, 방 142 CFU/m3 로서 외기 평균 부유진균 농도 264 CFU/ m3 보다 낮았다. 습도의 경우 천식환자 가정집 거실과 방의 차이가 8% 이상 차이를 보였지만 평균 부유진균 농도는 차이가 없는 것으로 확인되었다. 거실의 경우 외기 보다 습도가 10% 더 높았지만 부유진균 농도는 외기보다 더 낮게 존재하였다. 이는 환자가 있기 때문 에 청소, 환기, 공기청정기 사용 등 실내 환경의 위생 관리가 잘 되어 나타난 결과로 사료된다. 더불어 조사 된 날 봄 철의 실내 외 부유진균 농도는 국내 실내공기 질 관리 기준 500 CFU/m3 이하로서 존재하였다. 그러 나 이러한 기준은 정상적인 일반 성인의 경우는 안전한 수준으로 볼 수 있지만 천식 환자의 경우는 어떠한 농 도 수준이 자극을 유발하여 인체에 영향을 줄 수 있는 지에 대해서는 아직 자료가 부족한 실정이다. 캐나다의 사무실 빌딩의 진균 가이드라인에 따르면 150 CFU/m3 이하의 경우 여러 종이 섞여 있는 환경이라면 인체에 영향이 없을 것으로 제시되었다(Miller et al., 1988). 따라서 양적 측정만으로는 이러한 가이드라인에 따라 오염도를 판단하기는 어려운바 종 동정이 수반되어야 함을 알 수 있다. 이에 따라 3.2에서 종 동정을 수행 하였다.

    3.2 형태학적 및 분자생물학적 종 동정 결과

    천식환자 가정집 9가구에서 총 59균주를 순수분리 하였다. 3월의 천식환자 가정집에서는 40균주가 순수 분리 되었으며, 4월의 천식환자 가정집에서는 19균주 가 순수분리 되었다. 순수 분리한 진균을 분자생물학적 으로 동정한 결과는 Table 2와 같다. 3월의 천식환자 가정집에서 분리·동정된 진균은 5속 24종이었으며, 4 월의 천식환자 가정집에서 분리·동정된 진균은 3속 15종이었다. 3월이 4월 보다 종 다양성이 더 높았다. 공 통으로 존재하는 종은 단지 6 종이었다. 3월과 4월에 분 리·동정된 속은 대체로 Aspergillus spp., Cladosporium spp., Penicillium spp. 이었다. 이 진균 속들은 기존에 보고된 논문에서도 실내에서 많이 보고된 속들이다. 천 식환자 가정집에서 분리·동정된 진균의 특성은 Table 3과 같다. 3월과 4월에 분리·동정된 진균은 총 5속 33 종이었고 이 중 4속 12종 [Aspergillus속의 A. flavus, A. fumigatus, A. niger, A. ochraceus, A. protuberus, A. tubingensis, A. versicolor, Penicillium속의 P. chrysogenum, P. citrinum, P. expansum, Cladosporium속과 Rhizomucor속은 각각 1 종 C. Cladosporium와 R. variabilis] 은 진균성 폐 감염, 골수염, 피부감염, 알레르기 유발, 균독 소 생성 등 인체에 위해성이 있는 진균으로 알려졌다. 그리고 질염을 일으키는 Aspergillusprotuberus와 더불 어 Cladosporiumcrousii, Penicilliummaximae 등은 아직 국내에 보고되지 않은 미기록 진균임을 확인하였다. 이에 따라 이들 3종의 진균 생체는 국립생물자원관에 기탁하 였으며 Cladosporiumcrousii는 NIBRFGC000499885, Penicilliummaximae는 NIBRFGC000499930, Aspergillusprotuberus는 NIBRFGC000499431의 기탁번호를 발급받 았다. 이들의 분류학적 특성은 다음 3.3과 같다. 이 같은 결과는 비록 진균 농도가 정부의 권고 기준 보다 상당 히 낮지만 인체에 감염 할 수 있고 알레르기를 유발 할 수 있는 진균이 존재함을 보여준다. 따라서 실내공기 오염은 정량적 측면에서뿐만 아니라 정성적인 면에서 도 관리가 이루어져야 환자의 건강 관리에 도움이 될 것 이라고 사료된다.

    3.3 미기록 진균

    총 3종의 국내 미기록 진균들은 2017년 4월 김포에 위 치한 천식환자 가정집에서 분리·동정되었다. Cladosporiumcrousii 균주는 25°C PDA 배양배지에서 7일간 배 양하였을 때 균사체가 연한 녹색에서 짙은 녹색으로 환을 그리며 생장하였다(Fig. 2A). 전자현미경으로 관 찰한 결과 곤봉형의 포자(2~2.5 × 4-5.5 μm)가 체인형 으로 생장하였다(Fig. 2B). Aspergillusprotuberus 균주 는 25°C PDA 배양배지에서 7일간 배양하였을 때 균 사체 중앙의 올리브색 또는 녹색의 균사가 흰색으로 생 장하였다(Fig. 2E). 전자현미경으로 관찰한 결과 분생자 경 위에 구형의 분생포자(1~1.5 × 1~1.5 μm)가 체인으 로 생장하였다(Fig. 2F). Penicilliummaximae 균주는 25°C PDA 배양배지에서 7일간 배양하였을 때 오렌지 색 균사 위에 짙은 녹색 또는 녹회색의 포자가 형성되 었다(Fig. 2C). 전자현미경으로 관찰하였을 때 6~7개의 곤봉형의 분생자경이 존재하고 그 위에 5~30개의 구형 의 분생포자(1~1.5 × 1-1.5 μm)가 관찰되었다(Fig. 2D). 향 후 천식과 관련해서 이들 미기록 종에 대한 특성 조 사 연구가 요구된다.

    4. 결 론

    봄철 천식환자 가정집 9곳에서 실내 공기를 포집하 여 부유진균의 농도 및 다양성을 조사하였다. 조사된 천식환자 가정집의 평균 부유진균 농도는 거실 143 CFU/m3, 방 142 CFU/m3 이었으며 외기보다 낮았 다. 이는 다중이용시설 실내공기질 기준법의 권고기준 기준치 500 CFU/m3를 초과하지 않았음을 보여준다. 총 59균주를 분리하였으며 5속 33종으로 동정하였다. 이 중 병원균으로서 인체에 위해성을 가지고 있는 진 균은 4속 12종이었다. 동정된 종 중 Cladosporiumcrousii, Penicilliummaximae, Aspergillusprotuberus는 국내에 보고되지 않은 미기록 진균 종으로 확인하였다. 이 중 A. protuberus는 국외에서 인체에 질병을 유발시 키는 균으로 알려진 진균이다. 이상의 결과는 천식환자 가정에서 진균의 관리는 정량적 수준에서뿐만 아니라 유해종을 파악하여 관리하는 정성적인 수준에서도 이 루어져야 함을 제시한다. 본 연구는 봄철 천식환자 가 정집에 존재하는 실내 공기 중 부유진균의 농도 및 다 양성에 대한 최초의 연구이다.

    감사의 글

    본 연구는 환경부 생활공감 환경보건기술개발사업 (2016001360002)과 국립생물자원관의 자생생물 조사 발굴 연구 사업에서 지원을 받아 수행됨.

    Figure

    JOIE-17-295_F1.gif

    sampling in the asthma patient houses.

    JOIE-17-295_F2.gif

    Colony morphology and scanning electron microscope images of three unrecorded fungal species isolated from an asthma patient house in Korea.

    Colony morphology on PDA, 25°C, 7 days: A (Cladosporiumcrousii), C (Penicilliummaximae), E (Aspergillusprotuberus), Image of scanning electron microscope: B (Cladosporiumcrousii), D (Penicilliummaximae), F (Aspergillusprotuberus). Red scale = 2 μm, white scale = 10 μm.

    Table

    Temperature, humidity, and fungal concentration in the asthma patients' houses investigated in this study

    List of the fungal species isolated from indoor air of the asthma patients houses in this study

    Properties of the fungal species identified from indoor air of the asthma patients houses

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