[미국] 워싱턴 주립 대 공동연구 팀, 비소로 오염된 물과 어린이 항생제 내성 연관성 밝혀

비소 오염도가 높을 수록 어린이의 항생제 내성 대장균 유병률 높아

방글라데시의 한 여성과 아이들이 물을 기르고 있는 모습. [사진제공 = WSU]

 

새로운 연구에 따르면 방글라데시 농촌 지역에서 식수와 어린이 대변 샘플을 채취해 조사한 결과, 식수의 비소 오염도가 높을 경우 어린이의 항생제 내성 대장균의 유병률이 더 높은 것으로 나타났다.

이 연구는 무함마드 아미눌 이슬람(Mohammad Aminul Islam) 워싱턴 주립 대학교 폴 앨런 세계 보건 학교(Paul G. Allen School for Global Health)의 조교수가 주도했으며, 최근 『플로스 패소전스(PLOS Pathogens)』 저널에 게재됐다.

항생제 내성은 전 세계적으로 사망 및 입원의 주요 원인 중 하나이다. 항생제 내성의 주요 요인은 항생제의 남용과 오용이지만 중금속과 같은 자연적인 요소도 항생제 내성을 촉진시킬 수 있다. 

이슬람 교수는 “박테리아는 중금속과 항생제에 대한 내성을 갖기 위해 유사한 메커니즘을 사용할 수 있다. 따라서 중금속에 노출된 사람과 동물은 항생제에 노출되지 않았더라도 항생제 내성 유기체에 의해 노출될 가능성이 높다”고 말했다. 이슬람 교수는 이어서 "이는 사람과 동물 의약품에 항생제를 최적으로 사용하는 것조차 사람들이 자연적으로 고농도의 중금속에 노출되는 지역에서 항균제 내성을 퇴치하기에 충분하지 않을 수 있다는 것을 의미한다"고 덧붙였다.

이 연구는 워싱턴 주립 대학교, 국제 설사병 연구 센터, 방글라데시의 워싱턴 대학교 및 오리곤 주립 대학교, 스위스 연방 물 과학 기술 연구소와 함께 공동으로 진행됐다.

연구원들은 방글라데시의 두 곳의 농촌 지역에서 100가구를 대상으로 물과 대변 샘플을 수집했다. 첫번째 지역은 하지간지(Hajiganj) 지역으로, 주변에 널리 퍼져있는 독성 중금속인 비소 농도가 높은 얕은 관정에서 식수를 사용한다. 반면, 두번째 지역은  매트랩(Matlab) 지역으로, 비소가 없는 깊은 관정에서 식수를 수집한다.

하지간지에서 수집한 50개 물 샘플의 비소 농도 중앙값은 리터당 481마이크로그램인 반면 매트랩에서 수집한 50개 물 샘플의 비소 농도 중앙값은 리터당 0마이크로그램이었다. 항생제 내성 대장균의 유병률은 마트랩의 물(22%)에 비해 하지간지의 물(48%)에서, 매트랩의 어린이(76%)에 비해 하지간지의 어린이(94%)에서 유의하게 높았지만 성인에게는 그렇지 않았다. 특히 하지간지의 대장균의 높은 비율은 페니실린, 세팔로스포린 및 클로람페니콜을 포함한 여러 항생제에 내성이 있었다.

이슬람 연구소의 박사 후 연구원이자 이 논문의 제 1 저자인 프라밧 탈루크다르(Prabhat Talukdar)는 "비소에 내성이 있는 대장균이 특정 그룹의 항생제, 특히 세균 감염 치료에 흔히 사용되는 3세대 세팔로스포린에 더 내성이 있다는 것을 발견했다"라며, "우리의 현재 연구는 이러한 고립체들 사이에서 비소와 항생제에 대한 공존의 메커니즘을 조사하고 있다"고 설명했다.

연구원들은 이 연구 결과가 비소 노출을 줄이기 위한 노력을 두 배로 늘려야 하는 중요한 공중 보건 문제임을 보여주는 결과라고 나타냈다. 이슬람 교수는 "비소와 같은 중금속은 환경에서 항생제보다 더 안정적이며, 더 오랜 기간 동안 계속해서 박테리아에 선택적인 압력을 행사한다"라며, "이러한 현상이 다른 교란 요인과 달리 관찰된 더 높은 항생제 내성 비율을 유발하는 정도는 추가 연구에서 도움이 될 것이며, 그럼에도 불구하고 의학 및 농업에서 책임감 있는 항생제 사용과 함께 항생제 내성의 환경적 요인을 억제하는 것이 중요하다"고 강조했다.

[원문보기]

Arsenic-contaminated water associated with antibiotic resistance in children

 

A new study found a higher prevalence of antibiotic-resistant Escherichia coli in water and child stool samples taken from rural areas of Bangladesh with high arsenic contamination levels in drinking water compared to areas with less contamination.

The research, led by Mohammad Aminul Islam, an assistant professor at Washington State University’s Paul G. Allen School for Global Health, was recently published in the journal PLOS Pathogens.

Antibiotic resistance is one of the leading causes of death and hospitalization worldwide. While the major drivers of antibiotic resistance are the overuse and misuse of antibiotics, natural elements such as heavy metals can also promote antibiotic resistance.

“Bacteria may use similar mechanisms to become resistant to heavy metals and antibiotics. Therefore, it is likely that humans and animals that are exposed to heavy metals may be colonized by antibiotic-resistant organisms even without being exposed to antibiotics,” Islam said. “This means even optimum use of antibiotics in human and animal medicines may not be sufficient to combat antimicrobial resistance in those areas where people are naturally exposed to the high concentration of heavy metals.”

The collaborative study involved researchers from WSU, the International Centre for Diarrhoeal Disease Research, Bangladesh; University of Washington; Oregon State University; and Eawag in Switzerland.

Researchers collected water and stool samples from both mothers and young children of 100 families in two rural subdistricts in Bangladesh. Families in the Hajiganj subdistrict use drinking water from shallow tube wells that have a high concentration of arsenic, a toxic heavy metal ubiquitously present in the environment, while families from the Matlab area collect their drinking water from arsenic-free deep tube wells.

The median arsenic concentration in the 50 water samples from Hajiganj was 481 micrograms per liter while the median arsenic concentration in the 50 water samples from Matlab was 0 micrograms per liter. The prevalence of antibiotic-resistant E. coli was significantly higher in water in Hajiganj (48%) compared to water in Matlab (22%) and among children in Hajiganj (94%) compared to children in Matlab (76%), but not among mothers. Moreover, a higher proportion of E. coli from Hajiganj were resistant to multiple antibiotics, including penicillin, cephalosporin, and chloramphenicol.

“We found that arsenic-resistant E. coli are more likely to be resistant to a certain group of antibiotics, especially the third-generation cephalosporins, which are commonly used for the treatment of bacterial infections,” said Prabhat Talukdar, a postdoctoral researcher in Islam’s lab and first author of the publication. “Our current study is investigating the mechanisms of co-resistance to arsenic and antibiotics among these isolates.”

The researchers wrote that the findings show this is an important public health concern that warrants redoubling efforts to reduce arsenic exposure. “Heavy metals such as arsenic are more stable than antibiotics in the environment, and they continue to exert selective pressure on bacteria over a more extended period driving the evolution and expansion of antimicrobial resistance in the community,” Islam said. “The extent to which this phenomenon drives the observed higher rates of antimicrobial resistance, as opposed to other confounders, would benefit from the further study; nevertheless, it is critical to contain this environmental driver of antimicrobial resistance along with responsible antimicrobial usage in medicine and agriculture.”

[출처 = WSU(https://news.wsu.edu/news/2022/12/08/arsenic-contaminated-water-associated-with-antibiotic-resistance-in-children/) / 2022년 12월 8일]