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pp.381-394
2019년 기준 국내 인체 항생제 사용량(DDD/1,000명/일)은 26.1로 OECD 29개국 중 세 번째로 높으며, 2024년에는 가축 및 반려동물에 약 850톤의 항생제가 판매되는 등 다량으로 사용되고 있다. 특히 낙동강 인근 하수 및 축산폐수 처리장 방류수에서는 sulfonamide 계열 항생제가 높은 빈도와 농도로 검출되며, 기존의 생물학적 처리공정만으로는 완전히 제거되지 않아 수계로 유출된다. 항생제는 주로 복합 혼합물 형태로 환경에 유입되며, 물질 간 상호작용 (가산효과, 상승작용, 길항작용 등)에 따라 독성이 달라질 수 있다. 이에 본 연구에서는 sulfonamide 계열 항생제 3종(sulfamethoxazole, sulfamethazine, sulfathiazole)을 대상으로, 이들의 혼합물이 물벼룩(Daphnia magna)에 미치는 급성독성을 평가하였다. 급성독성 시험 결과, 단일 물질의 48hr-EC₅₀은 sulfamethoxazole(SMX) 50.17 mg/L, sulfamethazine(SMZ) 45.83 mg/L, sulfathiazole(STZ) 26.73 mg/L로 나타났으며, 혼합물은 M1(SMX+SMZ) 45.94mg/L, M2(SMZ+STZ) 31.65 mg/L, M3(SMX+STZ) 42.52 mg/L, M4(SMX+SMZ+STZ) 52.16 mg/L로 확인되었다. 또한, 비시험 독성 예측방법인 UN-GHS 모델과 Similar Mode of Action(MOA) 기반 분석을 통해 혼합 독성을 예측하였다. UN-GHS 모델을 이용한 예측은 실험값과 유사한 경향을 보였으나, 최대 21%의 상대오차가 발생하여 단순 가산으로 환경 내 독성영향을 평가하는 데 한계가 있음을 검증하였다. Similar MOA 분석 결과, M1은 단순 가산효과, M2는 상승작용, M3⋅M4는 길항작용을 보였다. 이는 항생제 혼합물이 항상 상승효과를 보이지 않음을 시사한다. 길항작용은 동일 표적 또는 수용체 경쟁, 연관 경로 내 영향, 혹은 한 물질의 독성 억제 등으로 발생할 수 있다. 본 연구 결과, 혼합물질의 독성은 단일물질 기반 비시험 예측법으로 정확히 평가하기 어렵고, 혼합물질의 조성과 종류에 따라 오차가 발생함을 규명하였다. 따라서 향후 연구에서는 다양한 조건에서의 실험적 데이터를 축적하고 보정인자를 도출하여 모델 신뢰도를 향상시킬 필요가 있으며, 다양한 작용 기작과 성분을 가진 혼합물을 대상으로 실험적 검증을 수행함으로써 혼합물의 실제 독성을 보다 정확하게 평가해야 한다.
In 2019, the consumption of antibiotics for humans in South Korea reached 26.1 DDD/1,000 inhabitants/day, ranking third among 29 OECD countries. In 2024, approximately 850 tons of antibiotics were sold for use in livestock and companion animals, demonstrating their substantial usage. Sulfonamide antibiotics are frequently detected at elevated concentrations in effluents from sewage and livestock wastewater treatment plants in the Nakdong River basin. Conventional biological treatment processes cannot completely remove these antibiotics, leading to their release into aquatic environments. Antibiotics are usually present in aquatic systems in the form of mixtures, and interactions among the substances (additive, synergistic, or antagonistic effects) can alter their toxicity. Therefore, this study evaluated the acute toxicity of three sulfonamide antibiotics (sulfamethoxazole, sulfamethazine, sulfathiazole) and their mixtures using Daphnia magna. The acute toxicity test revealed 48hr-EC₅₀ values of 50.17 mg/L for sulfamethoxazole (SMX), 45.83 mg/L for sulfamethazine (SMZ), and 26.73 mg/L for sulfathiazole (STZ). For mixtures, the 48hr-EC₅₀ values were 45.94 mg/L for M1 (SMX+SMZ), 31.65 mg/L for M2 (SMZ+STZ), 42.52 mg/L for M3 (SMX+STZ), and 52.16 mg/L for M4 (SMX+SMZ+STZ). Non-testing predictive approaches were used to estimate the toxicity of the mixtures. The UN-GHS model produced predictions consistent with experimental values, although discrepancies of up to 21% were observed, indicating the limitations of simple additive assessments for predicting environmental toxicity. In the Similar MOA(Mode Of Action)-based analysis, M1 exhibited an additive effect, M2 showed a synergistic effect, and M3 and M4 revealed antagonistic effects. These findings suggest that antibiotics in aquatic environments do not consistently exhibit additive or synergistic interactions, as antagonistic interactions may occur due to target or receptor competition, pathway interactions, or inhibition of the toxicity of one substance by another. Overall, the findings suggest that the toxicity of the mixtures cannot be accurately predicted solely from single-substance data, and deviations depend on the composition and combination of the substances. Therefore, accumulating experimental data under various conditions and deriving calibration factors are necessary to improve the model reliability. Future studies should experimentally verify the toxicity of mixtures of substances with diverse mechanisms of action and components to improve the accuracy of environmental risk predictions.
ABSTRACT
1. 서 론
2. 재료 및 실험방법
2.1 시험 생물
2.2 연구대상 시료 및 시약
2.3 물벼룩 급성독성시험
2.4 비시험(In silico) 평가기법에 의한 혼합물의 독성 분석
3. 결과 및 고찰
3.1 급성독성시험 결과 분석
3.2 비 시험 평가기법을 통한 독성평가
4. 결 론
References
