초록 ▼

항생제 내성의 증가는 커다란 보건문제이다. 지구상에서 사용되는 항생제의 약 70%가 농축산 영역에서 사용된다. 본 과제는 사람, 식용가축 및 환경에서 항생제내성 전파의 순환고리를 파악하는 것을 목표로 사람과 대표적인 식용가축인 소, 돼지, 닭의 분변 및 생활하수와 병원하수의 메타게놈 전유전자 분석을 하였다(사람 103례, 식용가축 118례, 환경 25례). qnrS와 CTX-M 유전자는 내성균의 공유 여부와 내성전달체의 완전한 분석을 위하여 각각의 내성 대장균을 분리하여서 whole gene sequencing을 통하여 phylog

항생제 내성의 증가는 커다란 보건문제이다. 지구상에서 사용되는 항생제의 약 70%가 농축산 영역에서 사용된다. 본 과제는 사람, 식용가축 및 환경에서 항생제내성 전파의 순환고리를 파악하는 것을 목표로 사람과 대표적인 식용가축인 소, 돼지, 닭의 분변 및 생활하수와 병원하수의 메타게놈 전유전자 분석을 하였다(사람 103례, 식용가축 118례, 환경 25례). qnrS와 CTX-M 유전자는 내성균의 공유 여부와 내성전달체의 완전한 분석을 위하여 각각의 내성 대장균을 분리하여서 whole gene sequencing을 통하여 phylogeny와 플라스미드 분석을 시행하였다. 결과는 다음과 같다.

1. 국내를 대표할 사람 및 식용가축 장세균총 전유전자 메타게놈 데이터베이스 구축
국내 최초로 건강인의 장세균총 메타게놈 전유전자 데이터베이스를 구축하였고 이를 오픈리소스로 공개할 예정이다. 역시 국내 최초로 소, 돼지 및 닭 등 식용가축의 장세균총 메타게놈 전유전자 데이터베이스를 구축하였고 공개예정이다. 또한 국내 최초로 사람, 가축 및 환경의 항생제 내성 유전자 정보를 통합하였다.

2. 사람, 식용가축 및 환경간 항생제내성 전달 고리의 확립
세계 최초로 사람과 식용가축의 장세균총내 항생제내성 유전체를 체계적으로 분석함으로써 항생제내성유전자의 전파에 관한 포괄적인 그림을 제시하였다. 결과로 식용가축중 닭의 장내 내성유전체의 구조가 사람과 비슷하였다. 여러 항생제내성 유전자중 특히 인수간 효율적인 전파를 하는 내성유전자를 확인하였는데 대표적으로 베타락탐내성 유전자중 TEM과 CTX-M-1이 사람과 닭의 분변에 고밀도로 존재하였고 플라스미드매개 퀴놀론 내성유전자중 qnrS1가 가장 성공적인 인수공통 항생제내성 유전자였다. 특히 닭과 사람 분리 대장균에서 최소 12개의 유전자를 공유하는 매우 유사한 내성플라스미드가 발견되어서 최근의 인수간 전파가 강력히 의심되었다. 이는 인수간 전파 효율성의 결정 인자 연구를 통하여 내성전달 고리의 효율적인 전파를 억제할 수 있는 정책 개발에 도움이 될 것이다.

이러한 연구 결과는 추후 인수공통 항생제내성 감소를 위한 정책적 활용도가 매우 높을 것이다. 첫째 사람의 임상적 활용도가 높은 베타락탐과 퀴놀론 내성 감소를 위하여 닭의 fertilizer로 사용하는 베타락탐과 퀴놀론 사용의 감소가 필요함을 제안하고 둘째, 건강인에서 감기로 병원을 방문하는 횟수에 따라서 장세균총내 내성유전체의 밀도가 결정됨을 보여주어서 1차 병원에서의 항생제 사용 감소를 위한 정책의 필요성을 역설하였다. 또한 생활하수와 병원하수의 처리 전후의 내성유전체 규모와 분포를 파악함으로써 이후 하수 처리 기준의 정립에 정책적 조언을 제공할 수 있을 것으로 생각한다.
결론적으로 사람, 식용가축 및 환경의 내성 유전체는 서로 전파되고 여러 내성유전체 중 특히 일부 유전체가 성공적으로 인수간 전파를 일으킨다.

(출처 : 요약문 6p)

Abstract ▼

Increase of antibiotic resistance is a huge problem of public health. Globally 70% of antibiotics are used in agricultural field including animal industry. Objective of the study is to clarify the cycle of antibiotic resistance among human, livestock and enviroment by using metagenomic sequencing of

Increase of antibiotic resistance is a huge problem of public health. Globally 70% of antibiotics are used in agricultural field including animal industry. Objective of the study is to clarify the cycle of antibiotic resistance among human, livestock and enviroment by using metagenomic sequencing of gut microbiome of human, pig, cow and chicken and wastewater. Metagenomic whole gene sequencing was performed for 103 stool samples of human, 118 samples from livestock and 25 samples of wastewater. As for qnrS and CTX-M genes, Escherichia coli containing each gene was isolated from stools of human and chicken and whole gene sequencing was performed using NGS method to analyze the phylogeny of the isolates and plasmid structure. The results are as follows.

1. Development of metagenomic whole gene sequence database for gut microbiome of human and livestock in Korea
We made a representative database for metagenomic whole gene sequence database for gut microbiome of human and livestock in Korea and will open to public soon. Database of antibiotic resistance genes from human, livestock and wastewater was combined and set as a single database.

2. Clarification of antibiotic resistance cycle among human, livestock and environment
First in the world, resistome of human, livestock and environment was systematically analyzed, which showed a big picture of antibiotic resistance cycle. Chicken presented the most similar pattern of gut resistome with human. Among variable antibiotic resistance genes (ARG), some ARGs showed specially prevalent zoonotic distribution in gut of human and chicken such as TEM and CTX-M-1 among beta-lactam ARGs and qnrS1 among plasmid-mediated quinolone resistance genes. In particular, structure of plasmids containing qnrS1 from human and chicken showed an identical movable element consisting with 12 genes, which suggest the recent transfer of this plasmid between human and chicken, and whole plasmid sequencing is in the process. CTX-M-1 was also successful zoonotic ARGs, which appeared commonly in gut microbiome of human and chicken,.

The results of this study will help great in policy making for the reduction of ARGs.
First, in order to reduce beta-lactam and quinolone, reduction of those drugs as fertilizer in chicken industry is necessary. Second, resistome level correlated well with clinic visit especially for URI in healthy Korean people, and education of antibiotic use in primary clinic is necessary. Third, resistome profile of pre and post-treated domestic and hospital wastewater gives an insight to treatment of wastewater.
In conclusion, ARGs are transferred among human, livestock and environment and some ARGs are especially efficient in zoonotic transfer.

(출처 : Summary 7p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 학술연구개발용역과제 최종결과보고서 ... 2
• 목차 ... 3
• 요약문 ... 6
• Summary ... 7
• Ⅱ. 연구용역과제 연구결과 ... 8
• 제1장 최종 연구목표 ... 8
• 제2장 국내외 기술 현황 ... 13
• 제3장 최종 연구 내용 및 방법 ... 17
• 제4장 최종 연구 결과 ... 21
• 제5장 연구결과 고찰 및 결론 ... 32
• 제6장 연구성과 및 활용계획 ... 34
• 제7장 연구용역과제 진행과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 49
• 제8장 기타 중요변경사항 ... 49
• 제9장 연구비 사용 내역(당해년도) 및 연구원 분담표 ... 50
• 제10장 참고문헌 ... 58
• 제11장 첨부서류 ... 62
• Ⅲ. 제1세부용역과제 연구결과 ... 85
• 제1장 최종 연구목표 ... 85
• 제2장 국내외 기술 현황 ... 87
• 제3장 최종 연구 내용 및 방법 ... 90
• 제4장 최종 연구 결과 ... 93
• 제5장 연구결과 고찰 및 결론 ... 105
• 제6장 연구성과 및 활용계획 ... 108
• 제7장 연구용역과제 진행과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 111
• 제8장 기타 중요변경사항 ... 112
• 제9장 연구비 사용 내역(당해년도) 및 연구원 분담표 ... 113
• 10. 참고문헌 ... 115
• Ⅳ. 제2세부용역과제 연구결과 ... 116
• 제1장 제2세부용역과제의 최종 연구목표 ... 116
• 제2장 제2세부용역과제의 국내,외 기술 현황 ... 116
• 제3장 제2세부용역과제의 용역과제 내용 및 방법 ... 117
• 제4장 제2세부용역과제의 용역과제 결과 ... 117
• 제5장 제2세부연구용역과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 138
• 제6장 제2세부연구용역과제의 연구성과 및 활용계획 ... 139
• 제7장 연구용역과제 진행과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 141
• 제8장 기타 중요변경사항 ... 142
• 제9장 연구비 사용 내역(당해년도) 및 연구원 분담표 ... 142
• 제10장 참고문헌 ... 143
• Ⅴ. 제3세부용역과제 연구결과 ... 146
• 제1장 제3세부연구용역과제의 최종 목표 ... 146
• 제2장 제3세부연구용역과제의 국내외 기술 현황 ... 148
• 제3장 제3세부연구용역과제의 용역과제 내용 및 방법 ... 149
• 제4장 제3세부연구용역과제의 최종 용역과제 결과 ... 156
• 제5장 제3세부연구용역과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 191
• 제6장 제3세부연구용역과제의 연구성과 및 활용계획 ... 192
• 제7장 제3세부연구용역과제의 진행과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 195
• 제8장 제3세부연구용역과제의 기타 중요변경사항 ... 195
• 제9장 제3세부연구용역과제의 연구비 사용 내역(당해년도) 및 연구원 분담표 ... 196
• Ⅵ. 제4세부용역과제 연구결과 ... 198
• 제1장 최종 목표 ... 198
• 제2장 국내외 기술 현황 ... 199
• 제3장 최종 연구 내용 및 방법 ... 201
• 제4장 최종 연구 결과 ... 202
• 제5장 연구결과 고찰 및 결론 ... 232
• 제6장 연구성과 및 활용계획 ... 234
• 제7장 연구용역과제 진행과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 238
• 제8장 기타 중요변경사항 ... 241
• 제9장 연구비 사용 내역(당해년도) 및 연구원 분담표 ... 242
• 제10장 참고문헌 ... 243
• 제11장 첨부서류 ... 243
• Ⅶ. 제5세부용역과제 연구결과 ... 267
• 제1장 최종 목표 ... 267
• 제2장 국내외 기술 현황 ... 267
• 제3장 최종 연구 내용 및 방법 ... 268
• 제4장 최종 연구 결과 ... 273
• 제6장 연구성과 및 활용계획 ... 279
• 제9장 연구비 사용 내역(당해년도) 및 연구원 분담표 ... 281
• 끝페이지 ... 283