[논문 리뷰] Tracking Carbapenem-Resistant Pathogens in Hospital Wastewater: the focus on Acinetobacter baumannii and Pseudomonas aeruginosa

Magdalena Męcik, Kornelia Stefaniak외 6명|arXiv (Cornell University)|2026. 03. 15.

Antibiotic Resistance in Bacteria인용 수 0

한 줄 요약

연구는 폴란드 전역의 병원 폐수를 조사하여 카르바페넴에 내성인 Pseudomonas aeruginosa (CRPA)와 A. baumannii (CRAB)를 도식화하고, CRPA의 광범위한 존재, CRAB의 다양한 유전자형, 그리고 저항성 유전자와 폐수의 물리화학적 특성 및 항생제 농도 간의 연관성을 밝혀냈다.

ABSTRACT

Carbapenem-resistant Pseudomonas aeruginosa (CRPA) and Acinetobacter baumannii (CRAB) represent a major clinical and epidemiological challenge and pose a growing threat to public health and the environment. Accordingly, CRPA and CRAB were investigated in hospital wastewater (HWW) collected during winter and summer 2024 from 64 healthcare facilities across all 16 Polish voivodeships. To our knowledge, this study constitutes the first nationwide, large-scale assessment in Poland of carbapenem resistance in these high-risk pathogens in hospital wastewater. The study aimed to determine the prevalence of carbapenem-resistant bacteria (CRB) in HWW discharged into the public sewer system and municipal wastewater treatment plants (WWTPs). In addition, associations between CRB prevalence, hospital geographic location, and sampling season were analyzed to identify spatial and temporal patterns of carbapenem resistance (CR). Carbapenem-resistant P. aeruginosa were predominant in all studied regions. Carbapenem-resistant A. baumannii were identified in a smaller percentage of samples and were characterized by greater genotypic diversity. The ERIC-PCR assay confirmed the presence of both closely related strains and unique genetic profiles, which suggests that CRB emissions into the environment have a complex character. The statistical analysis revealed significant relationships between CRB counts, the physicochemical parameters of HWW, and antibiotic concentrations in HWW samples. In addition, the tested samples harbored many antibiotic resistance genes (ARGs), which confirms that HWW is a significant reservoir of mobile genetic elements (MGEs) involved in the spread of antibiotic resistance. The results of the study indicate that HWW should be rigorously monitored and managed to minimize risks to public health and environment.

연구 동기 및 목표

• 폴란드 전역의 공공 하수관 및 지자체 하수 처리장에 배출되는 병원 폐수에서 카르바페넴 내성 세균의 유병률을 평가한다.
• 종 분포(CRPA 및 CRAB)를 특성화하고 지리적 및 계절적(2024년 겨울 대 여름) 패턴을 평가한다.
• CRB 수와 폐수의 물리화학적 매개변수 및 항생제 농도 간의 연관성을 평가한다.
• 환경적 확산 가능성을 추정하기 위해 분자형 분류 및 ARG/MGE의 존재를 확인한다.

제안 방법

• 64개 의료시설에서 겨울 및 여름 2024년 동안 폴란드의 16개 voivodeships에서 병원 폐수를 수집한다.
• 적절한 미생물학적 및 분자 방법(유전자형화용 ERIC-PCR)을 사용하여 CRPA 및 CRAB를 검출하고 특성화한다.
• CRB의 유병률과 지리적 위치, 계절 및 폐수의 물리화학적 매개변수 간의 연관성을 분석한다.
• 샘플에서 항생제 내성 유전자(ARG) 및 이동성 유전 요소(MGE)를 스크리닝한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 폴란드 전역의 병원 폐수에서 카르바페넴 내성 Pseudomonas aeruginosa와 Acinetobacter baumannii의 유병률은 어느 정도인가?
• RQ2 CRB 수가 병원 위치(지리적 위치) 및 샘플링 계절과 관련이 있는가?
• RQ3 폐수의 물리화학적 매개변수 및 항생제 농도가 CRB 유병률과 상관관계가 있는가?
• RQ4 병원 폐수 내 CRB 균株의 유전형 다양성과 ARG/MGE의 존재 여부는 어떠한가?

주요 결과

• CRPA는 폴란드의 모든 연구 지역에서 우세했다.
• CRAB는 더 적은 비율의 샘플에서 확인되었지만 더 큰 유전형 다양성을 보였다.
• ERIC-PCR은 서로 밀접하게 연관된 프로파일과 고유한 CRB 프로필을 드러내어 환경 배출이 복잡함을 시사했다.
• 통계 분석은 CRB 수와 폐수의 물리화학적 매개변수 및 항생제 농도 간에 유의한 관계를 보였다.
• 샘플은 많은 ARG를 보유하고 있어 병원 폐수가 저항 확산에 관여하는 MGEs의 저장고임을 확인했다.
• 결과는 공중보건 및 환경 위험을 완화하기 위한 병원 폐수의 엄격한 모니터링 및 관리의 필요성을 지지한다.