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지표 유기체를 통한 수질 분석

Overview

출처: 이안 페퍼 박사와 찰스 게르바 박사의 연구소 - 애리조나 대학교
데모 저자: 루이사 이크너

수질 분석은 오염 물질, 영양소, 병원균 및 자원으로서의 물의 무결성에 영향을 미칠 수 있는 기타 성분과 같은 인위적인 영향을 모니터링합니다. 배설물 오염은 질병이나 질병으로 식물, 동물 및 인간의 건강을 위협하는 미생물 병원균에 기여합니다. 물 요구가 증가하고 엄격한 품질 기준을 위해서는 인간 또는 환경 자원에 공급되는 물을 낮은 병원균 수준으로 모니터링해야 합니다. 그러나, 대변 오염과 관련되었던 각 병원체를 감시하는 것은 가능하지 않습니다, 실험실 기술은 광범위한 노동, 시간 및 비용을 포함하기 때문에. 따라서 지표 유기체에 대한 검출은 비위생적 조건과 관련된 병원균을 모니터링하는 간단하고 빠르며 비용 효율적인 기술을 제공합니다.

Principles

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지표는 쉽게 감지 할 수있는 유기체누구의 존재는 환경을 오염 하나 이상의 병원체에 직접 상관 관계. 적절한 지표로 간주되려면 유기체가 다음 5가지 기준을 충족해야 합니다.

  1. 지표 유기체는 병원체가 존재할 때 존재해야 하며, 병원균이 없을 때 지표 유기체는 없어야 합니다.
  2. 지표 유기체의 농도는 병원균의 농도와 상관관계가 있어야 합니다. 그러나, 지표 유기체는 항상 더 높은 숫자에서 찾아야 합니다.
  3. 지표 유기체는 병원균보다 환경에서 더 쉽고 오래 살아남을 수 있어야 합니다.
  4. 표시기 유기체에 대한 검출은 쉽고 안전하며 저렴해야 합니다.
  5. 지표 유기체는 모든 물 유형에 효과적이어야 합니다.

대부분의 지표는 장 내 생물 또는 바이러스이며, 이는 일반적으로 따뜻한 혈액 포유류 및 조류 위장 시스템에서 발견되며 배설물 오염에 직접적인 연결을 제공합니다. 그러나, 많은 지표는 특정 병원체와의 상관 관계 때문에 효과 부족할 수 있습니다. 가장 널리 받아들여지는 세균성 지표 유기체 의 2개는 그들의 배설물 연결때문에 대장균과 대장균이고, 실험실 분석에 있는 용이성입니다.

Colilert는 물 샘플에서 대장균 및 총 대장균에 대한 동시 검출, 특정 식별 및 확인을 위한 정의된 기판 기술(DST) 접근법입니다. 이 실험실 기술은 각 지표 유기체의 대사 경로에 특정 기판 영양소를 활용, 박테리아가 화합물을 변경할 때 신호를 방출 하는 원하는 미생물만 열거. 대장균이 있는 경우, 정형니다-니트로페닐-β-D-갈라크토피라노사이드(ONPG) 영양소는 대장균의 β-갈라토시다제 효소에 의해 가수분해된다. 제품 화합물, 직교-니트로페닐은 색 신호를 방출하는 염색체로, 물노란색(도 1)을선회한다.

Figure 1
그림 1. 정형소 니트로페닐이 컬러 신호를 방출하여 물을 노란색으로 돌리는 회로도를 보여 주는 회로도.

대장균의존재하에, 메틸럼벨리필리-β-D-글루쿠로니드(MUG) 영양소는 박테리아의 글루쿠로니다제 효소에 의해 갈라지며, 자외선 아래 청록색을 형광하는 메틸럼벨리페론 제품을 생산한다(그림2).

Figure 2
그림 2. 박테리아의 글루쿠로니다제 효소에 의해 갈라진 메틸럼벨리페렐레-β-D-글루쿠로니드(MUG) 영양소를 보여주는 회로도는 자외선 아래에서 청록색을 형광하는 메틸럼베리펠리페론 제품을 생산합니다.

Colilert는 유기체가 견본에 존재하는지 여부를 나타내기 위하여 존재 부재 (P-A) 시험으로 수행될 수 있습니다. 이 시험은 기판을 100mL 물 샘플로 용해시키고, 35± 0.5°C에서 24시간 동안 배양하고, 색 신호를 관찰함으로써 완료된다. 지표의 존재는 또한 각 유기체에 대해 가장 가능성이 높은 숫자(MPN)를 결정하는 시스템을 활용하여 정량화될 수 있다. 이 절차는 49 개의 큰 우물과 48 개의 작은 우물을 포함하는 트레이로 밀봉 된 100 mL 물 샘플로 기판을 용해하는 것을 포함합니다. 트레이는 35± 0.5°C에서 24시간 동안 배양되고, 양색 변화를 포함하는 우물이 계산된다. 양성 신호를 포함하는 큰 웰과 작은 우물의 비율은 존재하는 각 지표 유기체의 존재에 대한 정량화를 제공하는 MPN 차트에 정렬된다. 미국에서 식수에 대한 규정은 식수 의 100 mL에 제로 대장균이 존재하도록 요구한다.

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Procedure

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1. 콜릴러트 존재 – 부재 (P – A) 테스트

  1. 100mL 플라스틱 콜릴러트 병을 엽니다. 병은 적절한 반응에 필요한 소량의 분말 시약을 포함하고,이 분말을 버리지 마십시오.
  2. Colilert 병에 100mL 물 샘플을 추가합니다.
  3. 영양 기판이 들어있는 베개 튜브를 열고 Colilert 병 내부의 물 샘플에 내용물을 붓습니다.
  4. 콜릴러트 병을 캡하고 밀봉합니다. 기판이 완전히 용해 될 때까지 병을 반복적으로 반전, 적극적으로 병을 흔들어.
  5. 24시간 동안 35± 0.5°C에서 병 내부의 시약/물 샘플 혼합물을 배양한다.
  6. 시약/물 샘플 혼합물의 노란색 색상 변화를 관찰한다. 노란색은 대장균이 존재한다는 것을 나타냅니다. 맑은 물이나 색의 변화가 없음은 대장균이 존재하지 않는다는 것을 나타냅니다.
  7. 시약/물 샘플을 자외선에 노출시키고 청색 형광을 관찰한다. 청색 형광은 대장균이 존재한다는 것을 나타냅니다. 형광이 없음은 대장균이 결석함을 나타내지않는다(도 3).

Figure 3
그림 3. P-A 테스트 네거티브(왼쪽), 대장균 양성(가운데), 대장균 양성(오른쪽).

2. 콜릴러트 MPN: 콴티 트레이 2000

  1. 콜릴러트 병과 100mL 물 샘플을 Colilert 병에 엽니다.
  2. 영양 기판이 들어있는 베개 튜브를 열고 Colilert 병 내부의 물 샘플에 내용물을 붓습니다.
  3. 콜릴러트 병을 캡하고 밀봉합니다. 기판이 완전히 용해 될 때까지 병을 반복적으로 반전, 적극적으로 병을 흔들어.
  4. 트레이 상단의 가장자리를 압박하고 용지 탭을 다시 당겨 퀀티 트레이 2000을 조심스럽게 엽니다. 트레이가 열려 있도록 계속 압박하십시오.
  5. 시약/물 샘플 혼합물을 트레이에 붓고, 트레이 내부의 샘플을 35 ± 0.5°C에서 24시간 동안 배양한다.
  6. 시약/물 샘플 혼합물의 노란색 색상 변화를 관찰한다. 대장균에 대한 긍정적 인 존재를 신호 크고 작은 우물의 수를 계산합니다. 노란색은 대장균이 존재한다는 것을 나타냅니다. 맑은 물이나 색의 변화가 없음은 대장균이 존재하지 않는다는 것을 나타냅니다.
  7. 시약/물 샘플을 자외선에 노출시키고 푸른 형광을 관찰합니다. 대장균에 대한 긍정적 인 존재를 신호 크고 작은 우물의 수를 계산합니다. 청색 형광은 대장균이 존재한다는 것을 나타냅니다. 형광은 대장균이 없다는 것을 나타내지 않습니다.
  8. 정량형 트레이 2000 MPN시트(도 4)를사용하여 100mL의 물에 존재하는 각 지표 유기체의 농도를 정량화한다. 스프레드시트를 사용하여 큰 것을 비교합니다: 작은 양성 우물 비율은 두 지표 생물모두에 대한 존재를 확대합니다.

Figure 4
그림 4. 정량트레이 네거티브(왼쪽), 대장균 양성(가운데), 대장균 양성(오른쪽).

수질 분석은 수자원의 무결성을 보호하는 데 필수적입니다. 지표 미생물의 존재는 질병을 일으키는 병원체를 포함할 수 있는 대변 물질의 존재와 상관관계가 있습니다. 따라서 지표 유기체는 물 공급의 안전성 평가에 사용될 수 있습니다.

위장 병원균이 대변에서 매우 높은 숫자로 창고로 저장되기 때문에 물에 있는 배설물 오염은 식물, 동물 및 인간의 건강에 중요한 리스크를 제기합니다. 그러나, 배설물 오염과 관련된 각 유형의 독특한 병원균에 대한 물 샘플을 모니터링하는 것은 실현 가능하지 않다. 지표 유기체에 대한 측량은 수자원의 배설물 오염을 감지하는 간단하고 빠르며 비용 효율적인 방법을 제공합니다.

이 비디오는 지표 유기체를 사용하여 수질을 평가하는 원리, 수집된 물 샘플을 테스트하는 방법 및 결과 데이터의 해석 및 정량화를 설명합니다.

수질 지표로 사용하려면 유기체는 5가지 특정 기준을 충족해야 합니다. 첫째, 병원균이 존재하는 물에서 검출될 수 있어야 하며 병원균이 없을 때 결석해야 합니다. 둘째, 지표 생물의 수는 병원균 수준과 일치해야합니다. 그것은 또한 더 강하고 병원체 보다는 환경에서 더 오래 지속되어야 합니다. 마지막으로, 검출은 모든 물 유형에 걸쳐 쉽고 안전하며 저렴하며 효과적이어야 합니다.

가장 흔한 세균성 지표 그룹의 2개는 총 대장균 및 대변 대장균, 전형적으로 대장균이다. 총 대장균은 포유류 장에서 찾을 수 있지만 토양과 표면 물에서도 자연적으로 발생할 수 있습니다. 대변 대장균은 포유류와 조류의 위장관 내에 전적으로 상주하고 지속적으로 대변에 창고되는 하위 집합입니다. 대장균은 수처리 또는 낮은 영양 수준과 같은 많은 일반적인 장 병원균과 같은 스트레스에 취약하며, 물 샘플에서의 존재는 병원균의 잠재적 존재에 대한 유용한 지표입니다. 총 대장균과 대장균은 실험실 환경에서 쉽게 검출됩니다.

검출을 위해, 화학 기질은 대장균이 대사하는 견본에 추가되어, 색깔 변경의 결과로. 총 대장균의 경우, 추가 된 ONPG는 니트로 페놀로 변환되어 물을 노란색으로 돌려넣습니다. 대변 대장균의 경우, 대장균은 MUG를 자외선 아래에서 청록색으로 형광하는 메틸-움벨리페론 제품으로 변환합니다. 가장 간단한 응용 프로그램에서 기판 테스트는 샘플링 시 물에 존재하는 대장균의 존재 또는 부재를 확인할 수 있습니다.

이 질적 방법과는 달리, 샘플 당 총 대장균의 수는 특수 분할 트레이를 사용하여 추정 될 수있다. 반응성 기판이 용해된 후, 물 샘플은 크고 작은 우물을 포함하는 트레이에 추가된 다음 배양한다. 색상 변화를 나타내는 우물은 계산되며, 양색 신호를 나타내는 작은 우물과 큰 우물의 비율이 수량을 나타내는 차트에 정렬됩니다. 미국 식수 공급은 100mL 당 제로 총 대장균을 포함해야합니다.

이제 지표 유기체를 사용하여 수질 오염을 식별하고 정량화하는 원리에 익숙해지므로 실험실에서 이것이 어떻게 수행되는지 살펴보겠습니다.

샘플을 채취하면 검사를 위해 실험실로 가져 오십시오. 시작하려면 100mL 플라스틱 병을 엽니다. 병에는 존재할 수 있는 염소의 중화를 보장하기 위해 사용되는 소량의 분말 나트륨 티오술페이트 시약이 포함될 수 있습니다. 100mL의 물 샘플을 병에 넣습니다. 영양 기판이 들어있는 베개 튜브를 열고 그 내용물을 병 내부의 물 샘플에 붓습니다. 병을 뚜껑을 씌우고 밀봉한 다음 힘차게 흔들어 기판이 완전히 녹을 때까지 병을 반복적으로 반전시립니다. 다음으로, 시료 시약 병을 35°C에서 24시간 동안 배양한다.

시료 시약 혼합물의 노란색 색상 변화를 관찰한다. 노란색은 대장균이 존재한다는 것을 나타냅니다. 색상의 변화가 없음은 대장균이 없음을 나타냅니다. 마지막으로, 시료 시약 혼합물을 자외선에 노출시키고 관찰한다. 파란색 형광은 노란색 색상 변화와 함께 대장균이 존재한다는 것을 나타냅니다. 형광이 없음은 부재를 나타내지 않습니다.

대부분의 가능한 숫자 또는 MPN은 샘플에 대해서도 결정할 수 있습니다. 병을 열고 100mL의 물 샘플을 추가합니다. 영양 기판의 베개 튜브를 열고 병에 있는 물 샘플에 내용물을 붓습니다. 병을 뚜껑을 덮고 밀봉하십시오. 기판이 완전히 용해 될 때까지 반복적으로 반전, 격렬하게 흔들어. 상단의 가장자리를 압박하여 트레이를 조심스럽게 열고 용지 탭을 다시 가져옵니다. 트레이를 열어 두려면 일정한 압력을 가합니다. 샘플 시약 혼합물을 트레이에 붓고 밀봉합니다. 트레이를 35°C에서 24시간 동안 배양합니다.

시료 시약 믹스 트레이의 색상 변화를 관찰한다. 대장균의 존재를 나타내기 위해 노란색으로 변한 큰 우물과 작은 우물의 수를 계산합니다. 다음으로, 시료 시약 트레이를 자외선에 노출시키고 푸른 형광을 관찰한다. 대장균의 양수 존재를 알리는 크고 작은 우물의 수를 계산합니다.

제공된 MPN 시트를 사용하여, 100mL의 물에 존재하는 각 지표 유기체에 대한 농도를 정량화한다. 테이블 상단을 따라 작은 양수 우물의 수와 왼쪽 축의 큰 긍정적 인 우물수를 찾습니다. 이 둘의 교차점은 100mL당 유기체의 추정수인 가장 가능성 있는 숫자를 나타내는 수치를 제공합니다.

총 대장균 및 대장균 검출 테스트는 다양한 물 샘플에서 오염을 검사하는 데 사용됩니다.

인간의 소비또는 식용을 위한 물은 오염을 위해 일상적으로 테스트됩니다. 물이 안전하다고 판단되려면 100mL당 대장균이 1개 미만이어야 합니다. 여기서, 수돗물에서 물을 수집하고, 이전에 입증된 바와 같이 총 대장균 또는 대장균 오염을 테스트했다. 결과는 수원이 소비에 안전한지 판단했습니다.

일반적으로 테스트되는 또 다른 샘플은 폐수를 처리합니다. 물을 테스트하여 환경으로 방출되거나 사람의 사용을 위해 용도변경이 안전한지 확인해야 합니다. 처리 전에 높은 수준의 오염이 예상되었기 때문에 원시 하수 샘플은 1:100,000으로 희석되었습니다. 이 견본은 그 때 총 대장균 및 대장균 검출 시험을, 및 MPN 값을 계산하게 되었습니다. 처리 후 안전 값은 감지 가능한 지표 박테리아가 0이어야 합니다.

지표 유기체를 사용하여 수질 테스트에 대한 JoVE의 소개를 방금 시청했습니다. 이제 대장균 및 기타 대장균에 대한 물 샘플을 테스트하는 방법과 오염 정도를 정량화하는 방법을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!

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Applications and Summary

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지표 유기체는 환경 오염을 신속하고 저렴하게 결정하기 위해 사용됩니다. Colilert 분석은 음용, 레크리에이션 및 폐수 원천의 수질을 분석하는 데 사용됩니다. 수질은 인적 및/또는 환경 소비를 위한 자원으로 받아들여지기 위해 환경 보호국(EPA) 및 주 규제 부서에서 정한 법적 기준을 충족해야 합니다.

Colilert 분석은 또한 환경 연구 내의 질량 균형 마커로 전략적으로 사용되며,이 데이터는 결과 사이의 상관 관계를 측정하기 위해 다른 환경 분석과 함께 분석 될 수있다. 간단한 P-A Colilert 테스트를 수행하면 샘플이 오염되었는지 여부를 표시하여 연구 결과와 함께 분석할 수 있습니다. P-A 샘플이 물에 오염이 있음을 보여주는 경우, 연구에서 활용되는 물 샘플은 또한 잘못 해석된 결과로 이어지는 오염을 가질 수 있으며, MPN Quanti-tray는 오염에 대한 기준 정수화를 제공합니다. 예를 들어, 지표 유기체는 지표 정량화를 물 샘플에서 발견되는 병원균의 수와 상호 연관시키는 데 사용될 수 있다. 정량트레이가 낮은 지표 수를 내포하면, 이것은 물 샘플이 낮은 병원균 수준으로 유사한 추세를 경험해야 한다는 것을 시사합니다.

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