'Bac'과의 싸움: 폐수 처리에서 항생제 내성에 맞서기

원문 링크 : Fighting ‘Bac’: Taking On Antibiotic Resistance in Wastewater Treatment

©릉초판/엔바토

도시 폐수 처리장에 대해 생각할 때 우리는 일반적으로 병원이 생명을 구하는 데 도움이 된다고 상상하지 않습니다. 그러나 항생제 내성은 세균 감염의 효과적인 치료에 대한 위협이 점점 더 커지고 있기 때문에 이러한 물 해독 시설은 실제로 이러한 내성을 줄이는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.

항생제 내성 박테리아(ARB)는 환자가 일상적인 수술 및 기타 병원 절차에서 회복하는 동안 합병증의 위험을 증가시킵니다. 의학 및 농업에서의 항생제 남용과 환경을 오염시키는 항생제 오염은 항생제 내성의 확산을 악화시킵니다.

항생제 내성은 인간과 동물 사이, 그리고 지리적 경계를 넘어 퍼질 수 있습니다. 따라서 문제를 효과적으로 해결하려면 다음이 필요합니다. "원 헬스(One Health)" 접근법 필요합니다. 세계보건기구(WHO)의 설명에 따르면, 이는 인간, 동물, 환경의 필요를 고려하여 모두를 위한 해결책을 찾는 것을 의미합니다.

폐수는 박테리아의 악명 높은 전파자입니다. 그렇기 때문에 폐수 처리장은 폐수에서 ARB를 정화하고 폐수에 포함된 항생제 잔류물을 제거하는 데 중요합니다. 처리된 폐수가 환경으로 다시 방출되면 안전해야 합니다.

이를 위해서는 폐수 처리장에서 ARB 및 항생제 내성 유전자(ARG)의 잠재적 확산 가능성을 조사하는 것이 중요합니다.

수행된 연구 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스 캠퍼스(University of California, Los Angeles)는 폐수 속 ARG의 운명을 이해할 수 있는 문을 열었습니다. 이 조사의 수석 연구원이자 폐수 처리 전문가인 마이클 스텐스트롬(Michael Stenstrom)은 "처리장은 본질적으로 우리 일상 생활의 거의 모든 것과 연결되어 있습니다. 그래서 우리는 처리장에서 항생제 내성 박테리아를 만들거나 항생제 내성 유전자를 방출하지 않도록 하고 싶습니다."

스텐스트롬 박사의 예비 데이터 폐수 처리가 실제로 적어도 어느 정도는 순환에서 ARG를 제거하는 데 도움이 될 수 있음을 나타냅니다. 연구팀은 치료 전과 후의 세 가지 다른 ARG의 농도를 조사했다. 테스트한 모든 공장의 해외 샘플에서 ARG가 최소 5배 감소한 것으로 나타났습니다. 특히, 폐수 속 독소를 분해하도록 훈련된 수명이 긴 박테리아에 의존하는 SRT(Long Solids Retention Time) 플랜트가 가장 큰 감소율을 보였습니다. 긴 SRT 플랜트는 폐수에서 유해 물질을 제거하는 데 매우 효과적이기 때문에 이것은 좋은 소식입니다.

이것은 수처리 공장이 ARG를 줄일 수 있음을 보여주는 중요하고 유망한 예비 데이터입니다. 그러나 이것은 가능한 연구의 시작에 불과합니다. 처리 공장에 사용되는 박테리아가 항생제 내성을 획득하는 것을 방지하는 것이 무엇인지, 그리고 이러한 식물이 물 공급에서 ARG 및 ARB를 제거하는 데 더 효율적일 수 있는지 여부와 방법을 이해하려면 더 많은 조사가 필요합니다.

향후 연구의 또 다른 방향은 폐수 처리에서 ARG의 확산에 대한 수평 유전자 전달(HGT)의 가능한 효과입니다. HGT는 박테리아가 한 유기체에서 다른 유기체로 유전 물질을 전달하는 능력입니다. 이로 인해 항생제 내성이 한 박테리아에서 다른 박테리아로 전달될 수 있습니다. 따라서 폐수 처리장에서 얼마나 많은 HGT가 발생하는지 질문해야 합니다.

박테리아는 다양한 이동 유전 요소(MGE)를 가지고 있으며, 모두 다양한 환경에서 확산되는 다양한 능력을 가지고 있습니다. 일부 MGE는 게놈 내에서 이동할 수 있는 반면 다른 MGE는 한 유기체에서 다른 유기체로 전달될 수 있습니다. 일부 MGE가 정수장에서 다른 MGE보다 ARG를 더 효율적으로 확산시킬 수 있는지에 대한 질문이 남아 있습니다.

다른 ARG 및 MGE와의 연관성에 대한 추가 조사는 이러한 처리 공장이 항생제 내성의 증가 조류에 맞서 싸울 수 있는 역할에 대한 더 깊은 이해를 제공할 수 있습니다. 작동 메커니즘을 이해하는 것이 첫 번째 중요한 단계입니다. 연구를 통해 박테리아와 항생제가 폐기물 처리에서 어떻게 작용하는지 밝혀지면 모든 취약성을 해결할 수 있는 문이 열립니다. 그런 다음 필요에 따라 합성 생물학 기술을 사용하여 이러한 식물의 박테리아에서 더 문제가 되는 ARG 및 MGE를 제거하는 것을 고려할 수 있습니다.

CRISPR-Cas 유전자 표적화의 발전은 탐구할 수 있는 한 가지 방법입니다. 현재 유니버시티 칼리지 런던(University College London)에서 연구하고 있는 또 다른 연구 분야는 ARG를 표적으로 삼아 파괴하는 항-ARG 유전자 카세트(박테리아로 전달된 유전 물질 조각)의 구축입니다.

수처리 플랜트는 이러한 ARG 퇴치 방법을 테스트하기에 이상적인 장소입니다. 해독에 사용되는 박테리아는 항-ARG 카세트로 무장할 수 있으며, 이는 항-ARG 카세트로 무장할 수 있으며, 이는 항-ARG 카세트가 저항성의 저장소가 되는 것을 막고 심지어 항-내성을 퍼뜨릴 수 있습니다.

그럼에도 불구하고, 스텐스트롬 박사가 그의 연구에서 조언하듯이, 미래의 진보에 대한 이러한 고무적인 가능성들이 일상 생활에서 항생제의 부적절한 사용을 계속하는 것에 대한 변명으로 간주되어서는 안 된다.

*Peter Mullany is a professor of molecular microbiology at University College London.