[영국] 항생제 내성을 지속시키는 폐수 처리
폐수 처리장(wastewater treatment plant)이 의도하지 않은 항생제 내성(antibiotic resistance)의 확산에 기여한다고 새로운 연구는 밝혔다.
영국 워릭 대학(University of Warwick) 소속의 Elizabeth Wellington 교수 연구팀은 한 장소에서 통합적으로 이루어지는 인간, 농장 및 산업 폐수의 처리가 임상적으로 가장 효과적인 항생제에서조차 박테리아가 내성을 가지기 용이하게 만든다고 제안했다. 다중 약제 내성 장내 세균(enterobacteriaceae)은 대중 건강에 상당한 위협이 되고 있다. 이 연구의 목적은 하천에서 항생제 내성 저장소에 대한 폐수 처리 유출수의 영향을 연구하는데 있다.
수많은 다양한 유형의 박테리아가 폐수 처리장에서 혼합되기 때문에, 내성을 전달하여 박테리아가 사는 데 도움을 주는 유전자를 교체하는 완벽한 기회를 박테리아에 제공한다. 이것은 항생제 내성 박테리아가 분리되는 것보다는 훨씬 더 신속하게 진화될 수 있다는 것을 의미한다.
Antimicrobial Chemotherapy 저널에 발표된 연구는 이러한 상황이 인간과 동물의 건강을 위협하는 환경에서 매우 내성이 있는 소화관 박테리아의 저장소를 생성한다고 제안했다.
우리가 약물 내성 박테리아의 번식을 예방할 수 있도록, 보다 더 효과적으로 폐기물을 처리하는 새로운 방안을 시급하게 찾을 필요가 있다고 동 연구는 제안하고 있다.
하수 처리장이 다른 유형의 폐기물을 혼합하는 방법은 항생제 내성이 있는 박테리아의 핫스팟을 의미하며, 일반적으로 박테리아를 사멸시킬 수 있는 항생제의 무장해제 또는 불활성화시킬 수 있는 유전자를 공유하도록 박테리아를 돕는 것을 의미한다고 이 연구를 주도한 Wellington 교수는 밝혔다.
초기 연구는 농업과 폐기물 가공 방법이 환경에서 내성이 있는 박테리아의 저장소로 기여할 것이라고 제안했다. 그러나 현재까지 폐수 유출수가 이러한 문제에 기여하는지 여부를 조명한 연구는 거의 없었다.
점점 더 많은 양의 항생제가 농업에 사용되고 있다. 엄청난 양이 전 세계적으로 사용되고 있으며, 주로 식용 동물에서 감염을 처리하는 용도뿐 아니라 성장을 촉진시키는 데 사용되고 있다고 Wellington은 밝혔다.
Wellington과 워릭 대학 소속의 동료 연구진, 보건당국 등은 폐수처리장 인근에서 이러한 박테리아를 발견할 수 있는지 여부를 조명하기로 결정했다. 연구팀은 2009년과 2011년 폐수처리장의 상류와 하류에서 침전물 시료를 분석했다.
연구팀은 하류 폐수에서 3세대 세팔로스포린(3GC; third-generation cephalosporins)이라고 불리는 임상학적으로 중요한 항생제 군에 내성이 있는 더 많은 수의 박테리아를 발견했다. 이러한 박테리아에 내성을 나타내는 항생제는 수막염, 패혈증 및 소위 병원성 감염 등을 포함한 다양한 범위의 문제를 취급하는 데 사용되는 광범위한 항생제 군이다. 과학자들은 3GC-내성 대장균이 상류보다 영국 하수 처리장의 보다 더 일반적인 하류에서 7배 더 높다는 사실을 발견했다.
연구진의 결과는 blaCTX-M-15라고 불리는 유전자 때문에, 내성이 확산되고 있다는 것을 발견했다. 이러한 유전자는 플라스미드(plasmid)라고 불리는 이동성 유전자 원소를 전달한다. 이러한 유전자는 박테리아가 환경에서 적응할 수 있게 해준다고 Wellington은 밝혔다.
이것이 감염 처리에 실패를 유발하는 가장 일반적인 박테리아성 항생제 내성 유전자이기 때문에 이 연구 결과는 상당한 성과이며, 영국 하천에서 이러한 유전자를 조명한 최초의 사례라 할 수 있다. 문제는 우리가 작물의 관개에 이러한 하천수를 사용하고 있으며, 사람들이 하천에서 수영을 하거나 카누를 즐기며, 야생 생물과 식용 동물이 하천수에 접근할 수 있다는 점이다. 또 이러한 박테리아는 범람이 일어나는 동안 확산된다. 그리고 빈번한 하천 범람과 큰 비가 상황을 악화시킬 수 있다.
이전의 연구는 템스 강 지역에서 수영하는 사람들의 1/3이 위 질병에 걸렸으며, 하천에 의한 인간 건강에 대한 위협을 조명하고 있다. 당신이 위장염에 걸릴 위험에 직면해 있다고 Wellington은 덧붙였다.
하수 처리장의 항생제 내성 박테리아와 발견과 더불어, 연구팀은 하천과 동일한 지역에서 이미페넴(imipenem)이라고 불리는 일반적으로 덜 사용되는 항생제에 내성이 있는 대장균을 발견했으며, 이러한 박테리아는 야생에서 처음으로 발견됐다.
항생제 내성에서 폐수 처리 공정의 역할이 완전히 과소평가됐다고 Wellington은 밝혔다. 만약 우리가 환경에서 항생제 내성의 증가를 정지시키고자 한다면, 보다 더 엄격한 규제와 더 높은 수준의 처리가 필요하다고 논문의 저자들은 밝혔다. 현재 연구진은 폐수 처리장 유출수를 보다 더 청정하게 만드는 방안을 찾고 있다고 Wellington은 밝혔다.
Sewage treatment contributes to antibiotic resistance
Wastewater treatment plants are unwittingly helping to spread antibiotic resistance, say scientists.
Researchers found that processing human, farm and industrial waste all together in one place makes it easier for bacteria to become resistant to a wide range of even the most clinically-effective antibiotics.
This is because so many different types of bacteria come together in sewage plants that it gives them a perfect opportunity to swap genes that confer resistance, helping them live. This means antibiotic-resistant bacteria are evolving much faster than they would in isolation.
The research, published in Journal of Antimicrobial Chemotherapy, says the situation is creating reservoirs of highly resistant gut bacteria in the environment, threatening human and animal health.
It suggests we urgently need to find new ways to process waste more effectively so we're not inadvertently breeding drug-resistant bacteria.
The way sewage plants mix up different types of waste means they're hotspots, helping bacteria share genes that mean they can deactivate or disarm antibiotics that would normally kill them,' says Professor Elizabeth Wellington of the University of Warwick, who led the study.
Earlier studies have suggested that farming and waste processing methods contribute to reservoirs of resistant bacteria in the environment. But, until now, very few studies had looked at whether or not wastewater effluent contributes to the problem.
"A greater volume of antibiotics is used in farming than in anything else. Huge amounts are used globally, mainly for treating infections in food animals but also to promote growth," Wellington says.
She and colleagues from the universities of Warwick and Birmingham and the Health Protection Agency decided to see if they could find any of these bacteria near wastewater treatment plants. They analysed sediment samples from both upstream and downstream of a sewage works.
They found many more bacteria resistant to a class of clinically-important antibiotics called third-generation cephalosporins (3GC) in downstream water.
These drugs are broad-spectrum antibiotics used to treat a whole range of problems, including meningitis, septicaemia, and so-called hospital-acquired infections.
Most worryingly, the scientists found that 3GC-resistant E. coli were seven times more common downstream of a UK sewage plant than upstream.
"Our findings suggest that resistance is spreading, because of a gene called blaCTX-M-15. This gene is carried on a mobile genetic element called a plasmid. Bacteria collect these genes to allow them to adapt to their environment,"says Wellington.
"This is a big deal, because this is the most common bacterial antibiotic resistance gene causing failures in treatment of infections, and it's the first time anyone has seen this gene in UK rivers. The problem is we're use river water to irrigate crops, people swim or canoe in rivers, and both wildlife and food animals come into contact with river water."
"These bacteria also spread during flooding. And with more flooding and heavy rain, this could get worse."
A previous study found that a third of people swimming in areas of the River Thames come down with some kind of stomach bug, highlighting the threat to human health posed by rivers. 'You really run the risk of getting gastroenteritis,' added Wellington.
As well as finding antibiotic-resistant bacteria downstream of the sewage plant, Wellington and her colleagues found E. coli which has become resistant to a less commonly used antibiotic called imipenem in the same region of the river - the first time such bacteria have been found in the wild.
Ticking timebomb
"We've completely underestimated the role waste treatment processes play in antibiotic resistance," says Wellington. "Stricter regulations and higher levels of treatment are needed if we are to halt the rise in antibiotic resistance in the environment," write the authors in their report.
"We're now looking at ways to get wastewater treatment plant effluent cleaner," says Wellington. 'But we're keen not to point the finger at these plants. There's contribution from everywhere.'
In 2013, Chief Medical Officer for England, Prof Dame Sally Davies, described the threat of antimicrobial resistance as a ticking timebomb, adding that it's as much of a threat as terrorism.
"We're on the brink of Armageddon and this is just contributing to it," Wellington says. "Antibiotics could just stop working and we could all be colonised by antibiotic-resistant bacteria."
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