Global Water Issue
“하·폐수 분석, ‘코로나19’ 바이러스 검출법으로 부상”
(COVID-19)
사람 대·소변에서 검출되는 RNA 바이러스 농도로 집단감염자 수 추적
경증·무증상자 소재도 잡아내…2차 유행 시 조기 경보 도구될 수 있어
하·폐수가 어떻게 ‘코로나19’ 바이러스 발생의 규모를 밝힐 수 있는가
- 하·폐수 테스트가 바이러스 재발 시 조기 경고 신호로 사용될 수 있다
How sewage could reveal true scale of coronavirus outbreak
- Wastewater testing could also be used as an early-warning sign if the virus returns
‘코로나바이러스감염증-19(COVID-19, 이하 ‘코로나’)’가 전 세계를 덮친 가운데 하·폐수 분석이 코로나 바이러스를 신속하고 정확하게 검출하는 효과적인 방법으로 떠올랐다. 지난 4월 3일자 『네이처(Nature)』에 따르면 최근 세계 수십여 연구팀들은 하·폐수 모니터링이 지역사회 내 코로나 바이러스 감염자 수를 추정하는 새로운 검출법이 될 수 있다는 사실에 주목한다. ‘하·폐수가 어떻게 코로나 바이러스 발생의 규모를 밝힐 수 있는가(How sewage could reveal true scale of coronavirus outbreak)’ 기사에 그 내용이 자세히 소개됐다. 그 내용을 번역했다.
많은 사람들이 검사 받지 않거나 받을 수 없는 여건임을 고려, 전 세계 수십 개 이상의 연구팀이 새로운 코로나 바이러스 검출 방법으로 ‘하·폐수 분석’을 통해 지역사회의 총 감염 수를 추정하기 시작했다. 이 방법은 물러간 줄 알았던 코로나 바이러스가 지역사회로 다시 돌아올 경우 이를 탐지하는 데 사용될 수 있다고 연구자들은 말한다. 현재까지 연구팀들은 네덜란드, 미국, 스웨덴에서 바이러스를 추적하는 데 성공했다.
하·폐수(배수 시스템을 통해 처리장으로 가는 사용된 물)를 분석하는 것은 ‘사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)’와 같이 대변과 소변 등에서 배출되는 병원체를 추적할 수 있는 한 가지 방법이다.
네덜란드 뉴바겐(Nieuwegein)에 있는 KWR 물연구소(KWR Water Research Institute)의 미생물학자 헤르티안 메데마(Gertjan Medema) 박사에 따르면 한 개소의 하·폐수처리장에서 100만 명 분 이상의 하·폐수를 포집할 수 있다. 그는 이 규모의 유입수 모니터링이 현행 바이러스 검사보다 코로나 바이러스가 얼마나 널리 퍼져 있는지에 대한 더 나은 추정치를 제공할 수 있다고 말한다.
하·폐수 모니터링이 검사를 받지 않은 경증 및 무증상자들의 소재를 확인할 수 있기 때문이다. 메데마 박사는 실제로 네덜란드의 여러 처리장에서 - RNA 바이러스성의 - ‘사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)’ 유전물질을 검출했다. 그는 “보건 당국이 ‘빙산의 일각’만 보고 있다”고 말한다.
More than a dozen research groups worldwide have started analysing wastewater for the new coronavirus as a way to estimate the total number of infections in a community, given that most people will not be tested. The method could also be used to detect the coronavirus if it returns to communities, say scientists. So far, researchers have found traces of the virus in the Netherlands, the United States and Sweden.
Analysing wastewater ― used water that goes through the drainage system to a treatment facility ― is one way that researchers can track infectious diseases that are excreted in urine or faeces, such as SARS-CoV-2.
One treatment plant can capture wastewater from more than one million people, says Gertjan Medema, a microbiologist at KWR Water Research Institute in Nieuwegein, the Netherlands. Monitoring influent at this scale could provide better estimates for how widespread the coronavirus is than testing, because wastewater surveillance can account for those who have not been tested and have only mild or no symptoms, says Medema, who has detected SARS-CoV-2 genetic material - viral RNA - in several treatment plants in the Netherlands. “Health authorities are only seeing the tip of the iceberg.”
그러나 하·폐수 샘플로부터 모집단의 감염 규모를 정량화하기 위해, 연구자들은 대변을 통해 배출되는 RNA 바이러스의 양을 알아내고, 하·폐수 샘플 속 RNA 바이러스 농도로 집단 내 감염자 수를 추정해야 한다고 말한다.
호주의 주 정부 환경·보건 리스크 자문 연구센터인 퀸즐랜드 환경보건과학연합(QAEHS) 과학자들에 따르면, 연구자들은 단편적인 스냅샷이 아닌 모집단에 의해 배설되는 것의 대표성 샘플을 보고 있는지 반드시 확인하고, 낮은 수준의 바이러스도 검출할 수 있음을 확인해야 한다. 또한 하·폐수 모니터링은 가능한 한 개별적인 검사(실험)를 위한 자원을 빼앗아 가지 않는 것이 중요하다고 말한다.
인디아나주에 있는 노트르담대학교 환경공학자인 카일 비비(Kyle Bibby) 박사에 따르면 바이러스를 모니터링하려는 일부 노력은 ‘대학 및 연구실의 폐쇄’와 ‘검사를 위한 시약의 제한’으로 중단됐다. 이 시약은 병원에서 사용하는 것과 동일한데 이미 품귀현상을 겪고 있다. 그는 “우리는 세계적인 물량 부족에 기여하고 싶지 않다(우리는 세계적인 물량 부족에 기여한다는 빈축을 사고 싶지 않다)”고 말했다.
But to quantify the scale of infection in a population from wastewater samples, researchers say the groups will need to find out how much viral RNA is excreted in faeces, and extrapolate the number of infected people in a population from concentrations of viral RNA in wastewater samples.
Researchers will also need to ensure that they are looking at a representative sample of what is being excreted by the population and not just one snapshot in time, and that their tests can detect the virus at low levels, say scientists representing the Queensland Alliance for Environmental Health Sciences in Australia, a research centre that advises the state government on environmental-health risks. And it's important that wastewater surveillance, should it be feasible, does not take away resources from the testing of individuals, the group says.
Some efforts to monitor the virus have been stalled by university and laboratory shut-downs and the limited availability of reagents to conduct tests - the same ones used in clinics, which are already in short supply, says Kyle Bibby, an environmental engineer at the University of Notre Dame in Indiana. “We don't want to contribute to the global shortage,” he says.
조기 경고 신호
Early-warning sign
사회적 거리두기와 같은 감염 통제 조치가 현재의 대유행(pandemic)을 억제할 수 있을지 모르지만, 일단 그러한 조치가 해제되면 바이러스는 언제든지 재발할 수 있다. 네덜란드 빌토번(Bilthoven)에 있는 네덜란드 국립 공중보건 및 환경연구소(National Institute for Public Health and the Environment)의 전염병 연구자인 아나 마리아 드 로다 허스만(Ana Maria de Roda Husman)은 “일상적인 하·폐수 모니터링이 새로운 ‘코로나19(COVID-19)’ 감염을 지역사회에 알리기 위한 비침습적 조기 경보 도구(non-invasive early-warning tool)로 사용될 수 있다”고 조언한다. 이 연구소는 이미 이전부터 노로바이러스(norovirus), 항생제내성박테리아(antibiotic-resistant bacteria), 소아마비바이러스(poliovirus), 홍역(measles) 등의 발생을 감지하기 위해 하수를 모니터링 해왔다.
드 로다 허스만 박사가 이끄는 연구팀은 네덜란드에서 ‘코로나19(COVID-19)’의 첫 번째 사례를 임상실험을 통해 확인한지 나흘만에 네덜란드 틸뷔르흐(Tilburg)에 있는 스히폴 공항(Schiphol Airport)의 하·폐수에서 ‘사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)’의 흔적을 탐지했다. 이제 연구진은 네덜란드 12개 주의 주도(州都)와 (아직 확진자 보고 사례가 없는) 다른 12개 지역으로 샘플링을 확대할 계획이다. 메데마 박사가 이끄는 연구팀은 아메르스포르트(Amersfoort)시에서 감염이 보고되기 전에 RNA 바이러스를 발견했다.
Infection-control measures, such as social distancing, will probably suppress the current pandemic, but the virus could return once such measures are lifted. Routine wastewater surveillance could be used as a non-invasive early-warning tool to alert communities to new COVID-19 infections, says Ana Maria de Roda Husman, an infectious-disease researcher at the Netherlands National Institute for Public Health and the Environment in Bilthoven. The institute has previously monitored sewage to detect outbreaks of norovirus, antibiotic-resistant bacteria, poliovirus and measles.
de Roda Husman’s group detected traces of SARS-CoV-2 in wastewater at Schiphol Airport in Tilburg only four days after the Netherlands confirmed its first case of COVID-19 using clinical testing. The researchers now plan to expand sampling to the capitals of all 12 provinces in the Netherlands and 12 other sites that have not had any confirmed cases. Medema’s group found viral RNA in the city of Amersfoort before infections had been reported in the community.
또 다른 연구에서, 스위스 로잔(Lausanne)에 위치한 스위스 로잔연방공과대학(Swiss Federal Institute of Technology)의 환경바이러스학자 타마르 콘(Tamar Kohn) 박사는 ‘사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)’가 감염 후 3일 이내에 대변으로 배출될 수 있는데, 이는 사람들이 병원 치료를 받아야 할 만큼 증상이 악화될 수 있는 시간(최대 2주 이상)보다 훨씬 빠르다고 말한다.
타마르 콘 박사는 “하·폐수 속 바이러스 입자를 추적하면 공중보건 당국자들이 봉쇄(lockdown)와 같은 조치의 도입 여부를 먼저 결정할 수 있는 유리한 고지를 점할 수 있다”며 “7∼10일이라는 기간은 집단감염의 심각성에 큰 영향을 미칠 수 있다”고 강조한다.
노트르담대학교 비비 교수는 “지역사회에서 바이러스 발병을 조기에 발견하면 ‘코로나19(COVID-19)’가 초래할 보건 및 경제적 피해를 제한할 수 있다. 특히, 바이러스가 내년에 재발할 경우 더욱 그럴 수 있다”고 말한다.
투손(Tucson)에 위치한 애리조나대학교(The University of Arizona)의 찰스 게르바(Charles Gerba) 미생물학과 교수에 따르면 하·폐수 모니터링은 소아마비바이러스(poliovirus) 예방접종 캠페인의 성공 여부를 평가하는 데 수십 년 동안 사용되어 왔다. 미처리 하수에서 ‘사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)’ 흔적을 발견한 그는 이 접근방법이 사회적 거리두기와 같은 해결책의 유효성을 측정하는 데에도 사용될 수 있다고 말한다.
Studies have also shown that SARS-CoV-2 can appear in faeces within three days of infection, which is much sooner than the time taken for people to develop symptoms severe enough for them to seek hospital care - up to two weeks - and get an official diagnosis, says Tamar Kohn, an environmental virologist at the Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne. Tracking viral particles in wastewater could give public-health officials a head start on deciding whether to introduce measures such as lockdowns, she says. “Seven to ten days can make a lot of difference in the severity of this outbreak.”
Earlier identification of the virus’s arrival in a community might limit the health and economic damage caused by COVID-19, especially if it comes back next year, says Bibby.
Wastewater monitoring has been used for decades to assess the success of vaccination campaigns against poliovirus, says Charles Gerba, an environmental microbiologist at The University of Arizona in Tucson. The approach could also be used to measure the effectiveness of interventions such as social distancing, says Gerba, who has found traces of SARS-CoV-2 in raw sewage in Tucson.
[출처 = 네이처(https://www.nature.com/articles/d41586-020-00973-x) / 2020년 4월 3일자]
[『워터저널』 2020년 5월호에 게재]