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Antibiotic resistance is a well-known menace: Witness the dangers of hospital-acquired MRSA infections, or the totally drug-resistant tuberculosis found in India earlier this year. FDA statistics show that over 80 percent of antibiotics used in the US are given to livestock, and heavy animal use is thought to be one of the drivers of resistance among human pathogens. So it behooves veterinarians and public health officials alike to stamp out antibiotic resistance in animals.

In the hunt for how this resistance develops, though, scientists have been mostly looking at bacteria inside the digestive system. But it turns out they might have, er, the wrong end of things—a new study finds that drugs excreted in pee and feces may be even more worrisome than those circulating in the bloodstream.

As the antibiotic ceftiofur has become more widely used in cows to treat respiratory disease and infections, E. coli and Salmonella in their guts have become increasingly resistant to it. Similar drugs to ceftiofur are used in people to treat pneumonia and meningitis; the threat to human health is serious enough that earlier this year the FDA announced new restrictions on ceftiofur and its sister drugs. But the mystery has been how resistance develops in cattle. The drug is injected, not taken orally, and it doesn’t appear to act on cows’ guts.

To find out how resistance was spreading, Murugan Subbiah and colleagues at Washington State University first began with the fact that broken-down antibiotics have been found in cow feces and urine, and that these molecules are known to be lethal to bacteria. What remained to be seen, though, was whether urine could therefore shape the bacteria population in soil, encouraging resistant bacteria to spread.

In the study, published last week in PLoS one, the team had the icky task of collecting urine and feces from cows dosed with ceftiofur. When they mixed up cocktails of excrement and soil, they found that urine from treated cows killed off normal E. coli and encouraged the spread of the resistant ones. Thus, simply contaminating a patch of soil with pee may be enough to create resistant bacteria in the wild. And when dairy calves were given bedding sprayed with resistant E. coli, within a matter of days they showed resistant E. coli in their guts as well, showing how easily bacteria made resistant outside the cow’s body can leap into the cow’s guts.

Bacteria are well-known for swapping antibiotic-resistance genes amongst themselves, and this particular kind of resistance has been found to move easily between different species of bacteria. Thus resistant E. coli in the soil could spread their powers to numerous other kinds of pathogens also present there, including others that infect humans through meat or produce.

The scientists propose that if urine is to blame for passing on resistance, solutions may come easier—for instance, farmers may be convinced to change their waste management practices. Just don’t expect a cow potty anytime soon.

Image courtesy of St0rmz via Flickr.

http://www.npr.org/blogs/thesalt/2012/02/21/147190101/how-using-antibiotics-in-animal-feed-creates-superbugs

EnlargeScott Olson/Getty Images

Many livestock groups say there's no evidence that antibiotics in livestock feed have caused a human health problem, but researchers beg to differ.

연구자들은 과학자, 정부 관리, 농기업 지지자가 몇 년 동안 논쟁한 어떠한 것에 대해 억지로 동의해야 했다: 가축 사료의 항생제가 인간을 위협할 수 있는 항생제 내성 세균을 야기할 수 있는지.

미국 미생물학회에서 출간한 mBio라는 학회지에 실린 연구는 항생제에 민감한 포도상구균이 어떻게 인간에서 돼지로 전해지고, 그것이 항생제인 테트라사이클린tetracycline과 메티실린methicillin에 대한 내성을 갖는지 밝혔다. 그 뒤 항생제 내성의 포도상구균이 다시 인간에게 돌아온다는 것을 알아냈다.

"슈퍼버그superbug의 탄생을 살펴보는 것 같다"고 응용유전체학연구소(Translational Genomics Research Institute)의 Lance Price는 말한다.

Price와 19개국의 동료들은 밀접하게 관련된 변종인 CC398과 88이라 불리는 포도상구균에 대한 전체 게놈 분석을 실시했다. CC398, 이른바 MRSA 또는 메티실린 내성 황색 포도상구균(methicillin-resistant Staphylococcus aureus)은 지난 10년 동안 돼지에게서 발생하여 소와 가금류에게까지 널리 퍼졌다.

유전자 분석으로 연구의 저자들은 항생제에 민감한 인간의 조상으로 돌아가 가축 세균의 혈통을 추적할 수 있었다. Price 씨는 동물의 박테리아가 가까이 노출된 가축을 통해 인간에게로 돌아왔다는 것을 의심할 여지가 없다고 한다. 

미국 미생물학회에 따르면, 이 "돼지 MRSA"이 미국에서 팔리는 모든 육류 표본의 약 절반에서 발견되었다고 한다. 고기에서 발견된 포도상구균 대부분은 잘 익히면 없어지지만,  안전하게 처리하지 않거나 다른 주방기구와 교차오염을 일으키면 여전히 소비자에게 위험을 일으킬 수 있다.

Price 씨는 가축에게 직접적으로 노출된 사람들을 통해 인간에게 새로운 내성 세균이 퍼지게 될 수 있다고 말했다. 

"처음에 우린 늘 가축 노출에 대해 다시 추적할 수 있었다"고 Price 씨는 말한다. "그러나 현재 우리는 다시 추적할 수 없는 내성의 사례를 발견하기 시작하고 있다. 그래서 말하자면 기어를 변속하고 있으며, 사람에서 사람으로 전염되는 능력을 갖추고 있다고 생각한다."

Price 씨는 새로운 데이터가 주요 공중보건 문제가 될 수 있다는 조기 경보를 제공한다고 한다.

그는 "이것이 일어나는 걸 보고 있다"고 한다. "문제는 앞으로 우리가 항생제 사용을 억제하지 않으면 얼마나 자주 일어날 것이냐는 점이다."

지금까지 이러한 가축에서 유래된 인간 MRSA 감염의 사례는 별로 없다. 그러나 네덜란드의 일부 지역에서는 4건 가운데 1건이 인간 MRSA 사례로 일어났다 —그것이 광범위하게 퍼질 가능성이 있음을 암시한다.

또 다른 연구의 저자 Paul Keim 씨는 "우리의 부적절한 항생제 사용이 ... 현재 우리에게 되돌아오고 있다"는 사실을 보고서가 밝히고 있다고 한다. 그는 해결책은 분명하다고 한다 — 유럽연합에서 했듯이 가축 사료에 항생제 사용을 금지하기.

주로 사료에 넣어 성장을 촉진시키고 대규모 사육장에서 감염의 발생을 완화시키려고 동물에게 먹이는 대부분의 항생제는 미국에서 팔렸다.

많은 사람들이 가축 사료에 항생제를 사용하는 것이 인간 건강에 문제를 일으킨다는 증거가 없다고 이야기한다. 

"박식한 과학자와 공중보건 전문가 대부분은 인간의 항생제 내성 문제가 압도적으로 인간에게 사용하는 항생제 때문이라는 사실을 인정하고 있다"고 미국 육류협회는 말한다.

새로운 보고서는 가축에게 사용하는 항생제에 대한 오래된 논쟁에 기름을 붓고, 정부에서 책임을 지고 그것을 규제하라고 한다. 12월에 FDA는 가축과 가금류의 사료에 사용되는 페니실린과 테트라사이클린이란 두 항생제에 대한 승인을 그만두자는 1977제안을 철회했다. 그 대신 육류업계의 "자발적인 개혁"을 통해 사용을 제한하는 데 초점을 맞추자고 했다.

그 뒤 1월에 부분적인 반전에서 식품의약청은 동물 사료에서 세팔로스포린cephalosporins이란 한 종류의 항생제를 금지했다.