미세플라스틱 생물막에 대한 과산화수소 살균 평가 연구 = Evaluation of hydrogen peroxide disinfection on microplastic biofilm
저자
발행사항
대전 : 과학기술연합대학원대학교(UST), 2022
학위논문사항
학위논문(석사)-- 과학기술연합대학원대학교(UST) : 융합 환경공학 2022. 8
발행연도
2022
작성언어
영어
주제어
발행국(도시)
대전
형태사항
79 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 조경진
UCI식별코드
I804:30003-200000630666
소장기관
본 연구는 미세플라스틱 생물막 미생물 군집에 대한 과산화수소 살균 효과를 알아보고, 과산화수소에 저항성을 가진 미생물을 알아보기로 했다. 이를 위해, 대장균 단일종 및 환경 미생물 군집을 미세플라스틱에 생물막을 형성한 다음, 여러 과산화수소 농도에 30분씩 노출시킨 다음, 평판균수 실험, SEM, 차세대 염기서열 분석을 실시했다. 대장균 단일 종 평판균수 실험 결과를 통해 10, 100 ppm 에서는 미생물 활성이 떨어진 것을 확인할 수 있었고, 1000, 10000 ppm 에서는 과산화수소에 의한 살균 작용을 확실하게 볼 수 있었다. 환경 미생물 군집 평판균수 실험 결과는 전체적인 살균률이 대장균보다 다소 낮게 나타났는데, 이는 다양한 미생물에 의해 살균률이 저해된 것으로 보인다. SEM 을 통해서 미세 플라스틱 표면 생물막 이미지를 얻었고, Virgin 과 control 비교한 결과, 성공적으로 미세플라스틱에 생물막이 부착된 것을 확인할 수 있었다. 대장균 단일 종 시료에서는 간균 형태의 미생물만 발견되었고, 환경 미생물 군집에서는 간균, 구균, 나선균 등 다양한 형태의 미생물을 관찰할 수 있었다. 과산화수소 농도가 높아질수록, 미세플라스틱 표면에서 미생물이 줄어드는 경향을 볼 수 있었으며, 과산화수소 살균 작용에 의해 미생물이 줄어든 것으로 보인다. 차세대 염기서열 방법을 이용하여 각 실험 조건 별 미생물 군집을 분석하였다. 대조군 미세플라스틱 미생물 군집에서 Proteobacteria, Firmicutes 문이 우점한 것을 볼 수 있었다. 그러나 과산화수소 농도가 증가할수록 Proteobacteia 문은 감소하고, Firmicutes 문은 증가하는 양상이 나타났다. OTU 수준에서 16S rRNA를 통해 미생물 종을 구분하고, 각 종의 특성을 알아보았다. 대조군에서 상위 10개 종 위주로 미생물 생식 조건을 알아본 결과, 상온, 중성 pH 조건에서 잘 자라는 미생물이 많았다. 과산화수소 농도가 증가할수록 군집에서 차지하는 비율이 감소한 미생물의 경우, 플라스틱 유형과 상관없이 한 종을 제외하고 동일했다. 과산화수소 농도가 증가할수록 군집에서 차지하는 비율이 증가한 미생물도 한 종을 제외하고 거의 동일했다. 과산화수소 농도가 증가할수록 증가한 미생물 종은 생물막을 형성할 수 있고, 과산화수소에 대해 저항성을 가진다는 특징을 볼 수 있었다.
더보기The aim of this study is to know the hydrogen peroxide (H2O2) disinfection efficiency effect on Microplastic (MP) biofilm microbial community and identify H2O2 resistance microbes. In this study, we attached Escherichia coli biofilm and mixed culture biofilm to MP, then treated with various concentrations of H2O2 solution for 30 minutes. Biofilm communities treated with H2O2 were analyzed with heterotrophic plate count (HPC), scanning electron microscopy (SEM), and next-generation sequencing (NGS). In the E. coli HPC result, MP biofilm was inactivated in 10, 100, 1000, and 10000 ppm conditions. In all E. coli results, the H2O2 disinfection effect was observed. Mixed culture disinfection efficiency measured by HPC, was a bit lower than E. coli. Mixed culture biofilm was more resistant than E. coli biofilm in H2O2 disinfection. The MP biofilm was viewed under SEM. The SEM image of the control MP biofilm was confirmed on the surface of MP. In E. coli MP biofilm SEM images, only rod-shaped microbes were observed. In mixed culture MP biofilm SEM images, rod, cocci, and spirilla-shaped microbes were observed. Both MP biofilm SEM images showed that the microbes were decreased with increasing H2O2 concentration. The mixed culture MP biofilm microbial community structures were profiled by NGS. The Proteobacteria and Firmicutes were the predominant phyla in the Control MP biofilm. In high H2O2 concentration, Proteobacteria phylum relative abundance was decreased, and Firmicutes phylum relative abundance was increased. At the operational taxonomic unit (OTU) level, microbes were identified with 16S ribosomal ribonucleic acid (16S rRNA). The growth condition of mixed culture MP biofilm was summarized by the top 10 OTUs in the control MP biofilm. Most microbes were grown in room-temperature, neutral pH conditions. Microbes relative abundance decreased in high H2O2 concentration conditions were the same in both PP-MP biofilm and PS-MP biofilm, except for one species. With increasing H2O2, microbes were able to form biofilm and resistance to H2O2.
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