축산밀집지역 하천에서 테트라사이클린계 항생제 및 대사체의 거동에 대한 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 축산밀집지역의 농촌에서 가축 배설물에 의한 테트라사이클린계 항생제와 대사체 잔류 수준 및 거동에 대하여 연구하였다. 조사대상지역은 축산폐수의 직접적인 영향이 예상되는 저수지를 시작으로 소하천을 따라 강까지 약 7 km이며 이를 9 지점으로 구분하여 2회(2010년 11월, 2011년 10월) 시료 채취하였다. 분석물질은 총 11종으로 테트라사이클린계 항생제 3종(tetracycline, chlortetracycline, oxytetracycline) 및 대사체 8종(4-epitetracycline, anhydrotetracycline, 4-epianhydrotetracycline, 4-epichlortetracycline, 4-epianhydrochlortetracycline, 4-epioxytetracycline, α-apo-oxytetracycline, β-apo-oxytetracycline)이었다. 분석은 카트리지를 이용한 고체상추출법으로 전처리를 한 후 LC/MS/MS(Liquid Chromatography/Mass Spectrometry/Mass Spectrometry)를 이용하여 분석하였다.
테트라사이클린계 항생제 및 대사체의 잔류 수준은 모두 13.6 μg/L 이하로 상류에서 하류로 갈수록 농도가 낮아졌다. 측정된 잔류 농도는 기존에 보고된 독성정보(ED50)에 비해 대사체는 약 40 ~ 4000 배, 항생제 테트라사이클린은 약 30 배, 옥시테트라사이클린는 약 15 ~ 20 배 낮은 수준이었지만 클로르테트라사이클린의 경우 불과 약 3 ~ 4 배 낮은 수준으로 향후 지속적인 관심이 필요한 것으로 생각된다. 하류로 갈수록 이들 물질의 농도가 감소하는 것은 희석 이외에도 생물학적인 분해가 일어나기 때문인 것으로 추정되었다. 본 연구의 토대로 향후 다양한 환경 매체에서 테트라사이클린 및 대사체 잔류 및 거동을 규명하기 위한 연구가 지속될 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The objective of this study is to investigate the fate and residual levels of tetracycline antibiotics and their metabolites in the streams near concentrated livestock industries. The sites are from reservoir which are expected to have a direct impact on livestock wastewater to river along the small stream. The samples were collected twice in November, 2010 and October, 2011 from nine point about 7 km. The total 11 types of analytes are three types of antibiotics of tetracyclines (tetracycline, chlortetracycline, oxytetracycline) and eight types of their metabolites (4-epitetracycline, anhydrotetracycline, 4-epianhydrotetracycline, 4-epichlortetracycline, 4-epianhydrochlortetracycline, 4-epi-oxytetracycline, α-apo-oxytetracycline, β-apo-oxytetracycline). The analysis were carried out using LC/ESI(+)-MS/MS (Liquid Chromatography/Mass Spectrometry/Mass Spectrometry) combined with solid phase extraction (SPE).
The residual levels of tetracycline antibiotics and their metabolites were lower levels from upstream to downstream and were detected all below 13.6 μg/L. The detected residual levels of this study were compared with reported toxicity information (ED50). The levels were lower about 40 ~ 4000 times of metabolites, about 30 times of tetracycline of antibiotics, about 15 ~ 20 times of oxytetracycline, but lower just about 3 ~ 4 times of chlortetracycline, I think that it need continuous concern in future. It is assumed that the concentration levels have been decreased to the downstream due to both dilution and biological degradation. On the basis of this result, the advanced study on the fate and transformation of tetracycline and their metabolites in the environment may be expected to identify the effect on ecosystems in the future.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 2. 연구내용 3
• 2.1. 문헌연구 3
• 2.1.1. 국내외 항생제 사용현황 3
• 2.1.2. 테트라사이클린계 항생제 및 대사체의 특성 8
• 2.1.3. 테트라사이클린계 독성 및 내성 14
• 2.1.4. 국내외 테트라사이클린계 의약물질 분석 사례 18
• 2.1.5. 테트라사이클린계 의약물질 분석방법 22
• 3. 연구방법 24
• 3.1. 연구대상 및 시료채취 24
• 3.2. 시료 전처리 및 분석 26
• 3.2.1. 하천수 시료의 준비 26
• 3.2.2. 고체상추출법(SPE)을 이용한 전처리 27
• 3.2.3. LC/MS/MS 분석 28
• 3.2.4. 정도관리 30
• 4. 결과 및 고찰 32
• 4.1. 하천수의 테트라사이클린계 물질 분포 32
• 4.2. 하천수의 테트라사이클린계 항생제 및 대사체 거동 38
• 4.2.1. 테트라사이클린 및 대사체 변화 38
• 4.2.2. 클로르테트라사이클린 및 대사체 변화 41
• 4.2.3. 옥시테트라사이클린 및 대사체 변화 = 43
• 5. 결론 46
• 6. 참고문헌 47
• 표 1. 선진각국의 축산물 생산량 및 항생제 사용량 (2002년 기준) 3
• 표 2. 연도별 우리나라 축산단지에 사용되는 항생제 사용량 6
• 표 3. 용도별 항생제 판매량 7
• 표 4. 축종별 항생제 판매량 7
• 표 5. 환경 중 pH에 따른 예상 거동 8
• 표 6. 테트라사이클린 분자구조식 9
• 표 7. 클로르테트라사이클린 분자구조식 10
• 표 8. 옥시테트라사이클린 분자구조식 11
• 표 9. 테트라사이클린의 국내외 잔류허용기준 (MRLs) 16
• 표 10. 유통 축산물의 주요 항생제 내성률 검사 17
• 표 11. 환경분야 주요 항생제 내성률 검사 (일반양돈농가) 17
• 표 12. 환경분야 주요 항생제 내성률 검사 (무항생제양돈농가) 17
• 표 13. 국내 축산폐수처리장의 유입수 및 방류수, 하천수의 테트라사이클린 항생제 18
• 표 14. 미국 내 폐수처리장 유입수 및 방류수에서 검출된 테트라사이클린 항생제 19
• 표 15. 중국 내 하수처리장 유입수 및 방류수, 하천수에서 검출된 테트라사이클린 항생제 및 대사체 20
• 표 16. 외국에서 검출된 테트라사이클린계 분석물질 21
• 표 17. 테트라사이클린계 분석방법에 대한 문헌조사 22
• 표 18. 조사대상지역 축사농가 및 사육두수 현황 24
• 표 19. 테트라사이클린계 분석물질 이온정보 29
• 표 20. LC/MS/MS 기기조건 29
• 표 21. 테트라사이클린계 분석방법에 따른 방법검출한계 30
• 표 22. 조사대상 지역 테트라사이클린계 분석물질 농도 (2010년) 33
• 표 23. 조사대상 지역 테트라사이클린계 분석물질 농도 (2011년) 33
• 표 24. 조사대상 지역 테트라사이클린계 항생제 평균농도 34
• 표 25. 조사대상 지역 테트라사이클린계 대사체 평균농도 34
• 표 26. 테트라사이클린과 에피머의 전체 비중 변화(2010년) 40
• 표 27. 테트라사이클린과 에피머의 전체 비중 변화(2011년) 40
• 표 28. 클로르테트라사이클린과 에피머의 전체 비중 변화(2010년) 42
• 표 29. 클로르테트라사이클린과 에피머의 전체 비중 변화(2011년) 42
• 표 30. 옥시테트라사이클린과 에피머의 전체 비중 변화(2010년) 44
• 표 31. 옥시테트라사이클린과 에피머의 전체 비중 변화(2011년) 44
• 표 32. 시료 채취시 pH 45
• 그림 1. 선진국의 축산물 생산량 및 항생제 사용량 (2002년 기준) 4
• 그림 2. 축산물 생산량에 대한 항생제 사용량 비율 4
• 그림 3. 테트라사이클린 항생제 및 대사체 경로 12
• 그림 4. 클로르테트라사이클린 항생제 및 대사체 경로 12
• 그림 5. 옥시테트라사이클린 항생제 및 대사체 경로 13
• 그림 6. 테트라사이클린계 항생제 및 대사체 독성 14
• 그림 7. 시료 채취 장소 25
• 그림 8. 시료 전처리 방법 26
• 그림 9. LC/MS/MS 기기 28
• 그림 10. 테트라사이클린계 항생제 및 대사체 표준물질 31
• 그림 11. 조사대상 지역 테트라사이클린 및 대사체 연도별 농도 변화 35
• 그림 12. 조사대상 지역 클로르테트라사이클린 및 대사체 연도별 농도 변화 35
• 그림 13. 조사대상 지역 옥시테트라사이클린 및 대사체 연도별 농도 변화 36
• 그림 14. 상류와 하류지점의 크로마토그램 36
• 그림 15. 조사대상 지역 농도 37
• 그림 16. 테트라사이클린과 에피머의 상관관계 39
• 그림 17. 시간에 따른 테트라사이클린의 변화 39
• 그림 18. 클로르테트라사이클린과 에피머의 상관관계 41
• 그림 19. 옥시테트라사이클린과 에피머의 상관관계 43