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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.18 No.3 pp.236-243
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2019.18.3.236

Investigation of fungi in filters equipped in air cleaners in resident houses

Geum Ran Ahn1, Susan Kim1, Jung A Kang1, Seong Hwan Kim1,2*
1Department of Microbiology, Dankook University, Korea
2Institute of Biodiverstiy, Dankook University, Korea
Corresponding author Tel : +82-41-550-3454 E-mail : piceae@dankook.ac.kr
11/09/2019 11/09/2019 11/09/2019

Abstract


The use of air cleaners has become popular to quickly remove contaminants present in indoor air such as fine dust and fungi. However, fungal information is rarely available in the filters equipped in the air cleaners. This study was conducted in winter to examine fungal concentration and species in the air cleaner filters of ten residential houses located in Incheon, Seoul, Hwaseong, and Gimpo cities. Fungi were detected in nine out of eleven filters from the ten houses. The level of fungi in the filters ranged from 0 CFU/cm2 to 2,370 CFU/cm2. There were differences in the fungal concentration among the eleven filters. Filters from three houses revealed levels over 1,000 CFU/cm2. The operation time of air cleaners did not seem directly related to the level of fungal concentration. A total of 326 isolates were obtained and classified as six genera belonging to Alternaria, Aspergillus, Cladosporium, Fusarium, Penicillium, and Trichoderma. Among these six genera, 20 species including one Alternaria, one Aspergillus, three Cladosporium spp., two Fusarium spp., eleven Penicillium spp., and two Trichoderma were identified. There were species that cause allergic reaction, pneumoniae, mycosis, and plant disease. Three species were known species of mycotoxin producers. Aspergillus niger, Cladosporium cladosporioides, and Penicillium brevicompactum were the most frequently detected fungi both in the air and in the air cleaner filters. This is the first report of fungal communities present in the air cleaner filters of residential houses in Korea.



가정집 공기청정기 필터에 존재하는 진균의 농도 및 종 조사

안 금란1, 김 수산1, 강 정아1, 김 성환1,2*
1단국대학교 자연과학대학 미생물학과
2생물다양성연구소

초록


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

    1. 서 론

    최근 국내의 대기 환경은 미세먼지, 초미세먼지로 인하여 발생할 질병과 인체 위해성에 대한 우려가 커 지고 있다(Sin, 2007). 이들 오염물질은 일상생활에 있 어서 사람에게 많은 불편함을 느끼도록 하고 있다. 비 산하는 미세먼지는 다양한 물질들이 결합한 형태로 존 재하며 유기성 물질로서 꽃가루, 세균, 진균 등 미생물 을 포함하고 있다. 이들 대기 오염물질은 실외뿐 만 아 니라 실내에서도 문제가 되는 바 환경부의 실내공기질 관리법에 따라 관리를 하고 있는 실정이다. 최근 실내 오염물질로서 새로이 관리법에 들어간 유기성 오염물 질은 진균으로서 2018년부터 민감군 시설의 경우 500 CFU/m3 수준 이하로 관리하도록 권고되고 있다(ME, 2018). 진균이 인체에 미치는 영향은 병원균인 경우 호 흡기에 감염하여 폐렴을 유발하고 피부에 감염하여 피 부질환을 일으킨다(Dharmic et al., 2015;Tan 2005). 진균이 감염되어 나타나는 증상을 진균증(Mycosis)이 라 하며 인체 조직에 침투하여 국부 또는 전신감염 진 균증을 유발한다(Yun 2017). 특히 공기중에 부유하는 진균의 포자와 균사는 인체의 기도에 노출될 경우 재 채기, 기침, 천식, 알레르기 반응 등을 유발할 수 있다 (Zukiewicz-Sobczak 2013). 알레르기 반응 원인은 포자 와 균사에 있는 키틴, 글루칸 등의 세포벽 구성물질과 세포내 함유 알레르기 유발물질인 알러젠(allergen)의 존재 때문이다(Komi et al., 2018;Zhang et al., 2016).

    실내에서 미세먼지, 진균 등 실내 공기중에 존재하 는 오염원을 속히 제거하는 빠른 방법으로서 실내 공 기에 존재하는 부유 입자를 포집하여 공기를 청정화 하는 공기청정기를 사용하고 있다. 해외연구 사례를 보 면 공기청정기에 사용되는 HEPA filter를 아토피와 천 식환자 가정집에서 15주 동안 사용하였을 때 진균의 농도는 70%, 공기 중 부유물질 농도는 30% 감소되었 다(Cheong et al., 2001). 공기청정기 속에 있는 HEPA filter 등을 이용한 공기여과는 호흡기 환자들뿐만 아니 라 가정의 난방, 환기, 실내공간의 청정 등에도 중요한 역할을 한다고 보고되었다(Sublett, 2011). 그러나 국내 의 가정집에서 보고된 논문들은 아직까지 집 안의 미 세먼지(Kim et al., 2018), mVOC (Kim et al., 2017), 부 유미생물(Ahn et al., 2018a;Ahn et al., 2018b;Ahn et al., 2017) 등으로 공기에 대한 연구가 대다수를 이루고 있다. 그러나 실제 공기청정기를 사용하는 가정에서 실 내 공기중에 진균의 오염도가 어떤 지에 대한 조사 자 료는 매우 부족한 실정이다(Kim et al., 2014). 진균은 계절에 따라 온도, 습도, 유기물, 풍량 등 환경의 물리 적 요인이 변하면서 실내주택에서 농도와 종의 분포가 달라질 수 있다. 특히 겨울철은 외기의 온도가 낮고 실 내의 온도 유지를 위해서 환기를 자주하지 않는 경우 가 많아 환기불량이 되기 쉽다. 또한 외기와 내기의 온 도 차가 크면 집안의 창이나 벽에 응축 현상이 일어나 결로가 발생하면서 진균이 발생하기 쉬운 환경이 된다. 이에 따라 본 연구팀은 앞서 연구에서 겨울철 공기청 정기를 사용한 가정집에서 실내 공기중 진균의 오염도 가 어떠한지 그리고 어느 종이 존재하는지 기초자료를 조사하였다(Ahn et al., 2019). 본 연구는 후속으로 앞 서 조사하였던 가정집에서 사용하던 공기청정기 필터 를 수집하여 진균 농도 및 다양성을 알아보고자 연구 를 수행하였다.

    2. 연구방법

    2.1 공기청정기 필터 시료 채집 및 진균 순수분리

    선행 연구를 위해 2017년 12월 인천, 시흥, 김포, 서 울 등의 지역에 거주하는 공기청정기 사용 가정집 10 곳을 방문하여 사용하는 공기청정기 11대로부터 내부 에 장착된 필터 11개를 지퍼팩에 밀봉하여 수거하였다 (Ahn et al., 2019). 수거한 공기청정기 필터 모두 필터 한 개 당 9개 부분으로 구획하고 한 구획당 1 × 1 cm 크기로 총 9개 부분을 자른 후(Fig. 1), 각각 멸균된 증 류수 20 ml이 들어있는 튜브에 넣고 10분간 균일하게 섞어주었다(Kim et al., 2014). 균일하게 섞은 공기청정 기 필터액을 배양배지(Potato dextrose agar; PDA)당 100 μl씩 3반복으로 도말평판법을 이용하여 고르게 도 말 후 밀봉하여 25°C에서 7일간 배양 후 자라난 균총 을 콜로니카운터로 계수하였다. 형태적으로 다른 균총 은 새로운 배양배지에 옮겨서 순수 분리하였다.

    2.2 형태학적 및 분자생물학적 동정

    순수 분리되어 배양된 진균의 형태학적 및 분자생물 학적 동정을 하기 위하여 선행 연구(Ahn et al., 2019) 와 같은 방법으로 형태학적 특성인 순수 분리된 진균 의 균총 모양과 색, 생육 정도 등을 직접 관찰하였으며 진균의 균사, 포자와 같은 미세구조는 광학현미경을 이 용하여 관찰하였다. 1999년 발표된 Kim의 논문을 참 고하여 drilling방법을 사용하여 순수 분리된 진균 균사 의 세포벽을 파쇄하고 Qiagen 사의 Plant DNA Purification kit (Germany)를 사용하여 genomic DNA를 추 출하였다. 추출된 DNA로부터 특이 프라이머를 이용하 여 ITS (internal transcribed spacer) rDNA region (White et al., 1990), TEF (translation elongation factor 1-alpha) gene (Evidente et al., 2008), β-tubulin gene (Yun et al., 2009), 18S rDNA (Yun et al., 2009), 28S rDNA (White et al., 1990), Calmodulin gene (Hong et al., 2006) 등을 각각 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR)으로 증폭하였다. 증폭된 DNA산물의 밴드 크기 를 확인 후 High Pure PCR Product Purification Kit (Roche, Indianapolis, IN, USA)를 사용하여 정제하였 다. 그 후 마크로젠사(Seoul, Korea)에 의뢰하여 DNA 염기서열을 분석 후, 분석된 염기서열은 동정을 위해 미국NCBI (National Center for Biotechnology Information) 의 웹 사이트에 등록되어 있는 진균 정보를 BLAST 프로그램을 사용하여 상동성을 비교하여 분자 적 동정을 수행하였다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1 공기청정기 필터의 진균 농도

    겨울철 수거한 총 11곳의 가정집 공기청정기 필터에 서 얻어진 진균 농도 측정 결과는 Table 1과 같다. 진 균 농도는 조사 측정한 필터면적당 배양된 진균의 균 총을 계수하여 농도를 계산하였다. 필터에서 조사된 진 균 농도는 최소 0 CFU/cm2에서 최대 2,370 CFU/cm2로 넓은 범위로 분포하였다. 조사된 10채 주택 중 겨울철 에 공기청정기를 24시간 계속해서 가동하고 있는 주택 은 7채 이었으며 이중 필터에 진균이 100 CFU/cm2 이 하인 주택은 3채, 100이상 500 CFU/cm2 이하인 주택 3채, 1000 CFU/cm2 이상인 주택은 2채 이었다. 하루 2 시간 정도 가동한 2채의 주택 중 한곳은 500 CFU/cm2 이하 이었고 다른 한곳은 1000 CFU/cm2 이었다. 여름 철에만 가동하고 겨울철에는 가동하지 않은 주택 한곳 은 100 CFU/cm2 이하로 낮게 측정 되었다. 이상의 자 료는 우선 공통적으로 공기청정기 필터에 진균이 존재 하고 있음을 보여준다. 그리고 공기청정기를 24시간 가동하든 2시간 가동하든지 간에 진균의 농도차이가 달리 존재함을 보여준다. 즉 24시간 가동한다고 진균 의 농도가 반듯이 높은 것은 아니었다. 이는 아마도 공 기청정기의 사용 빈도 이외의 다른 요소들 온도, 습도, 방의 밀폐 정도, 환기 정도, 사람의 활동 등 다양한 요 소가 관여할 가능성이 있다. 특히 공기를 순환하여 청 정하면서 필터에 진균이 여과되기 때문에 공기중에 존 재하는 진균의 농도와 종류도 중요한 요소가 될 수 있 다. 이에 본 연구팀은 공기청정기 필터 시료를 수집하 면서 같은 날 공기시료를 채집하며 보고한 바 있다 (Ahn et al., 2019). 결과의 비교와 고찰을 편의성 있게 하고자 Table 1에 이전 보고에서 측정한 자료를 제시 하였다. B 가정의 경우 공기와 필터 모두 진균의 농도 가 매우 낮았다. 대체로 공기중 진균 농도가 낮으면 공 기청정기 필터의 진균 농도도 낮은 성향이 있었지만 반듯이 그런 것은 아니었다. D 가정과 H 가정 그리고 J 가정의 경우 공기중 진균 농도가 165 CFU/m3 이하로 측정되었지만 공기청정기 필터의 진균 농도는 2370, 1481, 1126 CFU/cm2로서 다른 가정에 비해 높게 측정 되었다. 향후 공기청정기 필터의 오염 관리를 위해서는 좀더 세밀한 연구 조사가 필요하며 나아가 필터의 교 체 시기를 평가하기 위해서도 좀 더 다각적인 자료 조 사가 필요하다고 사료된다.

    3.2 공기청정기 필터의 진균 다양성

    10곳 가정의 11개의 공기청정기필터로부터 순수 분 리된 진균의 균주는 326개였다. 균총 형태(Fig. 2)와 광 학현미경적 관찰에 의한 균사의 형태적 특성과 특이적 유전자 분석을 통해 최종 동정한 결과 Aspergillus, Cladosporium, Penicillium를 비롯하여 6가지 속(genus) 에 속하는 20종이 동정되었다. 총 11곳의 가정집에서 각각 동정된 진균 종 목록과 아려진 생물학적 특성 정 보를 Table 2에 제시하였다. 대체로 Penicillium 속에 속하는 종들이 다수 차지하였다. 인체 건강영향과 관련 하여서는 호흡기 알레르기, 폐렴을 유발하는 종인 Alternaria alternata, A. niger, Cladosporium cladosporioidesPenicillium brevicompactum를 비롯하여 P. citreonigrum, P. expansum 등 균독소(mycotoxin)를 분비 하는 종들이 존재하였다. 그 외 가정의 화분 등 식물에 병을 일으키는 식물병원균으로서 Cladosporium tenuissimum, Fusarium incarnatum, Fusarium proliferatum, Penicillium adametzioides, Penicillium olsonii, Penicillium polonicum 등이 검출되었다.

    한편 공기청정기 필터에서 분리 동정된 진균 종을 이전 연구에서 조사한 공기 중에서 분리 동정된 진균 종과 비교 함으로서 같은 집안의 환경에서 검출된 진 균 종의 다양성이 어떠한지 알아보았다(Table 3). Alternaria alternata 는 보통 흔한 공기 중 부유 진균인 데 겨울철 보사된 10채 주택 공기 중에서 검출되지 않 았고 공기청정기 필터의 경우 10채 주택 중 1채 주택 의 공기청정기 필터에서 검출되었다. Aspergillus flavus, Aspergillus fumigatus, Aspergillus ruber 등은 공기 중에서는 검출되었지만 10곳의 공기청정기 필터 어느 곳에서도 검출되지 않았다. 이는 공기에서 검출된 종들 이 대부분 측정 시점에 존재하고 그 이전에는 존재하 지 않았을 것으로 사료된다. 반면에 Cladosporium sphaerospermum, Fusarium incarnatum, F. proliferatum, Paecilomyces lilacinus, Penicillium crustosum, Trichoderma atroviride, T. harzianum 등은 10곳 주택 모두 공기 중에서는 검출이 안되었지만 공기청정기 필터에 서는 검출이 되었다. 이 경우는 측정 시점에는 존재하 지 않고 그 이전에 공기에 존재하다 공기청정기로 포 집 되었을 것으로 사료된다. 공기 중에서와 공기청정기 필터에서 모두 빈도 높게 검출되는 진균은 Aspergillus niger, Cladosporium cladosporioides, Penicillium brevicompactum 등 이었다. 이러한 검출 자료로 볼 때 비 록 겨울철이지만 공기와 필터에 진균이 존재하고 특히 이들 3개 종은 빈도 높게 공기와 필터에 존재함을 볼 때 대표적 진균으로서 공기를 통한 에어로졸 연구에 적합한 종으로서 판단된다.

    또한 빈도는 다르지만 공기 중에 존재하는 대부분의 종들이 공기청정기에서 필터에서 발견됨을 볼 때 공기 청정기를 사용함으로써 공기청정기 필터에 부유 진균 이 축적됨을 유추할 수 있었다. 특히 공기청정기 필터 의 진균 농도 및 다양성에 대한 결과는 공기청정기 사 용으로 실내 공기 중 부유 진균이 제거되고 있다는 것 을 과학적으로 보여주었다. 진균의 포자의 분해 산물은 유기성 먼지로 공기 중에 부유할 수 있다. 최근 미세먼 지로 인해 공기청정기 사용이 크게 늘고 있는 추세이 므로 향후 보다 확대된 조사를 통해 먼지와 연계된 미 세먼지로서의 진균 분석이 요구된다.

    Figure

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    Mimetic diagram of nine sampling spots of each eleven air cleaner filters of ten houses analyzed in this study. Numbers indicate the spot where the filter samples were taken.

    JOIE-18-3-236_F2.gif

    Colony morphology of fungi isolated from eleven air cleaner filters of ten houses in this study. The fungi were grown on DG-18 at 25°C for 7 days. 1: Alternaria alternata, 2: Aspergillus niger, 3: Cladosporium cladosporioides, 4: C. sphaerospermum, 5: C. tenuissimum, 6: Fusarium incarnatum, 7: F. proliferatum, 8: Paecilomyces lilacinus, 9: Penicillium adametzioides, 10: P. brevicompactum, 11: P. citreonigrum, 12: P. crustosum, 13: P. expansum, 14: P. fellutanum, 15: P. glabrum, 16: P. multicolor, 17: P. olsonii, 18: P. polonicum, 19: Trichoderma atroviride, 20: T. harzianum.

    Table

    Information on the houses sampled for indoor air and air cleaner filters and fungal concentration of air and air cleaner filter measured in previous and this study, respectively

    List of fungal species and their known properties which were isolated from air cleaner filters in this study

    List of fungal species isolated from indoor air in previous study and from air cleaner filters in this study in winter

    Reference

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