공기 중 바이러스 포집 장비의 효율성 평가 - Semantic …...Airborne infection of livestock disease was first hypothesised in the early 1900s, however, field experimental

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Journal of the Korean Society of Agricultural EngineersVol. 54, No. 1, pp. 63~72, January, 2012DOI:http://dx.doi.org/10.5389/KSAE.2012.54.1.063

공기 중 바이러스 포집 장비의 효율성 평가

Assessment of Instrument Efficiency in Detecting Airborne Virus

하태환*․이인복*,†․권경석*․이성복*․송상현*․J.P. Bitog*․윤순식**

Ha, Taehwan․Lee, In-bok․Kwon, Kyeong-seok․Lee, Sungbok․Song, Sang-hyeon․Bitog, Jessie. P.․Yoon, Soonseek

ABSTRACTIn livestock industry, damage caused by the epidemic diseases such as Foot-and-Mouth Disease (FMD), Highly-Pathogenic-Avian-

Influenza (HPAI) and Porcine-Reproductive-and-Respiratory-Syndrome (PRRS) was very serious. The financial loss incurred from FMD alone which occurred on Nov. 2011 in Korea was estimated at 3 billion won, 23 % of annual livestock industry production. The livestock industry in Korea has greater risk of disease infection because of high density production, etc. Investigating the spread of livestock diseases should consider both direct and indirect contact as well as other various factors including airborne. Airborne infection of livestock disease was first hypothesised in the early 1900s, however, field experimental studies are still limited. Furthermore, no protocol is available in detecting airborne viruses in the field. In this study, effective virus samplers were investigated by comparative analysis of the type of samplers used detect to airborne virus. Laboratory experiments were conducted to compare virus samplers such as Bio-sampler, Dust-sampler, Compact-Cascade-Impactor (CCI) and Microflow in detecting PRRSV. Samples were analyzed by Reverse- Transcription PCR to assess the efficiency of the instrument in detecting the airborne virus. First, samples were classified into five levels according to light intensity of gel images and then the classified results were normalized. In every case, Bio-sampler and Dust- sampler were comparable with each other and have shown to be more effective than CCI and Microflow samplers.

Keywords: Airborne-virus; Bio-sampler; Detecting-efficiency; PRRSV

I. 서 론*

최근 정부 및 지자체의 각종 방역 대책에도 불구하고 구제역

(FMD, Foot-and-Mouth Disease) 및 고병원성조류독감 (HPAI,

Highly-Pathogenic-Avian-Influenza) 등 재난성 질병은 해마

다 발병하고 있으며 돼지생식기호흡기증후군 (PRRS, Porcine-

Reproductive-and-Respiratory-Syndrome) 및 이유후전신소

모성증후군 (PMWS, Postweaning-Multisystemic-Wasting-

Syndrome) 등과 같은 상시 발병하는 만성호흡기질병으로 인한

2차적인 피해 또한 심각한 실정이다 (Jung, 2010). 최근 2010

년 11월 안동에서 발생하여 전국적으로 확산된 구제역의 경우

전체 피해액이 4조원에 달한다고 보고되고 있으며, PRRS와 같

은 만성호흡기질병의 경우 그 피해가 연간 1조원 이상 발생하고

* 서울대학교 농업생명과학대학 지역시스템공학과 & 농업생명과학 연구원

** 농림수산검역검사본부 역학조사과† Corresponding author Tel.: +82-2-880-4586

Fax: +82-2-873-2087E-mail: [email protected]

2011년 12월 9일 투고2011년 12월 22일 심사완료2011년 12월 27일 게재확정

있다. 이러한 축산 질병에 의한 피해를 줄이기 위해서는 사전 예

방 및 질병의 전파를 조기에 차단하는 것이 중요하다

질병의 발생 및 전파 요인으로는 숙주 및 감염된 동물의 혈액,

침, 분변, 오염된 정액 등에 의한 직접 전파 및 운송차량, 농장

작업자의 의복, 벌레 및 해충, 공기를 통한 바이러스 전파 등과

같은 간접 전파로 구분된다 (Jung, 2010). 직접 전파의 경우, 질

병 전파의 경로가 비교적 명확하기 때문에 적절한 방역 대책의

마련 및 방역대의 설정 등 질병 차단 방안이 마련되어 실행되고

있으나 실제로는 질병 전파의 차단이 완벽하게 이루어지지지 못

하고 있는 실정이다. 이는 농장 출입 차량 및 사람에 의한 전파

및 공기 중 전파 등과 같은 간접적인 전파 요인에 의한 질병 전

파의 가능성이 존재하기 때문이다.

과거부터 바이러스의 공기 중 전파 가능성 및 그 위험성은 꾸

준히 제기되어 왔으며 최근에는 공기 중에 떠도는 미세한 입자

(에어로졸)을 통한 구제역 등의 재난성 질병 및 PRRS 등의 만

성호흡기질병의 전파 가능성을 제시하고, 이를 수치 모델 등을

활용하여 추적하기 위한 연구가 진행되고 있다 (Claudia et al.,

2009; Pitkin et al., 2009; Thornley et al., 2009). 그러나 현

장 실험을 통한 공기 중 바이러스 검출의 어려움으로 인하여 공

기 중 바이러스 전파를 통한 질병 확산에 대한 연구는 동일한 공


한국농공학회논문집 제54권 제1호, 201264

간에 질병에 감염되지 않은 개체와 숙주를 함께 위치시켜 질병

감염이 발생하는지를 살펴보는 간접적인 방법에 국한되어 있는

실정이다 (Brockmeier et al., 2002; Otake et al., 2010).

이러한 공기 중 바이러스의 전파를 통한 질병 확산을 조기에

진단 및 초동대처하기 위해서는 현장에서 공기 중 바이러스의

즉각적인 검출이 필수적인데, 공기 중 존재하는 바이러스 및 바

이러스가 흡착된 에어로졸을 검출하기 위한 실험에 대해서는 명

확한 기준이 제시되어 있지 않아 그 실험에 대한 신뢰성이 떨어

지는 편이다.

따라서 이번 연구에서는 현장에서의 보다 효과적인 공기 중 바

이러스 검측을 위해서 PRRSV를 대상으로 바이오샘플러, 소형

분진포집기, 포자포집기 등 공기 중 바이러스 포집을 위해서 많

이 사용되고 있는 장비들의 성능 평가를 실시하여 효율적인 장

비를 선정하고자 하였다.

II. 재료 및 방법

1. 돼지생식기호흡기증후군 (Porcine-Reproductive-

and-Respiratory-Syndrome)

1987～1988년 미국의 North Carolina 등 양돈장 밀집분포

지역에서 돼지생식기호흡기증후군 (PRRS)의 발생이 최초로 확

인되었다 (Kang, 1995). 또한 유럽에서는 1993년에 프랑스 중

서부에서 PRRS가 최초로 발견되었으며, 1994년에는 미국, 아

시아, 유럽이라는 서로 다른 대륙의 16개 국가에서 PRRS가 발

병한 것이 공식적으로 발표되었다 (Albina, 1997).

PRRS는 단일 질병으로서도 그 피해가 심각하지만 다른 병원

체들과의 복합 감염을 통해서 다양한 질병 피해를 유발하기 때

문에 국내뿐만 아니라 전 세계적으로 양돈산업분야에 가장 큰

손실을 입히는 질병 중 하나이다 (Kim et al., 2009). PRRS의

주요 임상학적 증상으로는 초기에 식욕감퇴 (Anorexia), 발열

(Fever), 이상체온 (Subnormal temperature), 청색병변 (Cy-

anosis) 등이 나타나며, 그 이후 14～29일 즈음에 모돈의 조산

및 신생자돈에서의 폐사 등 매우 다양한 증세가 나타나는 것이

특징이다 (Kang, et al., 1995).

실험에 사용한 PRRSV는 농림수산검역검사본부 바이러스과

에서 제공받은 바이러스로 역가검사를 통해 1×106 TCID50 농

도의 바이러스를 실험에 이용하였다.

2. 공기 중 바이러스 분사 장비

공기 중 바이러스 분사 장비를 선정함에 있어서 공기 중으로

분사되는 입자의 크기와 돼지가 기침할 때 공기 중으로 발생하

는 입자의 크기의 유사성이 높은 장비를 선정하려 하였다. 그러

나 돼지가 기침할 때 발생하는 입자의 크기 분포에 대한 연구가

진행된바 없어서 대안으로 사람이 기침할 때 발생하는 입자 크

기에 대한 특성을 기준으로 공기 중 바이러스 분사 장비를 선정

하고자 하였다.

선형 연구들에 따르면 사람이 기침할 때 발생하는 에어로졸의

입자 크기는 Fig. 1에서와 같이 대체로 0.1～1 ㎛ 범위에 분

포하는 것으로 확인되었다 (Ersahin, 2007; Holmgren et al.,

2010; Morawska et al., 2009; Yang et al., 2007). Aerosol

spectrometer (GRIMM, Inc., Germany)를 이용하여 공기 중 바

이러스 분사 장비에서 공기 중으로 분사되는 에어로졸의 입경을

분석한 결과 Fig. 2와 같이 분사된 입자의 입경 크기가 대체로

1 ㎛ 이하에 분포함을 확인할 수 있었으며, 이를 통해서 공기

중 바이러스 포집 실험을 위한 공기 중 바이러스 발생 장비 선

정에 대한 타당성을 확인하였다.

Fig. 1 Particle size distribution when human cough or sneeze (Holmgren, 2010)

Fig. 2 Distribution of aerosolized droplet particle size ac-cording to nozzle diameter of aerosolization instrument

하태환․이인복․권경석․이성복․송상현․J.P. Bitog․윤순식

Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, 54(1), 2012. 1 65

(a) Injection test using ink (b) Measurement of injection distance

Fig. 3 Injection distance test for determine size of acrylic chamber

(a) Experimental acrylic chamber (b) Experimental scene using acrylic chamber

Fig. 4 Pictures of acrylic chamber and airborne virus detecting experiment

3. 실험장비

가. 아크릴 실험 챔버

아크릴 실험 챔버의 크기가 충분하지 못할 경우, 공기 중에 바

이러스 분사 시 바이러스가 아크릴 실험 챔버의 벽면에 흡착되

면 에어로졸 형태로 존재하지 못하기 때문에 공기 중 바이러스

포집 장비를 통한 바이러스 포집효율에 대해서 영향을 미치게

된다. 이와 같이 실험에 부정적인 영향을 최소화하기 위하여 Fig.

3과 같이 공기 중 바이러스 분사 장비의 분사 거리에 대한 사전

실험을 통해서 확인된 적정 분사거리 1 m를 기준으로 아크릴 실

험 챔버를 설계하였다.

아크릴 실험 챔버의 용량은 실험에 사용되는 장비를 기준으로

0.25 AER (분당공기교환율, Air Exchange Rate, min－1)을 만

족하도록 설계하였다. 이에 따라 총 흡입 유량의 선정하였는데

실험 시 발생하는 총 흡입유량의 4배인 200 L를 기준으로 지름

이 0.6 m, 높이가 0.7 m가 되도록 챔버를 설계하였으며 유입구

에 직경 0.1 m, 길이 0.4 m 파이프를 부착하여 분사된 시료의

손실을 최소화하고자 하였다. 또한 바이러스 분사 시 챔버 내부

에서의 바이러스 농도 균일성을 위하여 Fig. 4 (a)와 같이 챔버

중앙 바닥에 팬을 설치하여 내부 공기 유동을 형성하였으며 Fig.

4 (b)와 같이 부착된 파이프를 통하여 바이러스를 분사하였다.

나. 공기 중 바이러스 포집 장비

1) 바이오샘플러 (225-9595K4, SKC Inc., USA)

바이오샘플러 (Bio-sampler)는 12.5 LPM (Liter Per Minutes)

의 유량으로 주변 공기를 흡입하여 공기 중에 부유하고 있는 에

어로졸 및 생물학적 입자를 포집하는데 사용되는 장비이다. 바이

오샘플러 내의 노즐은 sonic-orifice 역할을 하여 약 0.1 atm의

압력차를 형성하여 흡입된 에어로졸을 매체 용액에 잡는 역할을

하며 공기 중에 부유하고 있는 에어로졸을 포집하기 위한 매체

용액으로 인산완충용액 20 ml을 사용한다 (Fig. 5 참조).

2) 소형 분진포집기 (901-2011, SKC Inc., USA)

공기 중으로 전파되는 질병의 바이러스는 공기 중 미세 먼지

및 분진에 흡착하여 전파된다고 알려져 있다 (Otake et. al.,

2002, 2010). 따라서 대기 중 황사농도 및 미세 먼지의 농도



(a) Experimental Bio-sampler (b) Experimental scene of bio-sampler

Fig. 5 Pictures of bio-sampler instrument and experiment

(a) Experimental dust-sampler (b) Experimental scene of dust sampler

Fig. 6 Pictures of dust-sampler instrument and dust-sampler installed at pen

측정을 위해 많이 사용되는 소형 분진포집기 (Dust-sampler)를

사용하여 대기 중 에어로졸의 포집을 통해서 공기 중 바이러스

포집을 시도하였다 (Hwang et al., 2008, 2009a, 2009). 소형

분진포집기는 공기 중 각종 분진, 먼지 등의 에어로졸 입자를 포

집하는 장비로 37 mm 테플론 필터 (Teflon filter)를 필터 고정

용 카세트에 설치하여 펌프와 연결한 후 4 LPM의 유량으로 공

기 중 에어로졸 포집을 실시한다 (Fig. 6 참조).

3) 포자포집기 (Microflow 90, Aquaria, Scotland)

포자포집기 (Microflow)는 일반적으로 공기 중 부유 세균 및

포자를 포집하는 장비로 각 세균에 반응하는 특성화된 고형배

지를 사용하는 휴대용 장비이다. PRRSV에 대한 고형배지 대신

에 PBS 용액을 이용하여 장치를 고정시켜 실험을 진행하였으

며 포자포집기 장비의 흡입유량은 30 LPM으로 실시한다 (Fig.

7 참조).

4) 다단포집기 (225-370, SKC Inc., USA)

다단포집기 (CCI)는 Fig. 8 (a)와 같이 하단부에 펌프를 연결

한 뒤 주변 공기를 18LPM의 유량으로 흡입하여 공기 중 입자

를 각 층별 필터에 직경별로 포집하며, 각 층별 포집하는 에어

로졸의 입경은 stage 1 (＞1.2 ㎛), stage 2 (1.0 ㎛～1.2 ㎛),

stage 3 (0.5 ㎛～1.0 ㎛), stage 4 (0.3 ㎛～0.5 ㎛)이다.

다. 공기 중 자유낙하분진 포집

공기 중에 부유하고 있는 미세입자 (에어로졸)는 중력에 의해

서 자유낙하하게 되는데 이러한 자유낙하하는 분진을 포집하기

위해서 페트리접시 (Petri-dish)를 사용하여 실험을 진행하였다.

페트리접시 위에 낙하한 분진이 내부 공기 유동에 의해서 다시

비산되는 것을 방지하기 위해 페트리접시에 인산완충용액과 글

리세롤을 9 : 1 비율로 혼합한 포집 용액을 10 ml 넣어서 실험

을 실시한다.



(a) Experimental microflow (b) Experimental scene of using microflow

Fig. 7 Pictures of microflow instrument and experiment

(a) Experimental CCI (b) Each stages of CCI

Fig. 8 Pictures of Compact Cascade impactor instrument and its components

4. 실험 방법

가. 실험 설계

공기 중으로 분사되는 바이러스 농도에 따른 각 장비별 바이

러스 검출 성능 평가를 위해서 다음 Table 1과 같이 실험 케이

스를 구성하였다. 실험은 각각 장비의 흡입 유량을 고려하여 장

비를 조합하였으며 실험 케이스별 총 흡입유량은 Case 1～3의

경우 48 LPM, Case 4～6의 경우 49.5 LPM으로 두 그룹모두

약 0.25 AER이다.

실험 유량을 유사하게 설계하기 위하여 포자포집기와 다단포

집기 장비는 각 실험 케이스별로 Fig. 9 (a)와 같이 한 대씩 설

치하여 실험을 진행하였고, 바이오샘플러와 소형 분진포집기의

경우에는 각 실험 케이스별로 Fig. 9 (b)와 같이 3대씩 설치하여

실험을 진행하였다. 또한 낙하 분진에 대한 바이러스 포집을 위

하여 페트리접시에 인산완충액을 넣어 실험을 진행하였다.

Table 1 Experimental design for assessment of detecting efficiency of each experimental set according to the concentration of PRRSV

Case Concentration of PRRSV Equipments

Case 1 1×106 TCID50

Microflow,

CCICase 2 5×105 TCID50


Case 4 1×106 TCID50 Bio-sampler,

Dust-sampler,

Petri-dish



실험에 사용한 PRRSV는 공기 중 분사 농도별 포집 효율 분석

을 위하여 기준 농도에 대해서 1배, 2배, 10배 희석하여 진행하

였으며, 실험에 사용된 인산완충용액은 바이러스의 포집율을 높

이기 위하여 글리세롤을 10 % 혼합하여 사용하였다. 또한 실험

시간은 각각의 케이스별로 동일하게 20분간 진행하였으며, 실험



(a) Schematic diagram of case 1, 2 and 3 (experimental equipments are microflow, CCI)

(b) Schematic diagram of case 4, 5 and 6 (experimental equipments are bio-sampler, dust-sampler and petri-dish)

Fig. 9 Schematic diagrams of experiment for detecting airborne virus

시작과 동시에 2 ml의 PRRSV를 아크릴 실험 챔버 내부로 분사

하면서 각 장비들이 공기 중 바이러스를 포집하도록 하였다.

나. RT-PCR (Reverse Transcription Polymerase Chain

Reaction)

Polymerase chain reaction (핵산 중합효소 증폭반응)은 in

vitro에서 DNA의 특정 부위를 실험에 적당한 양만큼 크게 증

폭시킬 수 있는 방법으로 여러 분자생물학적 실험 및 바이러스

확인을 위해서 매우 다양하게 응용되고 있는 방법이다. 역전사

PCR법 (RT-PCR)은 mRNA에 대해서 PCR을 적용하기 위한 방

법으로 RT-PCR을 통해서 DNA로 만들어진 mRNA를 바로 직접

순서결정법 (direct sequencing)에 사용한다. 이 RT-PCR 실험

은 역전사효소를 사용하는 mRNA의 DNA로의 변환, 변환된 DNA

들을 1차 PCR 증폭, 그리고 증폭된 DNA를 직접순서결정법에

사용할 만한 양으로의 추가 증폭을 위한 2차 PCR (re-PCR)의

3단계를 거치게 되며 이렇게 얻어진 2차 PCR 결과물을 전기영

동을 통해서 해당 DNA의 존재 여부를 신속, 정확하게 판단하게

된다.

III. 결과 및 고찰

1. 밝기 강도에 따른 바이러스 포집효율 분석

실험 후 공기 중 바이러스 포집 장비에서 얻은 시료에 바이러

스 DNA가 존재할 경우 육안으로 쉽게 확인할 수 있도록 DNA

의 양을 증폭하는 RT-PCR법을 진행한 뒤 전기영동을 통해서

Fig. 10과 같은 Gel image를 얻었다. 시료에 포함되어 있는 바

이러스 DNA의 양에 따라서 Gel image에 나타나는 단편의 밝

기가 달라지며 바이러스 DNA가 존재하지 않을 경우에는 반응

이 일어나지 않게 된다.

(a) Gel-image of sample (Bio-sampler and Petri-dish)

(b) Gel-image of sample (Petri-dish, Microflow, CCI and origin virus sample)

(c) Gel-image of sample (CCI and Dust-sampler)

Fig. 10 Results of Reverse-Transcription PCR analysis



Fig. 10의 (a)에서와 같이 바이오샘플러 시료인 B1-1～B3-3

이 낙하분진을 포집한 P1-1～P3-1비하여 상대적으로 밝은 것

을 확인 할 수 있는데 이는 바이오샘플러를 통해서 포집한 바

이러스의 양이 상대적으로 많다는 것을 의미한다. 또한 Fig. 10

의 (b)에서는 비교 시료로 사용하기 위해 검사한 Origin 시료가

가장 밝게 나타났으며 포자포집기를 사용한 M-3과 다단포집기

를 사용한 C3-1, C3-2의 경우 바이러스 포집이 거의 이루어지

지 않은 것처럼 어둡게 나타났다. Fig. 10의 (c)에서는 소형 분

진포집기 시료들이 상대적으로 유사한 밝기를 나타내는 것이 확

인되었다.

Fig. 10에서 보이는 밝기 강도에 따라서 Table 2와 같이 총

5단계 (1＋, 2＋, 3＋, 4＋, 5＋)로 분류하여 공기 중 바이러

스 포집 장비에 대한 효율성을 분석하였다. 여기서 1＋의 경우

가장 약한 바이러스 농도가 나타났음을 의미하여 5＋로 숫자가

커짐에 따라서 시료의 바이러스 농도가 강하다는 것을 의미한다.

포자포집기와 다단포집기의 검출률을 보면, 분사하는 바이러스

농도를 1×106 TCID50에서 1×105 TCID50으로 감소시키면 밝기

의 강도는 3＋에서 1＋로 감소하는 경향을 보였다. 또한 1×106

TCID50 농도의 바이러스를 분사하였을 때 다단포집기의 각 단별

로 검출률을 보면 가장 큰 입자를 포집하는 1단에서 0.3～0.5

㎛의 가장 작은 입자를 포집하는 4단으로 내려 갈수록 밝기의

강도는 3＋에서 5＋로 증가하는 경향을 보였다. 이를 통해서

분사하는 바이러스 농도에 따라서 검출되는 바이러스의 농도가

영향을 받는 점을 확인할 수 있었다. 마찬가지로 페트리접시의

경우 바이러스의 농도를 1×106 TCID50에서 1×105 TCID50으로

감소시키면 밝기의 강도 또한 5＋에서 2＋로 감소하는 경향이

나타났다. 여기서 1×106 TCID50 농도의 바이러스를 분사하였을

경우, 페트리접시를 통해서 낙하하는 바이러스를 포집하였을 때

가 포자포집기 및 다단포집기를 사용하여 포집하였을 때보다 높

은 검출률이 나타났다. 이는 실제 현상과는 다르게 이번 실험에

서는 아크릴 챔버라는 제한된 공간에 바이러스가 분사되었기 때

Table 2 Intensity results of aerosolized virus detecting experiment

MicroflowCCI

stage 1 stage 2 stage 3 stage 4

1×106 TCID50 3＋ 3＋ 4＋ 5＋ 5＋5×105 TCID50 2＋ 2＋ 3＋ 4＋ 4＋1×105 TCID50 1＋ 1＋ 2＋ 3＋ 4＋

Bio-sampler Dust-sampler Petri-dish

1 2 3 1 2 3 1 2 3

1×106 TCID50 5＋ 5＋ 5＋ 4＋ 4＋ 4＋ 5＋ 4＋ 4＋5×105 TCID50 5＋ 5＋ 5＋ 4＋ 4＋ 4＋ 4＋ 3＋ 3＋1×105 TCID50 5＋ 4＋ 4＋ 4＋ 4＋ 4＋ 2＋ 3＋ -

문에 측풍 등의 영향으로 인한 바이러스 유실 및 확산이 없었기

때문으로 판단된다.

바이오샘플러의 경우, 검출률이 대부분 밝기 강도 5＋로 나타

났으나 1×105 TCID50 농도의 바이러스를 분사하였을 때 1개의

시료에서 5＋, 2개의 시료에서는 4＋로 나타났다. 또한 소형 분

진포집기의 경우, 검출률은 분사하는 바이러스 농도와 상관없이

모든 시료에서 밝기의 강도가 4＋로 나타났다. 이는 실험 장비

의 민감도에 의한 것으로 판단되며 이번 실험에서 설계한 최저

바이러스 농도인 1×105 TCID50에 대해서도 충분한 바이러스의

포집이 이루어졌다는 것을 의미한다.

Fig. 11과 Fig. 12에서 보이는 바와 같이 바이오샘플러와 소형

분진샘플러의 경우 공기 중 바이러스 농도에 큰 영향을 받지 않

지만 포자포집기, 다단포집기 및 페트리접시를 사용한 낙하분진

포집법은 공기 중 바이러스 농도에 영향을 많이 받는 것으로 나

타났다.

그러나 위와 같은 밝기 강도에 따른 분석은 분석자의 주관적

인 판단이 포함되게 되고 정량적인 분석이 제한적이기 때문에

이미지 분석 프로그램을 사용하여 밝기 강도를 수치화한 뒤 실

Fig. 11 Light intensity of sampling instrument according to concentration of aerosolized virus

Fig. 12 Relative comparison of sampling instrument according to concentration of aerosolized virus



Table 3 Normalized results of aerosolized virus detecting experiment

MicroflowCCI

stage 1 stage 2 stage 3 stage 4

1×106 TCID50 0.41 0.41 0.68 0.88 0.97

5×105 TCID50 0.22 0.20 0.49 0.81 0.83

1×105 TCID50 0.04 0 0.05 0.33 0.31

Bio-sampler Dust-sampler Petri-dish

1 2 3 1 2 3 1 2 3

1×106 TCID50 0.79 0.85 0.80 0.40 0.48 0.51 0.82 0.68 0.76

5×105 TCID50 0.85 0.85 0.93 0.47 0.44 0.40 0.58 0.46 0.43

1×105 TCID50 0.82 0.63 0.55 0.43 0.37 0.34 0.14 0.47 -

험에 사용한 바이러스 원액의 밝기 강도를 기준으로 무반응 (0)

에서 바이러스 원액 농도 (1)로 정규화하여 Table 3과 같은 결

과를 도출하였다.

2. 정규화를 통한 바이러스 포집효율 분석

포자포집기의 경우, 검출률이 분사하는 바이러스 농도에 따라

서 최소 4 %～최대 41 % 정도의 범위에 있었으며, 다단포집

기의 경우 최소 0 %～최대 97 % 정도의 범위에 있었다. 또한

각 단별로 검출률을 살펴보면 1.2 ㎛ 이상의 큰 입자를 포집하는

1단에서는 바이러스 농도를 1×106 TCID50에서 1×105 TCID50

으로 감소시키면 41 %에서 0 %로 감소하는 경향이 나타났다.

또한 0.3～0.5 ㎛의 크기가 가장 작은 입자를 포집하는 4단의

경우 바이러스 농도를 1×106 TCID50에서 1×105 TCID50으로

감소시키면 97 %에서 31 %로 감소하는 경향이 나타났다. 그리

고 4단에서의 검출률이 1～4단 중에서 가장 높은 것으로 나타

났는데 이는 바이러스 분사 장비로부터 배출되는 에어로졸의 입

경이 대부분 0.5 ㎛ 이하로 존재하기 때문인 것으로 판단된다.

바이오샘플러의 경우에는 검출률이 대체적으로 80 % 이상으로

나왔다. 1×105 TCID50 농도의 바이러스를 분사하였을 경우 첫

번째 실험에서는 82 %, 두 번째에서는 63 %, 세 번째에서는 55

%의 검출률이 확인되어 다소 편차가 존재하였으나 다른 공기 중

바이러스 포집 장비와 비교하여 가장 우수한 검출률을 보였다.

소형 분진포집기의 검출률을 보면, 분사하는 바이러스 농도를

1×106 TCID50에서 1×105 TCID50으로 감소시킴에 따라서 평

균 46 %에서 38 %로 감소하는 경향이 나타났지만 대체적으로

유사하였다. 소형 분진포집기를 통한 공기 중 바이러스 검출률은

다소 낮은편이지만 검출률이 43 %±8 %로 큰 차이를 보이지

않는 것을 알 수 있는데 이는 바이오샘플러와 마찬가지로 실험

장비의 민감도가 좋기 때문으로 판단된다. 소형 분진샘플러에서

바이오샘플러보다 낮은 검출률을 나타나는 것은 샘플링 방법적

인 차이에 의한 것으로 판단된다. 바이오샘플러를 통해 얻어지는

Fig. 13 Normalized sampling efficiency of each samples according to concentration of aerosolized virus

Fig. 14 Normalized detecting efficiency of sampling instru-ment according to concentration of aerosolized virus

시료의 경우 내부 PBS 용액에 바로 공기 중 바이러스를 포집하

여 바로 RT-PCR 분석에 이용된다. 그러나 소형 분진포집기를

통해 얻어지는 시료의 경우 필터에 포집된 공기 중 바이러스를

액체로 옮기는 전처리 작업을 거친 후 RT-PCR 분석에 이용되

기 때문에 이 과정에서 바이러스의 손실 및 희석이 발생한 것

으로 판단된다.

Fig. 13과 Fig. 14에서와 같이 바이오샘플러와 소형 분진 샘

플러는 포자포집기, 다단포집기 및 페트리접시를 이용한 낙하분

진포집법에 비하여 공기 중 바이러스 농도 변화에 따른 검출률

의 변화가 적은 것으로 나타났다. 이를 통해서 공기 중 바이러스

의 농도가 낮은 상황에서는 바이오샘플러와 소형 분진포집기가

공기 중 바이러스 포집에 보다 적합한 것으로 판단된다.

1×105 TCID50로 공기 중에 분사한 바이러스 농도가 제일 낮

았던 실험 케이스를 기준으로 액상 시료의 경우 바이오샘플러가

포자포집기 및 페트리접시를 이용한 낙하 분진 포집실험에 비하

여 각각 63 %, 36 % 포집 효율성이 좋은 것으로 확인되었으며

필터 시료의 경우 소형 분진포집기가 다단포집기에 비하여 5 %

포집 효율성이 좋은 것으로 확인되었다.



IV. 결 론

포자포집기와 다단포집기의 경우 공기 중에 존재하는 바이러

스의 농도에 따라서 포집 결과에 많은 영향을 미치는 것으로 나

타났다. 반면에 바이오샘플러와 소형 분진포집기의 경우는 공기

중 바이러스의 농도 변화가 공기 중 바이러스 포집 결과에 큰

영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다. 실험에 사용된 기준 농

도에서부터 10배까지 희석한 저농도의 PRRSV에 대해서 비슷한

포집률을 나타내는 바이오샘플러와 소형 분진포집기가 공기 중

바이러스를 포집하는데 다단포집기, 포자포집기, 낙하분진포집법

보다 효과적인 것으로 판단되었다.

소형 분진포집기의 경우 43 %±8 % 정도로 바이오샘플러와

비교하였을 때 낮은 검집률을 보이고 있는데 이는 실험 장비 및

시료 검사 방법에 의한 것으로 판단되었다. 소형 분진포집기에

사용된 37 mm 테플론 필터의 공극이 2.0 ㎛이기 때문에 필터

에 포집되지 못하고 통과하는 공극 크기 이하의 입자에 의한 것

으로 판단되었다. 그러나 실제 농가현장에서는 사료 입자 및 분

변 입자 등 공기 중 에어로졸에 바이러스가 흡착되어 전파되게

되는데 이러한 입자의 경우 그 크기가 필터의 공극보다 크기 때

문에 현장 상황 고려 시 소형 분진포집기 역시 공기 중 바이러스

및 바이러스가 흡착된 에어로졸에 대한 포집에 적합할 것으로 판

단되었다. 또한 필터 시료라는 특성상 바이오샘플러의 액상 시

료와는 다르게 vortexting 과정을 거쳐야 하기 때문에 이러한 추

가적인 선처리 과정으로 인하여 포집률이 낮게 나온 것으로 판

단되었다.

이번 연구에서는 Reverse-Transcription PCR법에 의한 정

성 분석을 통해서 바이오샘플러, 소형 분진포집기, 포자포집기,

다단포집기, 낙하분진포집법에 대해서 보다 효과적인 공기 중 바

이러스 포집방법을 찾고자 하였는데, 향후 Real-Time PCR법을

통한 보다 정확한 정량적인 분석이 필요할 것으로 판단되었다.

본 연구는 2011년도 농림수산검역검사본부 수의과학기술

개발 용역 연구사업의 연구비 지원 (Z-AD17-2011-12-01)

에 의해 수행되었습니다.

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공기 중 바이러스 포집 장비의 효율성 평가 - Semantic …...Airborne infection of livestock disease was first hypothesised in the early 1900s, however, field experimental