[영국] “하수에 포함된 항생제 ‘시프로플록사신’, 심각한 위험 초래”

영국 엑서터대 연구팀, ‘시프로플록사신’이 하수 및 방류된 강·하천서 항생제 내성 증가시킬 가능성 발견

환경과학 및 건강 다루는 과학저널인 『Environment International』 최근호에 게재

영국 엑서터대(University of Exeter) 연구팀은 하수에 포함된 항생제 ‘시프로플록사신’이 하수 및 방류된 강·하천서 항생제 내성 증가시킬 가능성이 있다는 것을 발견했다.

 

처리되지 않은 하수를 강·하천이나 바다에 버리는 것이 오염 경고를 촉발함에 따라, 새로운 연구는 영국 전역의 하수 시스템과 관련된 항생제 내성을 증가시키는 ‘상당한 위험(significant risk)’을 확인했다.

영국 잉글랜드 데번주에 있는 엑서터 대학교(University of Exeter) 연구팀은 현재 영국 환경 내 항생제가 제기하는 위험성에 대한 가장 포괄적인 평가를 수행했으며, 현재 환경과학 및 건강을 다루는 과학저널인 『Environment International』에 게재되어 있다.

연구팀은 항생제 시프로플록사신(ciprofloxacin)의 수치가 하수와 경우에 따라서는 강에서 항생제 내성을 증가시킬 가능성이 있다는 것을 발견했다. 시프로플록사신은 호흡기, 피부, 요로 감염을 치료하는 데 일반적으로 사용된다.

결정적으로, 이 연구는 장기간의 위생 기반 시설을 갖추고 있음에도 불구하고 영국과 같은 고소득 국가에서 인간 배설물로 인한 항생제 오염이 환경에 위험을 초래한다는 것을 보여준다.

[그림 1] 항생제 분석에 사용된 하수처리장(WWTP)을 보여주는 영국 지도

포인트는 영국 지역에 해당하는 색상이다. [출처 = 『Environment Internationa』]

 

항생제 내성은 세계보건기구(WHO)에 의해 우리 시대의 가장 큰 건강 위협 중 하나로 인식되고 있다. 오는 2050년까지 매년 최대 1천만 명의 사망자가 호흡기, 성병, 요로 감염을 포함한 일반적인 질병을 치료하는 데 더 이상 효과가 없는 항생제와 다른 항균제로 인해 발생할 수 있다. 내성의 위협은 또한 기본적인 수술 후에 감염에 걸릴 위험을 증가시킬 수 있다.

의약품으로 사용되는 항생제의 약 70%는 환자가 배설하는 미량의 잔류물과 의약품의 부적절한 폐기 등을 통해 자연 환경에서 처리된다.

박테리아는 이러한 하수에도 존재하며, 항생제에 노출되면 이러한 환경 내에서 내성을 진화시킬 수 있다. 이것은 예를 들어 수영하는 동안 물을 삼킴으로써 저항성 박테리아가 장에 들어가 정착한다면 인간의 건강에 대한 위협이 증가한다는 것을 의미할 수 있다.

최근 영국 물산업 리서치(UK Water Industry Research ; UKWIR)가 조사한 바에 따르면 처리되지 않은 하수가 처리장으로 유입되고, 처리된 하수가 하천과 강으로 배출되는 여러 항생제 농도를 측정했다. 영국 전역의 67개 하수처리장에서 실시된 이 조사는 사계절 내내, 수년에 걸쳐 수행되었다.

엑서터 의대(University of Exeter Medical School) 연구팀은 이 데이터를 항생제 내성을 높이는 가장 낮은 항생제 농도를 결정한 이전 연구 결과와 비교했다. 그들은 항생제 시프로플록사신이 하수와 환경에서 항생제 내성 박테리아를 증가시킬 수 있는 상당한 위험이 있다는 것을 발견했다.

연구를 이끈 엑서터 대학의 에이미 머레이(Aimee Murray) 박사는 “우리는 항생제가 환경 오염물질이라는 사실에 대한 더 많은 인식이 필요하다. 우리가 항생제를 복용할 때, 그것들은 우리 몸에 의해 완전히 분해되지 않고, 결국 하수 처리 시스템으로 배설되고, 그리고 나서 환경으로 방출된다”라면서 “이 연구는 항생제 오염이 하수나 어떤 경우에는 우리 강에서 항생제 내성을 증가시킬 수 있다는 것을 보여준다. 항생제 내성 수준이 높아지면 인간의 건강에 더 큰 위협이 된다”고 강조했다.

에이미 머레이 박사는 이어 “이것은 환경 내 항생제 내성을 증가시킨다는 측면에서 영국에서 항생제가 제기하는 위험에 대한 첫 번째 증거이며, 하수 오염에 대한 현재 대중의 우려를 고려할 때 매우 시의 적절하다·라면서 。환경으로의 항생제 방출은 현재 규제되지 않지만, 이 논문과 다른 새로운 연구는 이것이 미래에 필요할 수 있음을 시사한다”라고 덧붙였다.

엑서터 대학의 박사과정 학생이자 공동 제1저자인 에이프릴 헤이스(April Hayes)는 “영국의 지표수 오염에 대한 우려가 증가하고 있으며, 이 연구는 의약품 오염이 잉글랜드와 웨일스의 수역에도 위협이 된다는 것을 보여준다”고 말했다. 

에이프릴 헤이스는 이어 “이 연구는 이러한 위험이 여러 가지 다른 요인들로 인해 지역별로 달라질 수 있음을 보여준다”라면서 “항생제 처방 비율이나 사용되는 하수처리의 종류와 같은 이러한 지역 간의 차이를 더 잘 이해하는 것이 이 긴급한 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다”고 말했다.

[그림 2] 각 위험 범주를 초과하는 시프로플록사신 위험 지수(RQ) 값의 백분율

[출처 = 『Environment Internationa』]

 

엑서터 대학의 박사과정 학생이자 공동 제1저자인 로라 머리(Laura Murray)는 “오수가 처리되고 있음에도 불구하고 영국 하수 유출에 항생제가 지속될 수 있다. 시프로플록사신(ciprofloxacin)과 같은 일부는 항생제 내성 세균의 진화를 촉진할 수 있는 수준으로 강을 포함한 영국의 지표수에서 존재할 수 있다”라면서 “특히 우려되는 것은 폭우 시 처리되지 않은 하수가 범람(overflow)을 일으킬 수 있다”고 강조했다.

로라 머리는 이어 “한편으로, 유입된 하수의 배출은 하수가 처리되지 않았기 때문에 더 높은 항생제 내성 위험을 초래할 수 있다. 다른 한편으로는 원하수(처리가 되지 않은 그대로의 하수)는 빗물로 심하게 희석되어 위험을 감소시킬 수 있다. 확실히 원하수의 배출은 항생제 내성 위험에 어떻게 영향을 미치는지 완전히 이해하기 위해서는 하수도 범람에 대한 더 많은 연구가 필요하다”고 덧붙였다.

이 연구는 영국 동부지역이 원하수에서 항생제 내성 발달의 위험이 가장 높다는 것을 발견했다. 이스트 미들랜드(East Midland)는 전반적으로 처리된 하수에서 가장 높은 위험을 보았고, 웨스트 미들랜드(East Midland)와 사우스 웨스트(South West)는 그 뒤를 바짝 쫓았다. 이것은 또한 처리된 하수를 받는 강과 하천의 세 지역에 대해 가장 높은 예측 위험으로 해석되었다.

엑서터 대학의 항생제 내성 연구 프로그램의 광범위한 환경 차원을 이끌고 있는 윌 게이즈(Will Gaze) 교수는 “항생제 내성의 진화에 관한 우리의 데이터를 정책과 실천에 알리는 데 사용할 수 있는 위험 평가로 번역하는 것이 중요하다”라면서 “이 연구는 이 접근법의 훌륭한 예이다”라고 말했다.

이 논문의 제목은 ‘영국 하수 및 수생 환경에서 항균 저항성에 대한 예측 선택 : 시프로플록사신은 심각한 위험을 초래한다(Predicting selection for antimicrobial resistance in UK wastewater and aquatic environments: Ciprofloxacin poses a significant risk)’이다.

[원문보기]

Wastewater alert: research highlights antimicrobial resistance risk

 

As the dumping of untreated wastewater into the sea sparks pollution warnings, new research has identified a “significant risk” of increasing antibiotic resistance associated with wastewater systems across the UK.

A research team, led by the University of Exeter, has carried out the most comprehensive assessment of risks posed by antibiotics in the environment in the UK to date, now published in the journal Environment International.

The team discovered that the levels of the antibiotic ciprofloxacin are likely to result in increased antibiotic resistance in wastewater and, in some cases, potentially in rivers. Ciprofloxacin is commonly used to treat respiratory, skin, and urinary tract infections, amongst other conditions.

Crucially, the research shows that antibiotic pollution from human waste poses a risk in the environment in higher income countries like the UK, despite having longstanding sanitation infrastructures.

Antibiotic resistance is recognised by the World Health Organisation as one of the greatest health threats of our time. By 2050, up to 10 million deaths each year could be caused by antibiotics and other antimicrobial drugs no longer working to treat common diseases, including respiratory tract, sexually transmitted, and urinary tract infections. The threat of resistance could also increase the risk of contracting infection after basic surgical procedures.

Around 70 per cent of the antibiotics taken as medicines end up in the natural environment, through trace residues excreted by patients and inappropriate disposal of medicines, among other sources.

Bacteria are also present in these wastewaters, and when they are exposed to antibiotics, they can evolve resistance within these environments. This could mean an increased threat to human health, if resistant bacteria enter and colonise the gut, for example through swallowing water while swimming.

A recent survey by UK Water Industry Research (UKWIR) measured the concentrations of several antibiotics in untreated wastewater entering treatment plants, and the treated wastewater that is released into rivers and streams.

The survey, conducted at 67 treatment plants across the UK, was carried out across all four seasons, over multiple years.

The research team at the University of Exeter Medical School compared this data to results from their previous studies, which determined the lowest antibiotic concentrations that increase antibiotic resistance. They found that there is a significant risk that the antibiotic ciprofloxacin could result in increased antibiotic resistant bacteria in wastewater and the environment.

Dr Aimee Murray, of the University of Exeter, who led the research, said: “We need more awareness of the fact that antibiotics are environmental pollutants. When we take antibiotics, they aren’t fully broken down by our bodies, but end up being excreted into our wastewater treatment system, and then released into the environment. This research shows that antibiotic pollution could increase antibiotic resistance in sewage and in some cases, our rivers. Elevated levels of antibiotic resistance pose a greater threat to human health.”

“This is the first evidence of risks posed by antibiotics in the UK in terms of driving increased antibiotic resistance in the environment, and it’s very timely considering current public concern over sewage pollution. Release of antibiotics into the environment isn’t currently regulated, but this paper and other emerging research suggests this may be required in future.”

April Hayes, PhD student at the University of Exeter and joint first author, said: “Concern is increasing about pollution in our surface waters in the UK, and this research demonstrates that pharmaceutical pollution is also a threat to our waters in England and Wales. Additionally, this research shows that this risk can vary by region, likely due to a number of different factors. Further understanding of the differences between these regions, such as antibiotic prescribing rates, or types of wastewater treatment used, may help in addressing this pressing issue.”

Laura Murray, PhD student at the University of Exeter and joint-first author, said: “Antibiotics can persist in UK wastewater effluent despite the sewage being treated. Some, such as ciprofloxacin, can be present in UK surface waters, including rivers, at levels that may drive evolution of antibiotic resistant bacteria. A particular concern is that storms and heavy rainfall can cause untreated sewage overflows. On one hand, discharge of raw sewage could result in higher antibiotic resistance risks as the sewage hasn't been treated; on the other hand, the raw sewage may be heavily diluted with rainwater, which will decrease risks. Certainly, more research on combined sewer overflows is needed to fully appreciate how raw sewage discharges impact antibiotic resistance risk."

The research found that the East of England had the highest risks of antibiotic resistance development in untreated sewage. The East Midlands saw the highest risks in treated sewage overall, with the West Midlands and the South West close behind. This also translated into highest predicted risks for these three regions in the rivers and streams receiving the treated sewage.

Professor Will Gaze, who leads the wider environmental dimension of antibiotic resistance research programme at the University of Exeter, said: “It’s important to translate our data on evolution of antibiotic resistance into risk assessments that can be used to inform policy and practice. This research is a great example of this approach”

The paper is entitled ‘Predicting selection for antimicrobial resistance in UK wastewater and aquatic environments: ciprofloxacin poses a significant risk’.

[출처 = 엑서터대학(https://www.exeter.ac.uk/news/research/title_933375_en.html)/ 2022년 10월 13일]

[출처 = Environment Internationa(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412022004159) / Volume 169, November 2022]