서울特別市 保健環境硏究院報 第41號	(2005)

Report of S.I.H.E., 41:266～271	(2005)

서울시내 먹는물의 분원성대장균군 오염현황

미생물검사팀

황광호․홍채규․김진아․이 향․진영희․한성희․육동현․이성득․박노운․최병현

Contamination Status on Fecal Coliform

of Drinking Water in Seoul

Microbial Inspection Team

Kwang-ho Hwang, Chae-kyu Hong, Jin-a Kim, Hyang Lee,

Young-hee Jin, Sung-hee Han, Dong-hyun Yook, Sung-deuk Lee,

Noh-woon Park and Byung-hyun Choi

Abstract

This study was carried out to investigate the distribution of fecal coliform as indicators of fecal contamination of drinking water in Seoul area. Isolated colonies obtained as fecal coliform from tube test were identified using the API-20E system.

From the 3143 drinking water samples, 117 golden-green colonies with metallic sheen isolated on EMB medium were identified as Escherichia coli(56.4%), Enterobacter cloacae(9.4%), Citrobacter freundii(9.4%), Klebisiella pneumoniae(4.3%). Of the strains isolated from drinking water, total coliform represents 8.5% and fecal coliform represents 3.7%. Isolation rate of fecal coliform according to kinds of drinking water was 11.6% in spring water, 2.5% in ground water (as official application) and 3.3% in common dringking water(as civil application). The antibiotic susceptible rates to ampicillin, gentamycin, imipenem of E. coli isolated from drinking water were 100%. but the resistance rates to tetracycline was 25%, cephalothin and streptomycin were 14%, amikacin was 8%, chloramphenicol, nalidixic acid and ticarcillin were 6%, respectively.

Key words : fecal coliform, dringking water, antibiotic susceptibility

서  론

최근 인류의 참살이(well-being) 욕구가 증대됨에 따라 인간의 건강을 유지하는데 중요한 요소인 먹는물에 대한 국민들의 관심이 커지고 있다. 먹는물의 안전성 확보를 위한 평가요소에는 미생물, 건강상 유해영향 유.무기물질, 심미적 영향물질 등이 있는데 이 중 미생물은 공중보건측면에서 가장 중요한 평가요인이라 할 수 있다. 먹는물 및 먹는물공동시설의 미생물 검사항목은 현재 일반세균, 총대장균군, 분원성대장균군, 여시니아균 등 4가지 요소가 있는데 총대장균군은 지표미생물로 거의 모든 나라의 수질기준에 가장 보편적으로 사용되고 있는 항목이다. 그러나 총대장균군 검사는 동물 장내 유래균만이 아니고 환경에서 서식하는 균도 포함할 수 있는 한계점 때문에 정수처리의 적정성 여부나 배급수계통의 수질변화에 대한 지표로만 권장되고 있으며, 먹는물에서 분변오염에 의한 병원균으로부터 안전성 확인에는 더 이상 권장되지 않는다(1). 따라서 WHO를 비롯하여 미국 등의 선진외국에서는 대장균군이 검출될 경우에 분원성대장균군(fecal coliform)이나 대장균(E. coli)을 검사하여 분변오염 여부를 확인하도록 규정함으로써, 불필요한 수질위반 경고를 줄이고 보건학적 안전성을 정확히 진단하여 먹는물에 대한 신뢰성을 높이고 있다. 우리나라에서도 2002년 7월 1일부터 먹는물에서 병원성미생물 관리 강화 목적으로 분원성대장균군과 대장균이 추가지정 되었다(2, 3).

한편 대장균은 사람과 온혈 동물 장관내 서식균으로 자연계에서는 비교적 생존 기간이 짧아 적절한 오염지표군이지만 동정하기 위해서는 생화학적시험 등을 실시하여야 하므로 매우 번거롭다. 이러한 단점을 보완하기 위해 고안된 방법이 EC broth법으로 44.5℃에서 유당을 발효하는 대장균군을 분원성대장균군이라하여 분변유래균으로 구분하고 있다. 분원성대장균군의 분리를 위해서는 정밀한 배양온도 관리가 요구되는데 44.5℃를 넘어가면 E. coli가 증식하지 않으며 또한 이 온도보다 낮으면 E. coli 이외의 균도 증식하게 되기 때문이다. 따라서 내열성대장균군이라고도 하며 사람의 분변에서는 E. coli, Klebisiella pne-umoniae, Enterobater agglomerans, Ente-ro-bater cloacae, Citrobacter freundii 등이 분리된다(4).

본 연구는 미생물검사팀에 의뢰된 먹는물에서 분원성대장균군을 분리 동정하여 균종별 분포를 조사하고 시료별 오염현황, 병원성세균의 유무 및 총대장균군과의 검출율 비교하여 분원성대장균군의 전반적인 오염실태를 파악하는데 의의가 있다고 할 수 있다. 그리고 분리균 중 대장균은 항생제감수성 시험을 통해 항생제 내성균주의 존재를 조사하여 시민건강에 기여하고자 한다.

재료 및 방법

1. 실험재료

2004년 2월부터 2005년 2월까지 구청등 관공서에서 의뢰된 먹는물시료 1569건에서 분리한 분원성대장균군 65주와 일반인이 의뢰한 먹는물 1574건에서 분리된 52주 총 117주의 분원성대장균군을 대상으로 분석하였다. 본연구원에 의뢰된 먹는물시료는 관원의 경우 ‘먹는물수질기준및검사등에관한규칙’(3)에 따라 채수한 약수터, 지하수, 수도전, 먹는샘물 시료이고 민원은 직장이나 가정에서 사용하는 정수기물과 개인적으로 의뢰한 지하수등 시료의 종류가 다양하다. 본연구에서는 일반먹는물로 명명했다.

2. 실험방법

1) Fecal coliform 분석방법

먹는물시료에서 분원성대장균군의 분리 동정은 먹는물수질기준및검사등에관한규칙 및 먹는물수질공정시험법, A.P.H.A의 Standard method (5)및 Edward and Ewing's Identification of En-terobacteriaceae (6)에 준하여 실시하였다. 시료 100 ㎖를 LB (Lactose Broth, Difco) 배지가 들어있는 10개 시험관에 각각 10 ㎖씩 넣고 36℃에서 48시간 배양하여 한 개 이상의 시험관에서 산과 가스를 생성할 경우 대장균군 추정시험 양성으로 하고 양성시험관을 EC배지 (Difco)에 이식하여 44.5℃에서 24시간 배양하여 가스를 형성하면 분원성대장균군 양성으로 최종 판정하였다.

2) 분리 및 동정

분원성대장균군 양성으로 최종 확인된 시험관에서 1백금이씩 EMB (Eosine Methylene Blue, Difco)평판배지에 획선 도말하고 36℃에서 24시간 배양하여 전형적인 집락을 TSA (Tryptic Soy Agar, Difco)에 계대배양 후, 장내세균 진단용 Kit인 API 20E (BioMerieux, France)를 사용하여 종명까지 동정하였다(7, 8).

3) 항생제 내성 검사

Table 1. Isolation rates of fecal coliform isolated from drinking water in Seoul
Class	Samples	No. of fecal coliform		Total
		Positive(%)	Negative(%)
Official application	Spring water	59(11.6)	448(88.4)	507
	Ground water	6(2.5)	236(97.5)	242
	Tap water	0(0)	710(100)	710
	Mineral water	0(0)	110(100)	110
Subtotal		65(4.1)	1,504(95.9)	1,569
Civil application	Common drinking water	52(3.3)	1,522(96.7)	1,574
Total		117(3.9)	3,026(96.1)	3,143

분원성대장균군 중 대장균으로 확인된 균주에 대해서 Amikacin (AN：30 ㎍), Ampicillin(AM ：10 ㎍), Ciprofloxacin(CIP：5 ㎍), Chlo-ram-phenicol C：30 ㎍), Cephalothin(CF：30 ㎍), Strep-to-my-cin(S：10㎍), Nalidixic acid (NA：30 ㎍), Gen-ta-mycin(GM: 10㎍), Ceftri-axone(CRO：30 ㎍), Tri-me-tho-prim/sul-fameth-oxazol(SXT：1 ㎍), Ticarcil-lin(TIC：75 ㎍), Te-tracycline (TE：30 ㎍), Cefa-xitin(FOX：30㎍), Amoxicillin/Clavulanic acid(AmC：30 ㎍), Imipenem(IPM:10 ㎍), Cefotaxime(CTX：30 ㎍) 등 모두 16종(BBL)의 항생제디스크를 사용하여 디스크 확산법에 의하여 시험하였다. 즉 시험균액을 MacFarland No. 0.5 표준비색관(1% BaCl2 0.5 ㎖＋1% H2SO4 99.5 ㎖：108 CFU/㎖)에 맞추고 Mueller Hinton agar(Difco)를 멸균하여 45～50℃로 식힌 후 직경 90 mm의 멸균 페트리 디쉬에 20 ㎖씩 배지를 붓고 굳힌 다음 표준 농도화된 균액을 멸균면봉을 이용해 배지전체에 골고루 발랐다. 10분간 방치시켜 표면의 습기를 흡수시킨 후 20종의 항생제 디스크를 배지에 올려놓고 37℃에서 18시간 동안 배양하였다. 배양 후 zone reader (Fisher Pro-ducts)로 억제대의 크기를 측정하여 NCCLS(National Com-m-nittee Clinical Laboratory Standard)기준에 의해 내성과 감수성을 판정하였다(9).

결과 및 고찰

1. Fecal coliform의 시료별 검출율

서울시내 먹는물에서의 시료별 분원성대장균군 검출 결과는 표 1과 같았다. 관원으로 의뢰된 약수터물 507건, 지하수 242건, 수도전 710건, 시판먹는샘물 110건의 시료를 검사한 결과 약수터물에서 59주(11.6%), 지하수에서 6주(2.5%)가 검출되었고 수도전과 먹는샘물에서는 검출되지 않았다. 또한 민원시료에서는 1574건 중 52건(3.3%)이 검출되었다. 염소소독이나 정수처리를 하지 않는 약수터나 지하수가 수도전이나 먹는샘물보다 검출율이 높았고 약수터물이 지하수보다 검출율이 높은 것은 오염원에 노출되기 쉬운 약수터의 구조 때문인 것으로 생각된다.

2. Fecal coliform과 Total coliform 검출율 비교

분원성대장균군과 총대장균군의 검출율 비교에서는 총대장균군은 3143건중 268건이 검출되어 검출율이 8.5%로 분원성대장균군 3.9%에 비해 2배가 넘게 검출되었다(표 2). 수도전과 먹는샘물을 제외하면 2323건에서 267건이 검출되어 부적합율이 11.5%가 되는데 여기에는 분변유래균이 아닌 자연환경에서도 검출되는 균들이 다수 있을 것으로 추정된다. 2002년 검사에서 Rahnella aqua--tillis나 Kluyera spp. 와 같은 균들이 총대장균군으로 검출된 사례가 있다(10). 먹는물 수질기준에서 총대장균군 항목을 제외시켜서 본래 취지에 맞는 분변오염의 감시체계를 강화시키고 불필요한 수질기준 부적합을 줄일 필요가 있다고 생각된다.

3. Fecal coliform의 균종별 분포

Table 2. Isolation rates of fecal coliform and total coliform isolated from drinking water in Seoul
Samples	Fecal coliform			Total coliform
	No. of isolates	% of total		No. of isolates	% of total
Spring water	59	50.5		132	49.3
Ground water	6	5		19	7.1
Tap water	0	0		0	0
Mineral water	0	0		1	0.3
Common drinking water	52	44.5		116	43.3
Total	117	100		268	100

Table 3. Distribution of fecal coliform isolated from drinking water in Seoul
Fecal coliform	No. of isolates		Total
	Spring water Ground water	Common drinking water
Escherichia coli	42	24	66
Enterobacer cloacae	3	8	11
sakazakii	1	-	1
areogenes	-	1	1
Citrobacter freundii	8	3	11
braakii	1	2	3
youngae	1	-	1
Klebisiella pneumoniae	2	3	5
oxytoca	1	1	2
terrigena	-	2	2
ornithinolytica	-	1	1
Salmonella arizonae	1	1	2
Serratia odorifera	1	-	1
ficaria	-	1	1
Acinetobacer spp.	2	1	3
Pseudomonas spp.	2	2	4
Pantoea spp.	-	2	2
Total	65	52	117

시료별로 확인동정된 분원성대장균군의 균종별 분포는 표 3과 같았다. 총 117주 중 E. coli가 66주(56.4%)로 가장 많이 검출되었다. 정수기물 등 일반먹는물보다 약수물이나 지하수에서 대장균의 분포율이 높은 것은 사람이나 동물의 분변에 노출되기 쉬운 구조이기 때문인 것으로 추정된다. 한편, Enterobacter cloacae, Citrobacter freundii 가 각각 11주(9.4%),  Klebisiella pneumoniae가 5주(4.3%)로 검출되어 주요 분변유래 대장균군의 검출 빈도가 높았다. Lavoie(11) 의 열대지역 우물물에서 분리한 분원성대장균군의 분포인 E. coli 66%,  Entero-bacter cloacae 4%, Ci-tro-bacter freundii 1% Klebisiella pneumoniae 9%와 비교하면 상대적으로 대장균의 검출률이 낮았다. 이것은 함 등(12)의 1997년 먹는물에서 분리한 대장균군의 분포와 비교하면 E. coli 27.9%,  Enterobacter cloacae 5.1%, Citrobacter freundii 3.7% Klebisiella pneumoniae 8.8% 보다 높은 분포를 차지하고 있다. 이로써 총대장균군 보다는 분원성대장균군의 검사를 강화하여 먹는물에서 대장균군 검사의 목적인 분변오염에 의한 병원균으로부터 안전성을 확보하는 것이 효율적인 방안이라 생각된다. 또한 검사결과에서 환경세균인 Acinetobacer, Pseudomonas, Pantoea 속균이 9건(7.7%) 검출되었다. 이는 자연환경세균도 대장균군실험에서 양성으로 나타날 수 있다는 이 등의 보고들과 일치하는 결과이다(13). 따라서 현행 실험방법에서 이러한 균들을 배제할 수 생화학적실험이나 방법이 추가되는 것이 바람직하다고 사료된다.

4. 항생제 감수성

Table 4. Antibiotic resistance in E. coli isolated from dringking water in Seoul
Antibiotics	No. of isolates (%)
	Resistance	Intermediate	Susceptible
Ampicillin(AM)	0(0)	0(0)	66(100)
Amikacin(AN)	5(8)	4(6)	57(86)
Ciprofloxacin(CIP)	1(2)	0(0)	65(98)
Chloramphenicol(C)	4(6)	0(0)	62(94)
Cephalothin(CF)	9(14)	32(48)	25(38)
Streptomycin(S)	9(14)	2(3)	55(83)
Nalidixic acid(NA)	4(6)	0(0)	62(94)
Gentamycin(GM)	0(0)	0(0)	66(100)
Cefotaxime(CTX)	0(0)	1(2)	65(98)
Ceftriaxone(CRO)	0(0)	1(2)	65(98)
Trimethoprim/Sulfamethoxazole(SXT)	3(4)	1(2)	62(94)
Ticarcillin(TIC)	4(6)	0(0)	62(94)
Tetracycline(TE)	16(24)	0(0)	50(76)
Cefoxitin(FOX)	1(2)	2(3)	63(95)
Amoxicillin/Clavulanic acid(AmC)	3(5)	12(18)	51(77)
Imipenem(IPM)	0(0)	0(0)	66(100)

분원성대장균군중 대장균으로 확인된 균주 66건의 항생제 감수성 결과는 표 4와 같았다. 총 16종의 항균제 중 100% 감수성을 나타낸 항균제는 Ampicillin, gentamycin, imipenem 등 총 3 종이었으며 다음으로 감수성이 높은 항생제는 Ci-pro--floxacin, cefotaxime, ceftriaxone이 각각 65주(98%), cefoxitine이 63주(95%), chloram-phenicol, nalidixic acid, trimethoprim/sul-fa-methoxazol, ticarcillin이 각각 62주(94%)롤 90%대 이상의 높은 감수성 비율을 보였으며 반면에 Tetracycline은 내성율이 25%로 가장 높게 나타났다. 그 밖에 Cephalothin, strepto-mycin 내성균주가 9주(14%), Amikacin 5주(8%), chlo-ramphenicol, nalidixic acid, ticarcillin 4주(6%) 순이었다. 중간내성을 나타낸 것은 Ce-pha-lo-thina-mikacin 32주(49%), amoxicillin/Cla-vulanic acid 12주(18%), amikacin 4주(6%), streptomycinti, cefoxitin 2주(3%) 순이었다. 이는 최 등의 식육에서 분리한 대장균에서는 100% 감수성을 보인 항생제는 없었고 Ampicillin 77%, gentamycin 90%, chloram-phenicol 86%, nalidixic acid 92%의 감수성을 보인것과 달랐다(14). 또한, 한 등(15)의 수산물에서 분리한 대장균에서는 ampicillin 92%, gentamycin 97%, chloramphenicol 97%, nalidixic acid 97% 로 시료에 따라서 조금씩 다른 결과를 보여주었고 전반적으로 먹는물에서 분리한 대장균이 항생제감수성이 높은 것으로 나타났는데 이는 식육이나 수산물에 비해 항생제 내성균주가 상대적으로 적지만 내성유전자의 전이가 이루어졌다는 것을 보여주는 것이다.

결  론

1. 2004년 2월부터 2005년 2월까지 의뢰된 먹는물 3143건의 시료를 실험한 결과 117건(3.9%)의 분원성대장균군이 검출되었다. 시료별로는 약수터물 59건, 지하수 6건, 정수기 등 일반먹는물 52건 등이었다.

2. 대장균군에서 분원성대장균군의 분리율은 약수터물에서는 총대장균군이 132중 59건 39.4% 지하수에서는 19중 6건 31.6%, 정수기물등 일반먹는물에서는 116건 중 52건 44.8%가 분리되어 총 268건의 총대장균군에서 117건의 분원성대장균군이 분리되었다(43.7%).

3. 분원성대장균군의 균종별 분포는 E. coli가 66주(56.4%)로 가장 많이 검출되었고 다음으로 Enterobacter cloacae, Citrobacter freundii 가 각각 11주(9.4%), Klebisiella pneumoniae 가 5주(4.3%)로 높은 분포를 차지하고 있었고 환경세균인 Acinetobacer, Pseudomonas, Pan-toea 속균도 9건(7.7%) 검출되었다.

4. 16종의 항균제 중 100% 감수성을 나타낸 항균제는 ampicillin, gentamycin, imipenem 등 총 3 종이었으며 tetracycline은 내성율이 25%로 가장 높게 나타났다. 그 밖에 cephalothin, streptomycin 내성균주가 9주(14%), amikacin 5주(8%), chloram-phenicol, nalidixic acid, ticarcillin 4주(6%) 순이었다.

참고문헌

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2. 정현미 : 수질의 미생물학적 관리기법 연구, 국립환경연구원, 1998.

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11. Lavoie, M. C. : Identification of strains isolated as total and fecal coliforms and comparison of both groups as indicators of fecal pollution in tropical climates. Can. J. Microbiol., 29:689～693, 1983.

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