대부분의 폐수처리 설비에서 일반적으로 사용되고 있는 살균제인 염소(chlorine)가, 폐수로부터 약물을 완벽히 제거하는데 실패하고 있다. 결과적으로 소량의 이런 물질이 잔류하여 수처리 설비로부터 수로로 방류되게 된다. 염소 처리가, 잠재적으로 항생제 내성 문제를 증가시킬 수 있는 새롭고 알려지지 않은 항생제의 형성을 촉진할 수 있다는 예비조사 결과가 보고되었다.
본 연구결과는 미국 화학회(American Chemical Society) 249차 National Meeting & Exposition에서 소개되었으며, 폐수처리 및 살균처리에 대한 재평가가 필요함을 제안하였다.
환경으로 유출된 의약품은 수생생물에게 해로울 수 있으며, 수생생물의 호르몬 시스템을 교란시킨다. Olya Keen 박사에 따르면, 환경에서 낮은 수준이라도 항생제에 대한 노출 증가는 항생제 내성 미생물의 출현을 촉발하고, 인간의 박테리아 감염에 대항할 항생제의 능력을 일반적으로 약화시킨다고 한다.
처리된 폐수는 환경에서의 의약품 및 항생제의 주요한 발생원 중 하나이다. 폐수처리 설비는 이런 약물을 제거하도록 설계되어 있지 않다. 이런 분자들은 보통 매우 안정적이고 쉽게 생분해되지 않는다. 대신 대부분이 폐수처리 설비를 통과하여 수생환경으로 배출되고 있다.
폐수에서 모든 약물을 제거하는데 실패할 뿐만 아니라, 염소를 사용하는 하수처리 설비는 다른 항생제를 형성시키는 원치 않는 결과를 초래할 수도 있다. 노스캐롤라이나대학(University of North Carolina)의 연구팀은 몇 가지 실험을 시행하고 일반적인 항생제인 독시사이클린(doxycycline)이 폐수의 염소에 노출되면 항생제 성질이 증가한다는 사실을 발견하였다.
놀랍게도, 실험실 샘플에서 형성된 물질은 원래 실험물질인 독시사이클린보다 더 강력한 것으로 나타났다. 이 변형된 물질의 모든 성질을 아직 다 밝혀내지는 못한 상태이며, 현재 연구가 계속 진행 중이다. Keen은 이 화합물이 이전에 알려지지 않은 항생제라고 밝혔다.
이를 해결하기 위한 최상의 방법은 처리 설비로 유입되는 약물의 양을 감소시키는 것일 것이다. 그러나 현재 의약품의 폐기에 대한 규제가 없다. 따라서 연구팀은 오래된 의약품을 환경으로 유출시키게 되는 쓰레기로 버리기보다 수집하고 소각하는데 더 큰 노력이 필요함을 강조하고 있다.
게다가, 본 연구는 염소를 살균제로 사용하고 있는 상수도 처리시스템에도 해당된다. 음용수를 정화하기 위해, 염소는 수 시간 동안 배관 내에 남아있음으로써 미생물의 성장을 억제해야만 한다. 그러나 이것 또한 염소가 의약품과 반응할 충분한 시간을 제공하는 것이기 때문에 새로운 항생제 물질의 형성을 촉진한다고 볼 수 있다.
[초록] 환경에서 발견되는 의약품에 의한 오염은 오랫동안 과학자들의 관심을 끌어왔으며, 환경 및 인류에게 미치는 영향 때문이기도 하다. 처리된 폐수는 환경에 이런 오염물질을 방출하는 주요 원인이다. 자외선, 오존처리 및 염소처리와 같은 전형적인 폐수 살균 프로세스는 처리된 폐수에서 의약품 오염의 농도를 감소시키는데 효과적이다. 과거, 화학처리 공정의 효과성은 원래 물질(parent compound)의 감소를 기반으로 측정하였다. 최근 변형된 물질이 더욱 관심을 끌고 있으며 원래의 물질과 비교 평가하기 위한 노력이 지속되고 있다. 폐수의 염소처리 과정에서 나타나는 의약품의 변형된 물질의 특성은, 음용수 및 폐수처리를 위한 살균제로 염소처리가 널리 사용되고 있음에도 충분한 연구가 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 흔한 의약품 오염물질인 독시사이클린의 변형에 조사하였다. 독시사이클린과 염소의 반응에서 형성된 물질의 항박테리아 활성의 변화에 대한 평가가 이루어졌으며, 항생제 내성 분석(antibiotic resistance assays)을 사용하였다. 또한 염소처리의 결과물은 HPLC-MS를 이용해 분석하였으며 몇 가지 염소화 물질이 검출되었다. 이런 변형 물질은 여전히 원래 물질인 독시사이클린 분자가 없어도 환경에서 항생제 저항성 미생물의 출현을 유발하고 있다. 본 연구는 폐수 살균 방법의 재평가가 필요함을 제안한다.
원문정보: Doxycycline transformation during water disinfection with chlorine, 249th National Meeting & Exposition of the American Chemical Society (ACS).
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 3월 26일]
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Chlorine use in sewage treatment could promote antibiotic resistance
Chlorine, a disinfectant commonly used in most wastewater treatment plants, may be failing to completely eliminate pharmaceuticals from wastes. As a result, trace levels of these substances get discharged from the plants to the nation's waterways. And now, scientists are reporting preliminary studies that show chlorine treatment may encourage the formation of new, unknown antibiotics that could also enter the environment, potentially contributing to the growing problem of antibiotic resistance.
The research, which will be presented today at the 249th National Meeting & Exposition of the American Chemical Society (ACS), suggests that a re-evaluation of wastewater treatment and disinfection practices is needed.
"Pharmaceuticals that get out into the environment can harm aquatic life, making them react slowly in the wild and disrupting their hormone systems," notes Olya Keen, Ph.D. She adds that increased antibiotic exposure, even at low levels in the environment, can lead to development of antibiotic-resistant microbes and a general weakening of antibiotics' abilities to fight bacterial infections in humans.
"Treated wastewater is one of the major sources of pharmaceuticals and antibiotics in the environment," says Keen. "Wastewater treatment facilities were not designed to remove these drugs. The molecules are typically very stable and do not easily get biodegraded. Instead, most just pass through the treatment facility and into the aquatic environment."
But besides failing to remove all drugs from wastewater, sewage treatment facilities using chlorine may have the unintended consequences of encouraging the formation of other antibiotics in the discharged water. Keen, graduate student Nicole Kennedy and others in her team at the University of North Carolina at Charlotte ran several lab experiments and found that exposing doxycycline, a common antibiotic, to chlorine in wastewater increased the antibiotic properties of their samples.
"Surprisingly, we found that the products formed in the lab sample were even stronger antibiotics than doxycycline, the parent and starting compound," she adds. Keen has not yet identified all the properties of these "transformation products," and that research is now underway. She notes that these compounds could turn out to be previously unidentified antibiotics.
Keen explains that the best solution may be to decrease the amount of these drugs that reach a treatment plant in the first place. Currently, disposal of pharmaceuticals is not regulated, however. So she urges a greater emphasis on collecting and incinerating old pharmaceuticals, rather than dumping them down the drain or placing them in the trash, which can lead to harmful environmental exposures.
In addition, this research has applications to drinking water treatment systems, most of which also use chlorine as a disinfectant, she says. To purify drinking water, chlorine must remain in the distribution piping system for hours, which blocks microbes from growing. But this also provides ample time for chlorine to interact with pharmaceuticals that may be in the water, encouraging development of new antibiotic compounds.
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