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녹농균의 생장과 생물막 형성에 미치는 전기와 전자기의 효과

Electric and electromagnetic effects on growth and biofilm formation of Pseudomonas aeruginosa

미생물학회지 2020년 56권 3호 p.277 ~ 284
김세진, 신영선, 박신해, Im Su-Jin, 황현지, 김수경, 이준희,
소속 상세정보
김세진 ( Kim Se-Jin ) - Pusan National University College of Pharmacy Department of Pharmacy
신영선 ( Shin Young-Sun ) - Pusan National University College of Pharmacy Department of Pharmacy
박신해 ( Park Shin-Hae ) - Pusan National University College of Pharmacy Department of Pharmacy
 ( Im Su-Jin ) - Pusan National University College of Pharmacy Department of Pharmacy
황현지 ( Hwang Hyeon-Ji ) - Pusan National University College of Pharmacy Department of Pharmacy
김수경 ( Kim Soo-Kyoung ) - Pusan National University College of Pharmacy Department of Pharmacy
이준희 ( Lee Joon-Hee ) - Pusan National University College of Pharmacy Department of Pharmacy

Abstract

세균의 생장과 생물막 형성은 인체 내에서 심각한 감염을 매개하며 여러 건축물 혹은 산업 시설에서 많은 문제를 야기한 다. 본 연구에서는 전기 혹은 자기장이 세균의 생장과 생물막 형성을 변화시킬 수 있는지 조사하였다. 세균 모델로는 일반 적으로 많이 사용되는 대장균(Escherichia coli)과 생물막을 잘 형성하는 병원성 세균인 녹농균(Pseudomonas aeruginosa), 그 리고 화농성 세균인 황색포도상구균(Staphylococcus aureus) 이 사용되었다. 직류 전기를 대장균, 녹농균, 황색포도상구균 에 인가하였을 때, 1.5 V에서는 영향이 없었으나, 3 V에서는 생장이 억제되었으며, 특히 + 전극 쪽에서 생장이 더 강하게 억제되었다. 생물막 형성에 미치는 자기장의 효과를 알기 위 해, 녹농균이 flow-cell 내에서 생물막을 형성하는 동안 자석 또는 flow-cell을 감은 솔레노이드를 통해 자기장을 부여하였 다. 자기장의 크기는 솔레노이드의 코일 수를 변화시킴에 의 해 조절되었으며, 전류 및 전압과 같은 다른 요소는 일정하게 고정되었다. 생물막 형성을 공초점 현미경으로 관찰 및 정량 한 결과는 녹농균의 생물막 형성에 대한 자기장의 영향이 크 기에 따라 다르다는 것을 보여주었다. 강한 자기장이 녹농균 생물막 형성을 억제할 수도 있었으나, 약한 자기장이 주어졌 을 때는 오히려 생물막 형성이 증가함을 보여주었다.

Bacterial growth and biofilm formation mediate serious infections in human and cause many problems in civil and industrial facilities. In this study, electricity and magnetic field have been tested to modulate bacterial growth and biofilm formation. As model bacteria, a common model bacterium Escherichia coli, a human pathogen Pseudomonas aeruginosa that is a notorious biofilm-former, and a pus-forming pathogen Staphylococcus aureus were used. When direct current electricity was applied, there was no effect at 1.5 V, but bacterial growth was suppressed at 3 V, and growth was more strongly suppressed on the cathode side. To know the magnetic field effect on biofilm formation, while P. aeruginosa was forming biofilm in flow-cell system, magnetic field was given by magnet or solenoid wound around the flow-cell chamber. The magnitude of magnetic field was adjusted by changing the number of coils of the solenoid and other factors such as current and voltage were fixed. Our results obtained from the observation and quantification by confocal microscopy showed that the magnetic field’s effect on biofilm formation of P. aeruginosa varies depending on the magnitude of the field. Although strong magnetic fields might inhibit biofilm formation, our results showed that biofilm formation increased when a weak magnetic field is given.

키워드

Pseudomonas aeruginosa; biofilm; formation; electricity; flow-cell; magnetic field

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