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SUMMARY
목차
1. 연구개발과제의 개요 22
1-1. 연구개발 목적 23
1-2. 연구개발의 필요성 23
가. 항생제 사용사례 23
나. 항생제 내성의 심각성 23
다. 항생제 내성균의 증가 26
라. 병원폐수의 처리시설 28
마. 축산분뇨 처리시설 29
바. 가축 매몰지 침출수 29
사. 소독공정 29
아. 미생물 불활성화의 정량화 36
자. 혼합(복합) 소독 공정 37
차. 항생제 내성 유전체 전이로 인한 슈퍼박테리아 출현 가능성 39
1-3. 연구개발 범위 42
가. 연도별 연구개발의 목표 및 내용 42
2. 국내외 기술개발 현황 43
2-1. 국내 현황 45
2-2. 국외 현황 51
3. 연구수행내용 및 결과 57
3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 59
가. 연구개발의 추진전략 59
나. 연차별 추진체계 60
다. 연도별 연구개발의 추진일정 61
라. 연구개발의 최종목표 62
3-2. 연구개발 결과 및 토의 63
가. 소독 장치 셋업 63
나. 조사 대상 지역의 선정 및 항생제 내성 미생물의 분리와 동정 65
다. 항생제 내성 전이 평가 / 유도 및 표준 미생물 선정 85
라. 소독 실험 후 동물 실험(쥐)으로 소독 효율 평가 106
마. 셋업된 소독공정을 이용한 화학물질의 제거 107
마. 최적의 반응기 설계 및 평가 113
바. 경제성 및 사업성 분석 124
3-3. 연구개발 결과 요약 126
가. 항생제 내성 미생물 모니터링 결과 126
나. 단일 소독 공정을 항생제 내성 미생물 및 내성 유전자 제거 126
다. 복합 소독 공정을 항생제 내성 미생물 및 내성 유전자 제거 126
다. 복합 소독 공정을 이용한 유해화학물질 제거 127
라. 최적의 반응기 설계 및 평가 127
4. 목표달성도 및 관련분야 기여도(환경적 성과 포함) 129
4-1. 목표 달성도 131
가. 1차년도 131
나. 2차년도 132
다. 3차년도 133
4-2. 관련분야 기여도 134
5. 연구결과의 활용계획 135
6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 141
7. 연구개발결과의 보안등급 151
8. NTIS에 등록한 연구시설·장비현황 155
9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 159
10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 167
11. 기타사항 171
12. 참고문헌 175
부록(기타 부록, 지침서, 매뉴얼, 안내서, 핸드북 등)(내용없음) 16
〈표 1.2.1〉 항생제 다제 내성 gene 유무 확인 28
〈표 1.2.2〉 다양한 기존 소독 기술에 의한 미생물 불활성화(pH 7.1, 20℃, buffer condition) 30
〈표 1.2.3〉 불활성화 실험 조건 33
〈표 1.2.4〉 OH radical의 CT (2 log 불활성화) 36
〈표 1.2.5〉 복합소독공정에 의한 시너지 효과 38
〈표 3.2.1〉 실험에 사용된 PCR 조건 및 primer의 정보 67
〈표 3.2.2〉 항생제 다제 내성균 확인 69
〈표 3.2.3〉 다제 내성균의 Blast 결과 70
〈표 3.2.4〉 HOCI에 의한 pH 및 온도별 조건에 따른 E. coli 와 B. subtilis spore의 2 log 불활성화 CT값 89
〈표 3.2.5〉 Chlorine / UV 공정에서의 주요 반응 93
〈표 3.2.6〉 Chlorine / UV 실험에 사용된 radical scavenger의 특성 96
〈표 3.2.7〉 염소 소독 결과 ARB와 ARG의 불활성화 (간이상수도 여과수 대상) 116
〈표 3.2.8〉 자외선 소독 결과 ARB와 ARG의 불활성화 (간이상수도 여과수 대상) 120
〈표 3.2.9〉 자외선 소독 결과 ARB와 ARG의 불활성화 (가축분뇨 처리수 대상) 122
〈표 3.2.10〉 살균소독제 종류별 경제성 비교 125
〈그림 1.2.1〉 연도별 우리나라 항생제 내성균 저항성 변화추이 24
〈그림 1.2.2〉 항생제 내성의 전파경로 24
〈그림 1.2.3〉 항생제 내성균의 위힘성 - 언론매체를 통한 보도자료 25
〈그림 1.2.4〉 슈퍼박테리아의 병원 감염 사례 - 언론매체를 통한 보도자료 25
〈그림 1.2.5〉 축산폐수 유입 하천에서의 시료 채취 - (a) :유입지역, (b) : 소류지, (c) : 하천변 26
〈그림 1.2.6〉 분리된 항생제 내성균의 계통 분류도 27
〈그림 1.2.7〉 병원폐수 처리시설의 모식도 - 소독공정이 추가됨 28
〈그림 1.2.8〉 오존 분해 메커니즘(a)과 DNA의 흡수, 파장별 소독 효율(b) 31
〈그림 1.2.9〉 자외선에 의한 미생물 불활성화 메커니즘 32
〈그림 1.2.10〉 활성 산화제의 반응성과 선택성 32
〈그림 1.2.11〉 CBA의 실제 사진 (a)과 구성 (b) 33
〈그림 1.2.12〉 UV에 의한 불활성화(a)와 Free chlorine에 의한 불활성화(b) 34
〈그림 1.2.13〉 UV/H₂O₂ 전처리 공정과 염소 후처리 시... 34
〈그림 1.2.14〉 Rct의 개념(이미지참조) 35
〈그림 1.2.15〉 O₃ 공정에서 1,4-Dioxane 제거율 예측 및 평가(a)와 O₃ 공정과 O₃/H₂O₂(b) 공정 비교 35
〈그림 1.2.16〉 소독 처리 후 불활성화 정량화 kinetics 36
〈그림 1.2.17〉 대표적인 소독 모델(a)과 Ozone exposure 예(b) 37
〈그림 1.2.18〉 전처리 소독에 따른 시너지 효과 38
〈그림 1.2.19〉 세포벽 내 존재하는 poles을 통해 외부의 dsDNA가 조합되어 이동하는 dsDNA 흡수... 39
〈그림 1.2.20〉 항생제 내성 유전자의 전이 기작 40
〈그림 1.2.21〉 Horizontal gene transfer의 주요 기작중 하나인... 40
〈그림 1.2.22〉 소독처리 이후 항생제 내성 전이 평가 실험 41
〈그림 2.1.1〉 2002년 금강호에서 동정된 항생제 내성균들의 항생제 내성 패턴 45
〈그림 2.1.2〉 감마선 조사 했을 때 내성균의 불활성화 47
〈그림 2.1.3〉 pB10의 염소와 오존에 대한 불활성화 비교 47
〈그림 2.1.4〉 항생제 내성균 불활성화(a)와 항생제 내성 유전자 불활성화(b)의 CT값 비교 48
〈그림 2.1.5〉 개량된 녹색 형광 단백질을 이용한 항균 펩타이드 생산 과정 모식도 49
〈그림 2.1.6〉 가정용 살균 장치 '클리즈' 50
〈그림 2.2.1〉 Detection of the vanA gene coding for vancomycin resistance (a)... 51
〈그림 2.2.2〉 Antibiotics resistance gene detection statistics 52
〈그림 2.2.3〉 Antibiotic Resistome and Its Association with Bacterial Communities... 52
〈그림 2.2.4〉 염소, UV, 오존 사용량에 따른 미생물의 불활성화 53
〈그림 2.2.5〉 UV dose에 따른 항생제 내성 미생물(a)과 내성 gene(b)의 불활성화 비교 54
〈그림 2.2.6〉 TiO₂ 광촉매에 의한 불활성화(a, b) 염소 및 UV-C에 의한 불활성화(c) 55
〈그림 2.2.7〉 바이오존 공기살균 기술 56
〈그림 2.2.8〉 Aritilysins에 대해 깨진 균열이 발생히는 녹농균세포 56
〈그림 3.1.1〉 과제 연구팀의 구성 59
〈그림 3.1.2〉 연차별 추진 체계 모식도 60
〈그림 3.2.1〉 물 소독 실험 모식도 및 표면 및 공기 실험 모식도 63
〈그림 3.2.2〉 자외선 소독 장치(collimated beam apparatus) 63
〈그림 3.2.3〉 오존 소독 장치 64
〈그림 3.2.4〉 염소 소독 장치 64
〈그림 3.2.5〉 시료채취 지점 (a) : ○○시, (b) □□시 65
〈그림 3.2.6〉 Sampling site 1.의 전경(a)과 모습(b) 65
〈그림 3.2.7〉 Sampling site 2.의 전경(a)과 모습(b) (2016.10.18) 66
〈그림 3.2.8〉 Sampling site 3.의 전경(a)과 모습(b) (2015.09.02) 66
〈그림 3.2.9〉 Sampling site 4.의 전경(a)과 모습(b) (2014.10.21) 67
〈그림 3.2.10〉 항생제 내성 미생물의 동정 과정 68
〈그림 3.2.11〉 다제 내성균들의 미생물 계통 분석도 71
〈그림 3.2.12〉 차세대 염기서열분석의 예 72
〈그림 3.2.13〉 Sampling site 1의 차세대 염기서열분석 결과 72
〈그림 3.2.14〉 Sampling site에 대한 월별 항생제 내성 미생물 변화 추이 (site 1) 73
〈그림 3.2.15〉 Sampling site에 대한 월별 항생제 내성 미생물 변화 추이 (site 2) 77
〈그림 3.2.16〉 Sampling site에 대한 월별 항생제 내성 미생물 변화 추이 (site 3) 80
〈그림 3.2.17〉 Sampling site에 대한 월별 항생제 내성 미생물 변화 추이 (site 4) 84
〈그림 3.2.18〉 실험에 사용된 항생제 내성 gene과 항생제 내성 미생물 85
〈그림 3.2.19〉 항생제 내성 유전자 전이 평가 및 유도 예시 86
〈그림 3.2.20〉 S. typhimurium (wild type & Amp. resistant type)의 UVC 의한 불활성화... 87
〈그림 3.2.21〉 ARB와 ARG의 UVC에 의한 불활성화... 88
〈그림 3.2.22〉 S. typhimurium (wild type & Amp. resistant type)의 염소에 의한 불활성화... 89
〈그림 3.2.23〉 국내 하천내 항생제 내성 미생물 실태 기사 90
〈그림 3.2.24〉 ARG의 염소에 의한 불활성화 90
〈그림 3.2.25〉 S. typhimurium (wild type & Amp. resistant type)의 오존에 의한 불활성화... 91
〈그림 3.2.26〉 ARB와 ARG의 오존에 의한 불활성화... 92
〈그림 3.2.27〉 실험에 사용된 Chlorine / UV 공정 93
〈그림 3.2.28〉 ARB의 UVC와 Chlorine / UV에 의한 불활성화 실험 후... 94
〈그림 3.2.29〉 Chlorine / UV에 의한 pFLAG의 제거 kinetics, (a) : Chlorine농도, (b) : pH... 95
〈그림 3.2.30〉 Chlorine / UV에 의한 pFLAG의 제거에 있어서 radical scavenger의... 97
〈그림 3.2.31〉 Cu(II)/H₂O₂ 시스템을 이용한 E. coli 불활성화 선행연구 99
〈그림 3.2.32〉 Cu(II)와 Cu(II)/H₂O₂ 시스템을 이용한 ARB의 불활성화... 100
〈그림 3.2.33〉 Cu(II)와 Cu(II)/H₂O₂ 시스템을 이용한 ARG의 불활성화... 101
〈그림 3.2.34〉 Cu(II)/H₂O₂ 시스템을 이용한 ARB의 불활성화에서의... 102
〈그림 3.2.35〉 Cu(II)/H₂O₂ 시스템에서 Cu(I)의 생성... 103
〈그림 3.2.36〉 ARB의 불활성화에서 H₂O₂의 존재 유무에 따른... 104
〈그림 3.2.37〉 Cu(II) 농도에 따른 cell permeability를 cell - free condition(a)과... 105
〈그림 3.2.38〉 동물 실험을 위한 쥐 사육장(a)과 복강내 투여 모습(b) 106
〈그림 3.2.39〉 실험 쥐의 사망률 실험 (AOP처리) 107
〈그림 3.2.40〉 그람음성균의 세포벽 구조 및 구성요소 107
〈그림 3.2.41〉 O₃와 O₃/H₂O₂ (a), UV와 UV/H₂O₂ (b) 를 이용한 endotoxin의 산화 제거... 108
〈그림 3.2.42〉 Endotoxin농도에 따른 TNF-α의 생성량 109
〈그림 3.2.43〉 Endotoxin의 제거율과 TNF-α의 생성량 110
〈그림 3.2.44〉 한강시료 조건에서의 Endotoxin 제거율 111
〈그림 3.2.45〉 실제 E. coli로부터 생성된 Endotoxin의 제거율과 TNF-α 생성량... 112
〈그림 3.2.46〉 염소 소독 반응기 113
〈그림 3.2.47〉 염소 소독 반응기 유출부에서 시간에 따른 염소 농도 변화 114
〈그림 3.2.48〉 염소 소독 반응기 유출부에서 시간에 따른 염소 농도 F curve 115
〈그림 3.2.49〉 미생물별 자외선에 의한 불활성화 kinetics 117
〈그림 3.2.50〉 항생제 내성균 및 내성 유전자 불활성화를 위한 자외선 반응기... 118
〈그림 3.2.51〉 그림 3.2.50a의 자외선 반응기에서 MS-2 phage의 불활성화 120
〈그림 3.2.52〉 그림 3.2.50b의 자외선 반응기에서 MS-2 phage의 불활성화 122
〈그림 3.2.53〉 분야별 소독 시장 전망 124
〈그림 3.3.1〉 처리공정별 결과의 비교 127
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