[미국] 미국화학회, “하수도 생물막에 코로나 바이러스 RNA 축적 가능”

ACS(미국화학회) 발행 『환경과학기술(ES&T)』 연구진이 밝혀

“가정 배출 물·슬러지 하수구로 모이면서 고형물 일부 가라앉아 끈적한 생물막 배관에 쌓여”

‘코로나19(COVID-19)’ 대유행 기간 동안, 하수처리장에 유입되는 하수에서 코로나 바이러스(SARS-CoV-2) RNA의 수준을 모니터링하는 것이 연구원들이 질병의 확산을 측정하는 하나의 방법이 되었다.

그러나 대부분의 하수관로에 늘어선 끈적끈적한 미생물들이 그들이 접하는 바이러스 RNA(Ribonucleic acid ; 리보핵산)에 영향을 줄 수 있을까? 

 

미국화학회(ACS)에서 발간하는 학술지 『환경과학기술(ES&T)』의 연구진은 하수 점액(slime)이 코로나 바이러스(SARS-CoV-2) RNA를 축적할 수 있으며, 이는 나중에 분해되거나 벗겨져 하수 역학 연구의 정확성에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있다고 보고했다. [사진은 본 기사와 관련 없음]

 

미국화학회(ACS ; American Chemical Society)에서 발간하는 환경 분야 세계 최고 권위의 학술지인 『환경과학기술(ES&T ; Environmental Science and Technology)』의 연구진은 하수 점액(slime)이 코로나 바이러스(SARS-CoV-2) RNA를 축적할 수 있으며, 이는 나중에 분해되거나 벗겨져 하수 역학 연구의 정확성에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있다고 보고했다.

가정에서 나오는 물과 슬러지가 하수구로 모이면서 고형물의 일부가 가라앉고 끈적끈적한  미생물 생물막이 파이프 안에 쌓인다. 이전의 연구원들은 폴리오바이러스(poliovirus), 엔테로바이러스(enteroviruses), 노로바이러스(noroviruses) 같은 RNA 바이러스가 이 점액(slime) 안에 갇히고 모일 수 있다는 것을 보여주었다.

그러나 이 끈적한 물질이 하수로부터 코로나 바이러스(SARS-CoV-2) 입자나 RNA를 축적할 수 있는지는 알려지지 않았다. 니콜 파렌펠드(Nicole Fahrenfeld)와 동료들은 앞서 코로나19 발생 건수가 적은 대학 기숙사에서 하수구 퇴적물에서 바이러스 RNA를 검출한 바 있다.

그래서, 연구팀은 코로나19 발생률이 낮거나 높을 때 생물막이 처리되지 않은 하수에서 SARS-CoV-2 RNA를 통합할 수 있는지 확인하기를 원했다.

시뮬레이션된 하수 점액을 성장시키기 위해 연구원들은 내부에 제거 가능한 PVC(폴리염화비닐) 조각이 있는 원통형 탱크에 미처리 하수를 지속적으로 펌핑했다.

그들은 생물막(biofilm)의 구성을 평가하기 위해 며칠마다 PVC판을 제거하는 28일 간의 두 가지 실험을 수행했다. 이어 연구팀은 역전사 정량 중합효소 연쇄반응이라는 방법을 이용해 처리되지 않은 하수와 생물막에서 SARS-CoV-2 RNA와 사람의 대변을 나타내는 지표인 후추모틀바이러스(pepper mottle virus) RNA의 농도를 측정했다.

2020년 8월과 9월, SARS-CoV-2 RNA의 수치가 너무 낮아 시뮬레이션된 하수 점액과 그것이 자란 하수 모두에서 정확하게 측정될 수 없었다. 연구진은 이 같은 결과가 당시 코로나19 감염의 발생률이 낮았던 것과 일치한다고 밝혔다. 그러나, 2020년 11월과 12월 사이 하수에서 SARS-CoV-2의 존재는 여전히 낮았지만 점액에서 RNA 수치가 증가했다.

 

하수 생물막에서 코로나 바이러스(SARS-CoV-2) RNA의 축적 모습.  [사진출처(photo source) = 미국화학회(ACS)]

 

후추모틀바이러스(pepper mottle virus) RNA의 양은 성장 첫 주 내에 정체되었는데, 이는 생물막에서 SARS-CoV-2 RNA의 증가가 대변의 부피가 증가했기 때문은 아니라는 것을 나타낸다. 오히려 이러한 변화는 늦가을에 코로나19로 진단된 환자 수가 더 많았음을 반영했다.

연구팀은 다른 요인들을 먼저 평가할 필요가 있기 때문에, 이러한 생물막들이 하수 역학 연구에 정확히 어떤 영향을 미치는지 아는 것은 아직 시기상조라고 연구원들은 말한다. 예를 들어, RNA(리보핵산)는 분해될 수도 있고, 나중에 생물막이 분해될 때 하수로 방출될 수도 있다.

저자들은 미국 국립과학재단(U.S. National Science Foundation), 코로나19 대응 및 전염병 대비를 위한 럿거스센터(Rutgers Center for COVID-19 Response and Pandemic Preparedness), 럿거스 대학원 연구 가속화 및 완료 펠로우십(Rutgers School of Graduate Studies Acceleration and Completion Fellowship)에서 연구자금을 지원받았다고 인정했다.

미국화학회(ACS ; American Chemical Society)는 미국 의회에 의해 공인된 비영리단체이다. ACS의 임무는 지구와 모든 사람들의 이익을 위해 더 넓은 화학 기업과 그 실천자들을 발전시키는 것이다.

 

연구팀은 다른 요인들을 먼저 평가할 필요가 있기 때문에, 이러한 생물막들이 하수 역학 연구에 정확히 어떤 영향을 미치는지 아는 것은 아직 시기상조라고 연구원들은 말한다. 예를 들어, RNA(리보핵산)는 분해될 수도 있고, 나중에 생물막이 분해될 때 하수로 방출될 수도 있다.  [사진은 본 기사와 관련 없음]

 

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[원문보기]

Sewer slime can hang on to SARS-CoV-2 RNA from wastewater

“Accumulation of SARS-CoV-2 RNA in Sewer Biofilms”

During the COVID-19 pandemic, monitoring the levels of SARS-CoV-2 RNA in wastewater entering treatment plants has been one way that researchers have gauged the disease’s spread. 

But could the slimy microbial communities that line most sewer pipes affect the viral RNA they encounter? In a first-of-its-kind study, researchers report in ACS ES&T Water that sewer slime can accumulate SARS-CoV-2 RNA, which could decompose or slough off later, potentially impacting the accuracy of wastewater epidemiology studies.

As the water and sludge from people’s homes converge in sewers, some of the solids settle out, and gooey microbial biofilms build up within the pipes. Previous researchers have shown that RNA viruses, such as poliovirus, enteroviruses and noroviruses, can get trapped and collect in this slime. 

Yet whether the sticky material can also accumulate SARS-CoV-2 viral particles or RNA from wastewater is unknown. Nicole Fahrenfeld and colleagues previously detected the virus’s RNA in sewer deposits from a university dormitory with a low number of COVID-19 cases, but the amount was too low to accurately assess. 

So, the team wanted to see if biofilms could incorporate SARS-CoV-2 RNA from untreated wastewater during times of low and high COVID-19 incidence.

To grow a simulated sewer slime, the researchers continuously pumped raw wastewater into a cylindrical tank with removable pieces of polyvinyl chloride (PVC) inside. 

They conducted two 28-day experiments, removing PVC plates every few days to assess the biofilm’s composition. Then the team used the method called reverse transcription quantitative polymerase chain reaction to measure the abundance of SARS-CoV-2 RNA and pepper mottle virus (an indicator of human feces) RNA in the untreated wastewater and the biofilms. 

In August and September 2020, the levels of SARS-CoV-2 RNA were too low to accurately measure in both the simulated sewer slime and the wastewater from which it grew. These results align with a low incidence of COVID-19 infections at that time, the researchers say. 

Then, during November and December 2020, although SARS-CoV-2’s presence in the wastewater itself was still low, its RNA levels increased in the slime. 

The amount of pepper mottle virus RNA plateaued within the first week of growth, indicating that the rise of SARS-CoV-2 RNA in the biofilm wasn’t because of a boost in fecal volume. Rather, this change reflected the higher number of diagnosed COVID-19 cases in late fall. 

It’s still too early to know exactly how these biofilms impact wastewater epidemiology studies, since other factors need to be assessed first, say the researchers. For example, the RNA could get broken down, or it could be released into wastewater later on when the biofilms break apart.  

The authors acknowledge funding from the U.S. National Science Foundation, the Rutgers Center for COVID-19 Response and Pandemic Preparedness and a Rutgers School of Graduate Studies Acceleration and Completion Fellowship.

The American Chemical Society (ACS) is a nonprofit organization chartered by the U.S. Congress. ACS’ mission is to advance the broader chemistry enterprise and its practitioners for the benefit of Earth and all its people. 

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[출처=미국화학회(https://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/presspacs/2022/acs-presspac-february-9-2022/sewer-slime-can-hang-on-to-sars-cov-2-rna-from-wastewater.html) / 2022년 2월 9일자 보도자료]