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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.21 No.1 pp.43-49
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2022.21.1.43

Fungal concentration and diversity in indoor air in winter for asthmatic patients

In Hee Jung1, Yee Eun Kim1, Alahmdi Alaa Aiad1, Geum Ran Ahn2, Seong Hwan Kim1*
1Department of Microbiology, Life Science Division, Dankook University, Korea
2Institute of Plasma Technology, Korea Institute of Fusion Energy, Korea
*Corresponding Author: Tel: +82-41-550-3454 E-mail: piceae@dankook.ac.kr
07/03/2022 11/03/2022

Abstract


Fungi have been known as an irritant or causal agent of asthma. Thus, information on their concentration and diversity in indoor air of asthmatic patient’s houses is valuable for the management of these micro-organisms. The present study was performed to investigate fungal concentration and diversity in indoor air of resident spaces in two adult patient’s houses in winter. Air samples were collected in February of 2018 from living rooms and bedrooms of two asthma patients’ houses located in two different places in Incheon city using an impaction method. The average concentrations of airborne fungi did not exceed the 500 CFU/m3 level which is recommended by the Enforcement Managements of the Indoor Air Quality, Ministry of Environment, Korea. A total of four genera and 23 species were identified based on morphological and molecular methods. Aspergillus and Penicillium were two major genera. Aspergillus pseudoglaucus and Penicillium citrinum were commonly found between the two patient’s houses. Among the identified fungi, three species, Aspergillus venenatus, Penicillium jamesonlandense, and Penicillium salami were found to be unrecorded species in Korea. The morphological and molecular characteristics of these three unrecorded species were described. Since these species produce spores well and a lot, they are considered to be a species that needs management. This study provides basic information on the fungi for indoor air quality management in the living spaces of asthma patients in winter in Korea.



겨울철 천식 환자 가정의 실내공기 중 부유진균의 농도 및 다양성

정인희1, 김예은1, 알라무디 알라 아이에드1, 안금란2, 김성환1*
1단국대학교 생명과학부 미생물학전공
2한국핵융합에너지연구원 플라스마기술연구소

초록


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

    1.서 론

    천식은 기관지의 만성적 알레르기 염증 반응이며 기관지가 수축되어 기침, 천명, 호흡곤란 등의 증상이 반복적, 발작적으로 일어나고 환경적, 유전적 요인의 상호작용에 의해 발생하게 된다. 또한 폐기능 저하, 기 관지 과민성 증가, 약물 사용 증가 등 사람에게 영향 을 끼친다(Koenig, 1999). 천식의 유병률은 한국을 포 함해 전세계적으로 증가하며, 천식의 악화는 삶의 질 을 떨어뜨리며 사회경제적 부담을 초래하며 현대에 들어 산업과 주거의 변화로 사람들이 직장, 가정, 학 교에 이르기까지 실내에 머무르는 시간이 증가하면 서 실내 공기오염이 천식의 발생과 경과에 어떠한 영 향을 주는지 이해하고 대처하는 것이 필요하다(Park et al., 2017). 유전적으로 알레르기를 가지고 있는 사 람이 알레르기 원인 물질에 노출되면 면역체계의 과 민반응을 일으켜 알레르기 질환을 발생시키게 된다. 이런 알레르기 유발 원인 물질의 예로는 집먼지 진드 기, 꽃가루, 곰팡이(진균), 벌레 등이 알려져 있다.

    진균은 공기중에 부유하여 기류를 타고 실외에서 실내로 유입면서 실내 공기중에 부유하거나 실내의 환경에 적응하여 번식하기 쉬운 특징을 가지고 있다. 또한 여러 질병의 근원이 되고 생물학적으로 유해하 다고 알려져 있다. 특히 실내공기 중에 진균의 포자 가 많이 부유하면 인체의 건강에 영향을 줄 수 있어 서 관리가 필요하다. 국내의 경우 환경부령 제918호 에서 실내공기질관리법을 규정하고 있으며 다중이용 시설 중 민감시설인 의료시설, 노인요양시설, 산후조 리원, 어린이 보육시설에 대해서는 부유진균을 오염 물질로 지정하여 관리하고 있다. 진균 오염물질 관리 는 총량적 측정을 통해 권고기준으로서 500 CFU/m3 를 적용하고 있다. 진균은 다양성이 큰데 실내공간에 서 부유하는 대표적 진균으로는 Alternaria, Aspergillus, Cladosporium, Penicillium 등이 알려져 있다(Denning et al., 2006). 일부 진균 종은 폐에 감염하여 페렴을 일 으키지만 일부 진균 종은 천식을 일으키거나 천식 증 상을 가중시킨다(Woolnough et al., 2017). 가정에서는 생활 공간이 되는 거실, 방, 부엌 등 많은 곳에 진균이 군집을 이룰 수 있다. 따라서 진균 포자가 기관지나 폐에 침입할 경우 가정에서도 천식을 유발시킬 수 있 다 이에 따라 천식 환자 가정의 경우 진균 농도와 더 불어 종에 대한 자료가 있으면 좀 더 환자에 대한 민 감성을 파악하고 적절한 노출 관리를 할 수 있을 것 으로 기대된다.

    본 연구팀은 천식 환자 가정의 공기질관리를 위한 진균자료를 얻기 위해서 2017년 전부터 천식 환자의 주택을 방문하여 실내 공기중의 진균 농도 측정과 종 분석을 수행하여 왔다. 그 결과 2017년 봄과 가을에 어 린이 천식환자와 성인 천식환자가 거주하는 주택의 실내 공기 중에 존재하는 부유진균에 대한 기초 정보 를 확보하였다(Ahn et al., 2018;Ahn et al., 2019). 아 직 국내에 알려지지 않은 병원성 진균 1종을 포함 4 종을 발굴하였다. 본 연구는 차가운 기온으로 인해 환 기가 잘 이루어지지 않는 겨울철에 대한 자료를 확보 하고자 겨울철에 천식환자 거주 주택의 부유진균의 농도 및 다양성 조사를 수행하였다.

    2. 연구방법

    2.1 공기 시료 포집 및 진균 순수분리

    2019년 2월 인천 송림동과 주안동, 총 성인 천식환 자 가정집 2가구를 방문하여 천식환자가 주로 생활 하는 공간인 거실과 침실 추가적으로 실외 공기를 포 집 하였다. 공기포집은 Fig. 1과 같이 진행하였다. 실 내공기 포집은 Anderson sampler (Al-Doory, 1970)로 사용하였고 포집기의 높이는 1 ~ 1.5 m에서 수평을 맞 추고 유량 28.8 L/min로 3분간 포집을 3회 반복하여 포 집 하였다. 사용 배지는 Dichloran glycerol agar (DG- 18 agar, MBcell, USA)를 사용하였다. 실내 공기를 포 집하는 과정에 온·습도계를 사용하여 포집 장소에서 온도와 습도를 측정하였고, 공기를 포집한 배지는 25°C 배양기에서 7일간 배양하였다. 그 후 배지에 생장한 진균 집락의 수를 측정하여 농도를 계산하였다. 진균 의 종 동정을 위해서는 각 집락을 PDA 배지에 접종 하여 계대배양 하면서 단포자 분리를 수행하고 PDA 에 순수 분리를 하였다. 순수 분리된 진균 균주는 -70°C 초저온 냉동고에 균주를 일부 보존하고 배양한 균주 는 종 동정에 사용하였다.

    2.2 형태학적 특징 조사 및 분자생물학적 동정

    순수분리 된 진균의 형태학 특징조사는 PDA 배지 에 25°C 배양기에 일간 배양된 균을 시료로하여 조사 하였다. 균총의 특징은 균사 생육형태, 균사색과 배지 색, 생육 정도를 육안으로 관찰하여 조사하였다. 진균 의 균사와 포자의 미세구조를 알아보기 위해서는 광 학현미경과 주사전자현미경을 사용하였다(Ahn, et al., 2018). 순수 분리된 진균의 분자생물학적 분석을 위 해서는 Kim et al. (1999)의 논문에서 언급된 drilling 방 법을 사용하여 순수 분리된 진균 균사 세포를 파쇄한 후 Qiagen사의 Plant DNA Purification kit를 이용하여 genomic DNA를 추출하였다. 추출된 DNA를 주형으 로 하여 β-tubulin gene region (Keeling, 2003), calmodulin gene region (Susca et al., 2007) 등을 PCR (polymerase chain reaction)을 이용해 증폭하였다. 아 가로즈 겔에 전기영동하여 증폭된 DNA 시료의 밴드 크기를 확인후 마크로젠(Seoul, Korea)에 의뢰하여 DNA 염기서열을 결정하였다. 결정된 염기서열은 미국National Center for Biotechnology Information (NCBI)의 사이 트(https://www.ncbi.nlm.nih.gov)에 등록되어 있는 진 균 종을 대상으로 BLAST 프로그램을 사용하여 분자 진균 동정을 진행하였다. 계통분석을 위해서는 결정 된 염기서열과 비교하고자 하는 진균 종의 염기서열 을 NCBI의 GenBank에서 다운받아 다중정렬을 하고 MEGA 6 프로그램(Tamura et al., 2013)을 이용하여 phylogenetic analysis를 수행하였다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1 천식환자 가정집의 온도와 습도

    조사된 천식환자 거주 주택의 환경 인자인 실내 온 도와 습도는 Table 1과 같다. 이때 실외공기는 우천으 로 인해 측정하지 못하였다. 송림동 거주 천식환자 주 택의 실내 평균온도는 거실 19°C, 침실 23°C이며, 실 내 평균습도는 거실 25%, 침실 24%였다. 온도는 보통 의 실내온도 수준이었으나 습도는 보통보다 낮은 수 준이었다. 주안동에 거주하는 천식환자 가정집의 실 내 평균 온도는 19°C, 침실 20°C 이며 평균 실내 습도 는 거실 36%, 침실 34%였다. 두 곳 천식환자 거주 주 택의 실내 실내온도는 차이는 크지 않았으나 습도는 약 10% 정도 차이가 있었다. 2017년 봄과 가을에 조사 한 온도와 습도 결과(Ahn et al., 2018, Ahn et al., 2019) 보다는 겨울이라서 그런지 좀 더 낮은 수치였다.

    3.2 부유 진균 농도 비교

    인천 송림동 성인 천식환자 주택의 거실에서 평균 진균 농도는 141 CFU/m3이었고 침실의 평균농도는 98 CFU/m3이었다. 인천 주안동 성인 천식환자 주택 의 거실에서 평균 진균 농도는 91 CFU/m3이었고 침 실의 평균 농도는 304 CFU/m3이다. 송림동 천식환자 주택의에서의 농도 값을 보면 거실과 침실의 차이는 크게 나지 않았으나 주안동 천식환자 주택에서의 농 도 값을 보면 거실과 침실에는 차이가 있었다. 두 곳 주택 모두 부유진균 농도는 환경부 실내공기질관리 법 시행규칙에 규정한 권고기준 500 CFU/m3를 넘지 않았다.

    3.3 진균의 동정

    2 곳의 성인 천식환자 주택에서 실내공기 중에서 총 4속 23종이 분리 동정되었다. 동정된 진균 목록은 Table 2에 제시하였다. 송림동 천식환자 주택에서는 Aspergillus 3종, Penicillium 4종, Cladosporium 2종, Epicoccum 1종 이 분리되었고, 주안동 천식환자 주택에서는 Aspergillus 4종, Cladosporium 1종, Penicillium 7종이 분리되었다. 두 곳을 속 수준에서 비교해 보았을 때 Penicillium속 에 속하는 종이 가장 많았다. 전체적으로 진균의 다 양성은 높지 않으나 포자형성 능력이 우수한 것으로 알려진 종들이 존재하였다. 특히 송림동과 주안동에 서 Cladosporium pseudocladosporioides가 침실에서 공 통적으로 존재하였 Penicillium citrinum가 거실에서 공 통으로 존재하였다. 주안동 환자의 주택에서 Penicillium 균이 7종이나 분리된 것은 향 후 다소 검토가 필요할 것으로 사료된다.

    두 환자의 주택에서 분리된 Aspergillus 균은 포자를 많이 형성해 공기중에 쉽게 대량으로 부유시킬 수 있 기 때문에 높은 농도로 공기중에 존재하며 인체에 미 칠 영향이 커질 수 있다(Ahn et al., 2018). 이중 A. versiolor는 발암물질로 간주되는 아플라톡신 전구체 를 생산하는 균으로 알려져 있다(Hodgson, 1998). 그 리고 인체에 감염하면 조진균증을 유발한다(Torres- Rodr quez et al., 1998). Aspergillus ochraceus는 인체에 감염하여 골수염을 일으킬 수 있다(Babamahmoodi et al., 2015). 동정된 진균 중 Penicillium chrysogenum은 먼지, 실내 공기, 축축한 건축자재와 같은 실내환경에 서 흔히 발생하는 진균이며 식품부패에도 관여하고 항생제 페니실린 생산에 사용되기도 한다(Houbraken et al., 2011). 인체에 감염하여 페니실륨증을 유발시킬 수 있다(Avil s-Robles et al., 2016). P. citrinum은 식품 의 부패에도 관여하지만 인체에 폐에 침습 감염하는 사례도 보고 되었다 (Mok et al., 1997). 분생포자가 독 특한 관상 구조를 가지는 Cladosporium 균은 실내 공 기에서 가장 빈번히 부유하는 진균 중 하나로 알려져 있다 (Bensch et al., 2018). 이러한 결과는 부유진균 농 도가 환경부 권고 기준 보다 낮지만 인체 병원성균과 알레르기를 유발할 수 있는 균이 존재하는 바 관리가 요구됨을 보여준다. 동정된 진균 목록 중 Aspergillus venenatus, Penicillium jamesonlandense, Penicillium salami은 문헌 조사 결과 아직 국내에 보고가 되지 않 은 미기록종으로 판명되었다. 이는 새로운 정보이다. 이에 따라 이들 3종 균주는 DG-18 배지에 접종 후 25°C 에서 7일간 배양 후 자란 형태를 조사하였다. 인천 송 림동 침실에서 분리한 미기록 진균은 DK14-35, 인천 주안동 거실과 침실에서 분리한 미기록 진균은 DK14- 36와 DK14-37로 각각 균주 번호를 부여하였다. 이들 은 배지에서 포자를 모두 잘 형성하였다. 이들 미기 록 종에 대한 균총의 형태와 균사와 포자 구조 모양 Fig. 2와 같다.

    3.3.1 Aspergillus venenatus

    인천 송림동에 거주하는 성인 천식환자 주택의 실 내공기에서 분리한 DK14-35 균주의 콜로니는 DG18 배지에서 25°C에서 7일 배양 후 직경 78 mm 지 생장 하였다. 균총의 색은 카키 블랙, 연노랑, 연녹색을 보 였고 원형으로 생장하였다(Fig. 2A). 뻗어 나는 균사 의 가장 자리는 흰색으로 명확히 구분되었다. 주사전 자현미경으로 분생포자를 관찰하였을 때 분생포자의 형태는 둥글고 타원형이며 크기는 1.5-2.5 × 1.2-1.5 μm 였다(Fig. 2D). DK14-35 균주를 calmodulin gene 영역 의 염기서열 분석에 근거하여 GenBank database에서 서열 유사 진균 종을 조사한 결과 Aspergillus venenatus 와 100% 서열 유사도를 보였다. 계통수 분석에서도 분 리 균주는 A. venenatus로 확인되었다(Fig. 3A). 이 균 은 식물에서 분리되었고 A. venenatus는 지질물질을 선호한다고 보고되었다(Šimonovičová et al., 2015) DK14-35 동정된 균주는 국립생물자원관에 기탁하여 기탁번호 NIBRFGC000505468를 받았다.

    3.3.2 Penicillium jamesonlandense

    인천 주안동 성인 천식환자 주택의 거실에서 분리 한 DK14-36의 콜로니는 25°C에서 DG18 배지에 7일 배양 후 직경 30 mm 정도까지 생장하였다. 균총의 색 은 황록색이었으며 원형으로 생장하였다(Fig. 2B). DK14-36 균주의 분생포자를 주사현미경 관찰하였을 때 분생포자의 형태는 둥글고 타원형이며 Penicillium 균이 보이는 형태로서 소병에 포자가 연쇄적으로 사 슬처럼 형성되었고 분생포자의 크기는 1.0-1.5 × 0.7- 1.2 mm였다(Fig. 2E). β-tubulin gene 영역의 염기서열 분석을 기반으로 GenBank database에서 서열 유사도 를 지니는 진균 종을 조사한 결과 DK14-36 균주는 Penicillium jamesonlandense와 100%의 서열 유사도를 보였다. 계통수 분석에서도 Aspergillaceae에 속하는 P. jamesonlandense로 확인되었다(Fig. 3B). 동정된 균주 는 국립생물자원관에 기탁하여 기탁번호 NIBRFGC 000505469를 받았다.

    3.3.3 Penicillium salami

    인천 주안동 천식환자 주택의 침실에서 분리된 DK14- 37의 콜로니는 25°C에서 DG18에서 7일 배양 후 직경 55 mm까지 생장하였다. 균총의 색은 올리브색과 밝 은 상아 색으로 원형으로 생장하였다(Fig. 2C). 주사 전자현미경으로 분생포자를 관찰한 결과 분생포자는 둥글고 타원형이며 Penicillium 균이 보이는 형태로서 소병에서 포자가 연쇄적으로 사슬처럼 형성되는 것 이 관찰되었다. 포자의 크기는 1.5-2.0 × 1.0-1.5 μm였 다(Fig. 2F). β-tubulin gene 영역의 서열 분석을 기반으 로 GenBank database에서 서열 유사도를 지니는 진균 종을 조사한 결과 DK14-37 균주는 Aspergillaceae에 속 하는 Penicillium salamii와 100% 유사성을 보였다(Fig. 3C). 계통수 분석에서도 P. salamii로 확인되었다(Fig. 3C). 국립생물자원관에 동정된 균주를 기탁하여 기탁 번호 NIBRFGC000505471를 받았다.

    4. 결 론

    2019년 2월 인천 송림동과 주안동에 거주하는 성인 천식환자 주택 2가구를 방문하여 천식환자가 주로 생 활하는 공간인 거실과 침실에서 실내 공기중의 진균 농도와 진균 다양성을 조사하였다. 겨울철 천식환자 가정집의 실내 공기의 온도는 보통의 실내의 온도 수 준이었고 습도는 봄, 가을 조사 때(Ahn et al., 2018) 보 다 다소 낮은 습도를 나타내었다. 실내 부유진균의 농 도는 실내공기질 관리법 시행규칙의 권고기준인 500 CFU/m3를 초과하지 않았다. 두 곳 주택에서 분리 한 진균은 총 4속 23종이며 송림동에서 10종이 동정 되었고, 주안동은 13종이 동정되었다. 두 주택 간에 공 통으로 분리된 종은 Aspergillus pseudoglaucusPenicillium citrinum 종이었다. 이중에서 송림동의 Aspergillus venenatus와 주안동의 Penicillium jamesonlandense, P. salami는 국내 미기록종으로 확인되었다. 이들 국내 미기록 종 3종에 대해 인체 병원성에 대한 자료는 아직 존재하지 않았지만 포자를 잘 형성하고 많이 형성하는 것으로 보아 관리가 필요한 종으로 사 료된다. 전체적으로 본 연구는 겨울철 천식환자 거주 공간의 실내공기질 관리를 위한 기초 정보를 제공한다.

    감사의 글

    본 논문은 정부(환경부)의 재원으로 국립생물자원 관의 지원을 받아 수행하였습니다

    Figure

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    Examples of measuring airborne fungi using an Andersen air sampler from the indoor air in asthma patient’s houses.

    JOIE-21-1-43_F2.gif

    Morphology of three unrecorded fungal species, Aspergillus venenatus DK14-35 (A, D), Penicillium jamesonlandense DK14-36 (B, E), Penicillium salami DK14-37 (C, F), from indoor air of asthma patients’ houses in this study. Colony grown on DG-18 for 7day at 25 (A, B, C). Images of scanning electron microscope (E, F, G). Bar is 5 μm.

    JOIE-21-1-43_F3.gif

    Neighbor-joining phylogenetic tree of unrecorded fungal species from indoor air of asthma patient’s houses. A: Calmodulin gene sequence-based tree B: β-tubulin gene sequence-based tree C: β-tubulin gene sequencebased tree. Bootstrap values based on 1,000 replications are shown above the node. Scale bar, 0.05 nucleotide substitution per site.

    Table

    Information of temperature, humidity and fungal concentration in asthma patient’s houses measured in this study

    List of the fungi identified from indoor air of two asthma patients’ houses investigated in this study

    Reference

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