폐수 처리 중에 박테리아가 직면하는 화학적, 물리적 스트레스는 박테리아 간의 유전자 전달에 영향을 미칠 수 있습니다. 그러나 카르타헤나 과학 기술 대학의 연구자들은 스트레스 요인의 특정 조합이 유전자 전달 속도를 크게 증가시키는 반면 다른 조합은 이를 감소시키는 것을 발견했습니다. 이 발견은 폐수 처리 및 재사용에 대한 모범 사례 설계 및 관리에 대한 정보를 제공할 수 있습니다.
킹 압둘라 과학 기술 대학교(King Abdullah University of Science and Technology)의 연구원들은 폐수 처리 시 스트레스 요인의 조합이 박테리아 유전자 전달 속도에 영향을 미친다는 사실을 발견했습니다. 그들의 결과는 박테리아 및 eDNA 농도를 감소시켜 유전자 전달을 최소화하는 데 정밀여과막이 모래여과보다 더 효과적이라는 것을 보여주었습니다. 이미지 출처: 2023KAUST; 황헤노
전 세계적으로 많은 지역에서 처리된 폐수를 잠재적으로 가치 있는 담수 자원으로 간주합니다. 연구를 주도한 Hong Peiying 그룹의 박사과정 학생인 보테이나 알-가쉬가리(Bothayna Al-Gashgari)는 "사우디 비전 2030의 일환으로 물 재사용 및 처리율을 높일 필요가 있습니다"라고 말했습니다. "안전한 폐기와 재사용을 장려하는 것이 중요합니다."
박테리아는 자연적으로 주변 환경에서 세포외 DNA(eDNA)를 흡수하고 기능성 유전자를 자신의 게놈에 통합할 수 있습니다. 처리된 폐수에는 상대적으로 높은 농도의 박테리아와 eDNA가 포함될 수 있습니다. 또한 박테리아를 자외선, 소독용 화학 부산물, 약물 등 eDNA 흡수 및 통합을 향상시키는 것으로 알려진 스트레스 요인에 노출시킵니다.
Al-Gashgari는 "여러 연구에서 개별 스트레스 요인이 염소 처리된 폐수에서 세균의 수평 유전자 전달에 미치는 잠재적인 영향을 강조했습니다."라고 말했습니다. "그러나 실제 폐수 환경에서는 여러 가지 스트레스 요인이 동시에 존재합니다. 우리의 목표는 이러한 요인들의 결합된 영향을 이해하는 것이었습니다."
안전한 재사용을 위해 폐수를 처리하면 귀중한 담수 자원이 제공됩니다. 이미지 출처: 2023KAUST; 황헤노
연구자들은 다양한 스트레스 요인이 유전자 전달률에 추가적인 영향을 미칠 것이라는 가설을 세웠습니다. 그러나 놀랍게도 상황은 훨씬 더 복잡합니다. 작용 방식에 따라 일부 조합은 시너지적으로 유전자 전달 속도를 크게 증가시키고 일부 조합은 중립 효과를 가지며 다른 조합은 유전자 전달 속도를 감소시킵니다.
"예를 들어, 박테리아 세포벽 투과성을 증가시키는 스트레스 요인(예: 카르바마제핀 약물)이 DNA 손상을 유발하는 스트레스 요인(예: 햇빛 노출)과 순차적으로 결합되면 두 스트레스 요인이 시너지 효과를 가질 수 있습니다."라고 Al-Gashgari는 말했습니다. "또한 스트레스 요인(예: 클로로포름)이 유해한 방식으로 eDNA와 직접 상호작용하면 DNA가 박테리아 게놈으로 통합되는 것을 차단하여 적대적인 효과를 생성한다는 사실도 발견했습니다."
이러한 복잡성으로 인해 여러 스트레스 요인의 결합된 효과를 예측하기가 어려워지고 다운스트림 재사용 환경에 의도하지 않은 결과가 있을 수 있는지 여부를 평가하는 기능이 복잡해집니다. 그러나 연구 결과는 폐수 처리에 대한 명확한 결론을 내렸습니다.
폐수 처리 공정의 핵심 목표는 폐수에서 박테리아와 eDNA의 농도를 낮게 유지하여 유전자 전달을 최소화하는 것입니다.
홍 교수는 “정밀여과막은 박테리아와 세포외 DNA를 자연적 형질전환에 해로운 수준까지 제거할 수 있기 때문에 폐수처리시설에는 모래여과보다는 정밀여과막을 갖춰야 한다고 생각한다”고 말했다. "미세여과막은 모래여과보다 설치 및 운영 비용이 더 많이 들지만, 유틸리티 기업이 이러한 예방 조치를 취할 것을 촉구합니다."