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수처리 소독 과정에서 항생제 내성 유전자 

분해 속도 및 기작 규명 

 

- 항생제 내성 유전자와 수처리 소독제와의 반응 속도 및 기작을 규명. 항

생제 내성 유전자 오염물의 수처리 효율 예측과 공정 최적화 기술 개발

에 기여 

- 내성균, 바이러스와 같이 유전자로 구성된 환경 및 보건 오염물질의 효

율적 제거 기술 개발을 위한 새로운 지식 제공 기대 

▲ (왼쪽부터) 이윤호 교수, 최예균 박사 후 연구원

산화 수처리 과정에서 유전자 오염물질은 어떻게 제거될까? 국내 연구진

이 하수와 폐수에 섞인 유전자 오염물질을 소독했을 때 어떻게 분해되는

지 예측할 수 있는 모델을 개발 및 제시했다.

유전자 오염물질이 수처리과정에서 어떻게 제거되는지를 연구하는 것은, 

항생제 내성을 전파시킬 수 있는 항생제 내성 유전자뿐 아니라 최근 문제

가 되고 있는 신종 바이러스에 대해서도 적용되어 켜 공공 보건 측면에 

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기여할 수 있을 것으로 기대된다.

<도시 물순환에서 소독처리를 통한 항생제 내성 전파의 효율적 

차단 가능성>

오랜 항생제의 오남용에 의해 생활하수나 병원, 축산 폐수에는 항생제에 

저항을 갖는 내성균들이 발생하게 되었으며, 이들은 항생제 내성의 정보가 

저장된 항생제 내성 유전자를 사람에게 위험한 병원성 미생물에게도 전달

함으로써 항생제 내성을 전파하였다. 이에 공공 보건 측면에서 항생제 내

성 유전자는 새로운 유형의 환경 오염물로 인식되고 있다. 

물순환, 즉 하수나 폐수의 적절한 소독을 통해 항생제 내성균 및 내성유전

자를 처리함으로써 항생제 내성 전파를 효과적으로 차단시킬 수 있다. 하

지만 항생제 내성 유전자가 수처리 소독제와 얼마나 빠르게 어떤 형태로 

반응하는지에 대한 지식은 매우 부족한 상황이므로 현재 적용되고 있는 

수처리 소독 방법이 충분한지에 대한 연구가 필요하다.

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<염소, 오존 및 UV 등 산화제들의 고유 반응 특성에 따른 

항생제 내성균, MRSA 및 내성 유전자, mecA의 제거>

지스트 이윤호 교수(지구환경공학부) 연구팀은 대표적 항생제 내성균의 하

나인 'MRSA'와 MRSA가 항생제에 대해 내성을 가지게 하는 'mecA' 유전

자를 대표 균주 및 유전자로 두고, 이들이 하수처리 소독에 널리 활용되고 

있는 염소, 오존 및 자외선을 사용하는 수처리 과정에 의해 어떻게 제거되

는지를 심도 있게 연구하였다.

연구팀은 염소, 오존, 자외선 등 각 소독제가 mecA 유전자에 대해 각각의 

고유한 반응 특성을 보이는 것을 확인하였으며, 이를 바탕으로 소독 처리

에 따라 내성유전자가 얼마나 제거되었는지 예측할 수 있는 반응 예측 모

델이 개발되었다. 특히 자외선을 사용하는 수처리 과정에서 항생제 내성 

유전자의 제거 정도를 이전에 비해 보다 정확하게 예측할 수 있는 모델이 

처음으로 개발 및 제시되었다.

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<염소, 오존 및 UV 등 산화제들에 의한 항생제 내성 유전자, mecA의 

제거 역학 및 모델을 통한 제거 예측>

 

모델을 활용한 결과 일반적인 하수처리 소독에서는 mecA의 처리 효율은 

99.9% 이상으로 우수했다. 반면 mecA 유전자가 MRSA 내부에 있을 때는 

분해 속도가 훨씬 느렸다. 실제 수처리 조건에서는 내성유전자 처리 효율

이 낮을 수 있다는 것이다. 

이윤호 교수는 "이번 연구는 유전자로 구성된 새로운 환경 오염물질의 수

처리 효율을 분자 수준의 반응 이해를 통해 체계적으로 접근한 새로운 시

도"이며, "향후 다양한 항생제 내성 유전자와 더불어 최근 문제가 되고 있

는 신종 바이러스에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

지스트 이윤호 교수팀이 수행한 이번 연구는 미국 시애틀 워싱턴 대학의 

Mike C. Dodd 교수팀과의 공동연구로, 최예균 박사 후 연구원이 6개월간 

시애틀을 방문하여 일부 실험을 수행하였으며, 한국연구재단 중견연구자 

사업의 지원을 받아 수행되었다. 연구 성과는 환경과학 분야 저명 국제학

술지인 Environmental Science and Technology에 2021년 1월 26일자로 온

라인에 게재되었다. <끝>

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논문의 주요 내용

1. 논문명, 저자정보 

 - 저널명 : Environmental Science and Technology

 - 논문명 : Degradation kinetics of antibiotic resistance gene mecA of 

methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) during water 

disinfection with chlorine, ozone, and ultraviolet light

 - 저자 정보 : 최예균 (제1저자, 지스트 지구환경공학부 박사과정), 

               Huan He (제2저자, University of Washington, 박사과정) 

               Michael C. Dodd (제3저자, University of Washington, 교수) 

               이윤호 (교신저자, 지스트 지구환경공학부 교수)

1. Environmental Science and Technology (ES&T)

○ American Chemical Society가 발간하는 환경과학분야 국제학술지

   (2019년 Impact Factor: 7.864, JCR 환경과학분야 순위: 5.3%)

2. MRSA (methicillin-resistant Staphylococcus aureus)

○ 메티실린 내성 황색포도상구균 (MRSA)는 여드름, 종기와 같은 피부질환부터 수술 

부위 감염을 통한 감염증 및 폐렴까지 일으킬 수 있는 병원균이다. 일반적인 

황색포도상구균과 달리 Beta-lactam 계열 항생제에 대해 내성을 가지므로 

항생제를 통한 치료가 어렵고, 건강한 사람이라도 피부나 콧속에 존재할 수 

있다고 알려져 있다.

3. mecA

○ mecA는 포도상구균에서 주로 발견되며, Beta-lactam 계열 항생제에 대한 내성과 

관련된 유전자이다. 일반 비내성 병원균도 해당 유전자를 전달받음으로써 

Beta-lactam 계열 항생제에 대해 내성을 보유할 수 있다. 

용 어 설 명