지표세균

Indicator bacteria

지시세균은 물의 배설물 오염 정도를 감지하고 추정하는 데 사용되는 박테리아의 일종이다. 그것들은 인간의 건강에 위험하지는 않지만 건강상의 위험을 나타내기 위해 사용된다.

인간의 배설물 1g당 약 1,000억 개(1×1011)의 박테리아를 함유하고 있다.[1] 이러한 박테리아는 위장관염과 관련된 살모넬라균이나 캄필로박터균과 같은 병원성 박테리아 종을 포함할 수 있다. 또한 대변은 병원성 바이러스, 원생동물, 기생충을 포함할 수 있다. 배설물은 폐수처리장, 가축 또는 가금 비료, 위생 매립지, 정화 시스템, 하수 슬러지, 애완동물 및 야생동물을 포함한 많은 원천으로부터 환경에 들어갈 수 있다. 충분한 양을 섭취하면 배설 병원균이 질병을 일으킬 수 있다. 환경 해역의 다양하고 종종 낮은 농도의 병원균은 그들을 개별적으로 검사하기 어렵게 만든다. 따라서 공공기관은 보다 풍부하고 쉽게 검출되는 다른 대변세균의 존재를 대변 오염의 지표로 사용한다. 배설물에서 발견되는 박테리아 외에도 구강과 내장의 내용물에서도 발견될 수 있다. [2]

지표생물의 기준

미국 환경보호청(EPA)은 유기체가 분변 오염의 이상적인 지표가 될 수 있도록 다음과 같은 기준을 열거한다.[citation needed]

  1. 그 유기체는 장내 병원균이 존재할 때마다 존재해야 한다.
  2. 그 유기체는 모든 종류의 물에 유용해야 한다.
  3. 유기체는 가장 단단한 장내 병원체보다 생존시간이 길어야 한다.
  4. 유기체는 물에서 자라서는 안 된다.
  5. 그 유기체는 온혈 동물의 장에서 발견되어야 한다.

현재 사용 중인 지표 유기체의 어떤 유형도 이 모든 기준에 완벽하게 들어맞지 않지만, 비용을 고려할 때 지표의 사용이 필요하게 된다.

지표생물의 종류

일반적으로 사용되는 지표 박테리아에는 총대장균류 또는 이 그룹의 일부인 분변대장균류가 포함되는데, 이는 따뜻한 피를 가진 동물의 장에서 발견된다. 총대장균류는 1920년대 초 미국의 공공기관에서 대변 지표로 사용되었다. 이들 유기체는 모두 당유당을 대사하여 산과 가스를 부산물로 모두 생산한다는 사실에 근거하여 확인할 수 있다. 대변대장균류는 식물과 토양에서 자연적으로 발견되는 종을 포함하는 총대장균류보다 휴양수역에서의 지표로서 더 유용하지만, 심지어 클렙시엘라 진폐증과 같이 대변 기원을 가지지 않는 일부 종들도 있다. 아마도 대장균형을 지표로 사용하는 것의 가장 큰 단점은 그들이 특정한 조건에서 물 속에서 자랄 수 있다는 것이다.

대장균(대장균)과 장내시경도 지표로 쓰인다.

현재 탐지 방법

선택적 매체에서의 막 여과 및 배양

막 여과 후 선택적 한천에서 자라는 엔토코치 군락.

지표 박테리아는 관심 종의 성장을 허용하고 다른 유기체의 성장을 억제하기 위해 특별히 제조된 매체에서 배양될 수 있다. 일반적으로 환경용수 시료는 모공 크기가 작은 막을 통해 여과된 후 선별된 한천 위에 막이 놓인다. 너무 적거나 너무 많은 집락이 한 접시에 형성되는 것을 막기 위해 필터링된 물 샘플의 부피를 변화시킬 필요가 있다. 박테리아 군락은 박테리아의 종류에 따라 24시간에서 48시간 후에 셀 수 있다. 계수는 100 mL (cfu/100 mL) 당 군집형성 단위로 보고된다.

크롬생성 물질을 이용한 빠른 검출

지표 생물을 검출하는 기술 중 하나는 크롬생성 화합물의 사용으로, 지표 박테리아의 격리를 위해 사용되는 재래식 매체나 새로 고안된 매체에 첨가된다. 이러한 크롬생성 화합물은 효소나 특정 박테리아 대사물을 첨가하여 색이나 형광을 변화시키도록 변형된다. 이를 통해 쉽게 검출할 수 있으며 순수 문화의 격리 및 확인 테스트의 필요성을 피할 수 있다.[3]

항체의 응용

단클론 항체를 이용한 면역학적 방법을 사용하여 물 샘플의 지표 박테리아를 검출할 수 있다. 선별된 매체의 사전확인은 죽은 세포의 탐지를 피하기 위해 검출의 서문을 작성해야 한다. ELISA 항체 기술은 대장균류의 신속한 식별을 위해 육안으로 판독 가능한 검출이 가능하도록 개발됐다. 다른 검출 항체의 사용은 면역 분리(IMS) 방법에 대해 아래에 기술한 바와 같이 난모세포와 낭종의 농도 및 분리를 위해 항체로 코팅된 자기 비드를 사용한다.[3]

IMS/문화 및 기타 급속한 문화 기반 방법

면역자성 분리는 정제된 항원 바이오티닐화 및 스트렙토아비딘 코팅된 파라자성 입자와 결합된다. 원시료를 구슬과 섞은 다음 특정 자석을 사용하여 표적 생물을 바이알 벽에 대고 비바운드 물질을 쏟아낸다. 이 방법은 특정 지표 박테리아를 회복하는 데 사용될 수 있다.[3]

유전자 염기서열 기반 방법

유전자 염기서열 기반 방법은 특정한 유기체 변종에 특정한 배타적 유전자 염기서열의 인식에 의존한다. 중합효소 연쇄반응(PCR)과 상황혼합(FISH)에서의 형광은 현재 특정 종류의 지시세균을 검출하기 위해 사용되고 있는 유전자 시퀀스 기반 방법이다.[3]

박테리아 수질기준

먹는물기준

세계식수환경기구(WHO)의 먹는물 수질지침은 지표 유기체로서 대장균이 최근의 배설물 오염에 대한 결정적인 증거를 제시하며, 인간의 소비를 위한 물 속에 존재해서는 안 된다고 명시하고 있다. 미국의 경우, EPA 총대장균칙에 따르면, 월별 물 샘플 중 5% 이상이 대장균을 포함할 경우, 물 시스템은 준수하지 않는다.[4]

레크리에이션 표준

초기 연구들은 기하학적 평균 대장균류 밀도가 2300/100 mL 이상인 바다에서 3일 동안 수영한 사람들의 질병 발생률이 더 높다는 것을 보여주었다.[5] 1960년대에 이 수치는 총 대장균의 18%가 대변이라고 가정하여 대변대장균 농도로 전환되었다. 따라서 미국 국가기술자문위원회는 1968년 휴양수역에 대해 다음과 같은 기준을 권고하였다: 30일 기간 동안 총 시료의 10%가 400개의 분변 대장균/100 mL 또는 200/100 mL의 로그 평균(30일 기간 동안 채취한 시료 최소 5개 기준)을 초과해서는 안 된다.[6]

비난에도 불구하고, EPA는 1976년에 이 기준을 다시 권고했지만, 이전 연구의 약점을 극복하기 위해 1970년대와 1980년대에 수많은 연구를 시작했다. 1986년 EPA는 대장균과 장내장을 포함하도록 박테리아학적 주변수질 기준 권고안을 개정하였다.

100 mL당 단일 표본 최대 허용 밀도
워터 타입 지시자 수영선수 1000명당 허용 가능한 수영 관련 위장염 비율 정상 상태 기하학적 평균 표시기 100 mL당 밀도 지정된 해변 지역(C.L. 상층 75%) 적당한 전신 접촉 레크리에이션 (상부 82% C.L.) 가벼운 사용 전신 접촉 레크리에이션(상단 90% C)L.) 자주 사용하지 않는 전신 접촉 레크리에이션(상부 95% C.L.)
민물, 담수, 맑은 물 대장균 8 126 235 298 409 575
장내 기생충격 8 33 61 78 107 151
마린 워터 대장균 19 35 104 158 276 501

[6]

캐나다 국립농업환경표준원(National Agriental Standards Initiative)이 농업 현장의 분변 수질 오염 세균 수질과 관련된 위험을 특성화하는 접근방식은 이러한 현장을 사람이나 가축 공급원에서 떨어진 참조 현장의 현장들과 비교하는 것이다. 이러한 접근방식은 100 mL당 100 cfu E.대장균이 100 cfu E.c.c.c.c.c.c.coly의 80%에서 병원균이 검출되었다는 연구 결과에 근거하여 대장균을 표준으로 사용하거나 "벤치마크"로 사용하는 경우 일반적으로 낮은 수준을 초래한다.[7]

레크리에이션 수역의 병원균 노출에 대한 위험 평가

세균성 위장염의 경우 대부분 살모넬라, 캄필로박터 등 식용으로 매개되는 장내 미생물에 의해 발생하지만, 레크리에이션 수역을 통한 병원균 노출의 위험성도 이해하는 것이 중요하다. 특히 사람 또는 동물의 배설물이 하천으로 배출되고 하류 물이 수영이나 기타 오락 활동을 위해 사용되는 분수령이 이에 해당한다. 박테리아 외에 다른 중요한 병원체로는 로타바이러스, A형 간염, E형 간염 등의 바이러스와 지아디아, 크립토스포리듐, 내글레리아 포울레리 같은 원생동물이 있다.[8] 환경 내 병원균 모니터링과 관련된 어려움 때문에 위험 평가는 지표 박테리아 사용에 의존하는 경우가 많다.

캘리포니아로 들어오는 뉴 강은 짙은 녹색, 흰색(포암), 우유빛 갈색/녹색이다. 멕시코-미국 국경의 뉴 강에서 배설물 대장균과 배설물 스트렙토코치가 지속적으로 검출되었다.

역학 연구

1950년대 미국에서는 자연수의 수질과 거더들의 건강과의 관계를 파악하기 위한 역학 연구가 잇따라 실시되었다. 그 결과는 수영선수들이 수영선수들이 수영선수들이 수영선수들이 아닌 사람들보다 위장증상, 눈병, 피부병, 귀, 코, 목감염, 호흡기 질환을 가지고 있을 가능성이 더 높았고, 어떤 경우에는 이러한 연구들의 표본 크기가 sma였음에도 불구하고 위장병의 높은 발병률과 상관관계가 있는 더 높은 대장균수치를 가지고 있다는 것을 보여주었다.l. 그 이후로 수영과 특정 건강 결과 사이의 인과관계를 확인하기 위한 연구가 행해졌다. 1998년[9] 22개 연구를 검토한 결과 레크리에이션 해역에서 지표 박테리아의 수가 증가함에 따라 수영선수들의 건강 위험이 증가했으며, 연구된 모든 지표 중 건강 결과와 가장 잘 상관된 대장균과 장내구균 농도가 확인되었다. 오염된 담수에서 수영하는 사람과 오염되지 않은 물에서 수영하는 사람의 상대적 질병 위험(RR)은 검토된 데이터 집합의 대부분에서 1-2 사이였다. 같은 연구는 박테리아 지표가 바이러스 농도와 잘 상관관계가 없다는 결론을 내렸다.[9]

병원균의 운명과 운반

폐물질, 토양 또는 물에서 병원균의 생존은 온도, pH, 유기물 함량, 수분, 빛에 대한 노출, 그리고 다른 유기체의 존재를 포함한 많은 환경적 요인에 의존한다.[10] 배설물은 직접 침전하거나 육상에서 유출되어 물로 씻어내거나, 지면을 통해 운반하거나, 하수관로나 배수 타일을 통해 지표수로 배출될 수 있다. 인간에 대한 피폭 위험은 (1) 생존하고 존재하기 위한 병원균, (2) 지표수에서 재생성하기 위한 병원균, (3) 개인은 충분한 시간 동안 물과 접촉하거나, 감염 선량을 받기 위해 충분한 양의 물을 섭취해야 한다. 환경 내 박테리아의 소멸률은 종종 기하급수적이므로, 배설물을 물에 직접 침전시키는 것은 일반적으로 육지 또는 지표면을 통해 운반해야 하는 물질보다 더 높은 농도의 병원균에 기여한다.

인체노출

일반적으로 어린이, 노인, 면역억제자들은 감염에 걸리기 위해 적은 양의 병원성 유기체를 필요로 한다. 현재 사람들이 레크리에이션 물에서 보낼 수 있는 시간과 그들이 섭취할 수 있는 물의 양을 수치화할 수 있는 연구는 거의 없다. 일반적으로 아이들은 더 자주 수영하고, 더 오래 물속에 머물며, 더 자주 머리를 숙이고, 더 많은 물을 삼킨다. 이것은 더 많은 박테리아가 그들 주변과 그들 주변에서 자라게 될 것이기 때문에 사람들이 바다에서 물을 더 두려워하게 만든다.

정량적 미생물학적 위험 평가

정량적 미생물학적 위험 평가(QMRA)는 물의 병원체 농도와 용량-반응 관계를 결합하고 잠재적 피폭을 반영하는 데이터를 결합해 감염 위험을 추정한다.

물 노출에 대한 데이터는 일반적으로 설문지를 사용하여 수집되지만, 또한 섭취한 물의 실제 측정 또는 이전에 발표된 데이터로부터 추정할 수도 있다. 응답자들은 피폭 빈도와 시기, 위치, 삼킨 물의 양과 머리 수몰에 대한 자세한 정보, 연령, 성별, 사회경제적 상태 및 가족 구성과 같은 기본적인 인구통계학적 특성을 보고해야 한다. 일단 충분한 데이터가 수집되고 일반 모집단을 대표하는 것으로 결정되면 대개 분포에 적합하며, 이러한 분포 모수는 위험 평가 방정식에 사용된다. 병원균의 발생을 나타내는 모니터링 데이터, 병원체 농도의 직접 측정 또는 지표 박테리아 농도로부터 병원체 농도를 도출하는 추정도 분포에 적합하다. 선량은 부피당 병원균 농도를 부피별로 곱하여 계산한다. 선량 응답도 분포에 적합할 수 있다.[11]

리스크 관리 및 정책 시사점

가정할수록 병원균과 관련된 위험의 추정치는 불확실해진다. 그러나 상당한 불확실성에도 불구하고 QMRA는 서로 다른 위험 시나리오를 비교할 수 있는 좋은 방법이다. QMRA는 인간 및 비인간적인 배설물 오염원에 의해 영향을 받는 레크리에이션 수역에 대한 노출로 인한 추정 건강 위험을 비교한 연구에서 소에 의해 영향을 받는 물에 대한 노출로 인한 위장 질환의 위험이 인간 폐기물에 영향을 받는 것과 유사하며, 이는 갈매기에 의해 영향을 받는 물에 대한 위험보다 높다고 결정했다., 치킨 , 또는 돼지 feeces.[12] 이러한 연구는 제한된 자원의 초점을 어떻게 맞출 것인가를 결정하는 데 위험관리자들에게 유용할 수 있지만, 위험관리자들은 이러한 계산에 사용된 데이터의 한계를 알아야 한다. 예를 들어, 이 연구는 1969년에 발표된 닭 배설물에서 살모넬라 농도를 설명하는 데이터를 사용했다.[13] 박테리아를 정량화하는 방법, 동물 주거 관행과 위생에 대한 변화, 그리고 그 밖의 많은 요소들이 그 이후로 살모넬라균의 유행을 변화시켰을 것이다. 또한 그러한 접근법은 종종 박테리아 농도를 원천에서 노출 지점까지 결정하는 복잡한 운명과 이동 과정을 무시한다.

세균성 수질 문제 해결

미국의 경우 1977년 클린워터법에 따라 EPA의 권고에 근거해 개별 주(州)가 자체적으로 수질기준을 개발할 수 있도록 하고 있다. 수질기준이 승인되면, 주 정부는 손상이 발생하는 곳을 결정하기 위해 지표수 모니터링을 담당하고, TMDL(Total Maximum Daily Loads)이라는 유역계획을 개발하여 지점별 허용균하중 변경 및 Chan에 대한 권고사항 등 수질개선 노력을 지시한다.박테리아 부하에 대한 비원점 기여를 줄이는 관행에 대한 ges. 또한, 많은 주에서는 높은 수준의 지표 박테리아가 발견될 때 수영하는 사람들에게 경고하기 위한 해변 감시 프로그램을 가지고 있다.[14]

참조

  1. ^ Beactiviahealth. "Intestinal Microflora". Activia. Archived from the original on 2012-04-25.
  2. ^ 다른 꿩종의 구강, 내장, 대변 검체에 존재하는 박테리아의 격리 및 특성화
  3. ^ a b c d 애슈볼트, N, 스노지, G., M.(2001). 수질: 지침, 표준 및 건강. 세계보건기구(WHO) 13장: 미생물 수질지표. 페이지 289-316
  4. ^ U.S. Environmental Protection Agency (EPA) (1989-06-29). "Drinking Water; National Primary Drinking Water Regulations; Total Coliforms" (PDF). Washington, DC. 54 FR 27544.
  5. ^ Stevenson, A (1953). "Studies of Bathing Water Quality and Health". American Journal of Public Health and the Nation's Health. 43 (5): 529–538. doi:10.2105/ajph.43.5_pt_1.529. PMC 1620266. PMID 13040559.
  6. ^ a b EPA (1986). "Ambient Water Quality Criteria for Bacteria - 1986" (PDF). 문서 번호. EPA-440/5-84-002
  7. ^ Edge, TA; El-Shaarawi, A.; Gannon, V.; Jokinen, C.; Kent, R.; Khan, I.U.H.; Koning, W.; Lapen, D.; Miller, J.; Neumann, N.; Phillips, R.; Robertson, W.; Schreier, H.; Scott, A.; Shtepani, I.; Topp, E.; Wilkes, G.; van Bochove, E. (2011). "Investigation of an esherischi coli Environmental Benchmark for Waterborne Pathogens in Agricultural Watersheds in Canada". Journal of Environmental Quality. 40: x–x.
  8. ^ "Waterborne Pathogens". Montana State. Retrieved 14 August 2016.
  9. ^ a b Pruss, A (1998). "Review of epidemiological studies on health effects from exposure to recreational water". International Journal of Epidemiology. 27 (1): 1–9. doi:10.1093/ije/27.1.1. PMID 9563686.
  10. ^ Guan, Tat Yee; R. A. Holley (2003). "Pathogen Survival in Swine Manure Environments and Transmission of Human Enteric Illness - A Review". Journal of Environmental Quality. 32 (2): 383–392. doi:10.2134/jeq2003.0383.
  11. ^ Schets, Franciska M.; Schijven, Jack F.; de Roda Husman, Ana Maria (2011). "Exposure assessment for swimmers in bathing waters and swimming pools". Water Research. 45 (7): 2392–2400. doi:10.1016/j.watres.2011.01.025. PMID 21371734.
  12. ^ Soller, Jeffrey A.; Mary E. Schoen; Timothy Bartrand; John E. Ravenscroft; Nicholas J. Ashbolt (2010). "Estimated human health risks from exposure to recreational waters impacted by human and non-human sources of faecal contamination". Water Research. 44 (16): 4674–4691. doi:10.1016/j.watres.2010.06.049. PMID 20656314.
  13. ^ Kraft, D. J.; Carolyn Olechowski-Gerhardt; J. Berkowitz; and M.S. Finstein (1969). "Salmonella in Wastes Produced at Commercial Poultry Farms". Applied Microbiology. 18 (5): 703–707. doi:10.1128/AEM.18.5.703-707.1969. PMC 378074. PMID 5370457.
  14. ^ EPA (18 January 2013). "Beach Monitoring & Notification". Retrieved 2014-05-31.