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하수도 침전물로 코로나19 전파 예측한다

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하수도 침전물로 코로나19 전파 예측한다

2020.12.07 22:01
미국 스탠퍼드대 연구팀
산호세 환경서비스부 제공
연구자들이 코로나19 바이러스 유전물질을 찾기 위해 하수도 속 침전물을 꺼내는 모습이다. 산호세 환경서비스부 제공

하수도 침전물을 분석하면 지역에 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19)가 얼마나 퍼졌는지를 정확하게 분석할 수 있다는 연구결과가 나왔다. 환자들이 배출한 바이러스가 하수를 타고 나오면 이를 분석하는데 하수보다 하수 속 침전물에 담긴 바이러스 농도가 1000배 높은 것으로 나타났다. 최근 전 세계에 코로나19 환자가 급증하는 가운데 하수를 통해 코로나19를 빠르게 예측하고 방역 대책을 세우는 데 도움을 주리란 기대다.

 

알렉산드리아 보엠 미국 스탠퍼드대 토목 및 환경공학부 교수와 크리스타 위긴턴 미시건대 토목 및 환경공학부 교수 공동연구팀은 하수도 폐수 속 침전물을 분석하는 기술로 지역 내 코로나19 전파 정도를 실시간으로 관측할 수준의 정확도를 얻었다고 이달 7일 국제학술지 ‘환경과학 및 기술’에 발표했다.

 

지역사회의 코로나19 전파 상황을 알아내기 위해 과학자들은 하수도에 주목하고 있다. 코로나19에 감염된 환자들은 대변을 통해 코로나19 바이러스의 유전물질(RNA)을 흘리게 된다. 이는 하수도를 타고 지역 하수 처리장으로 유입된다. 하수 속 바이러스 농도를 확인하면 하수도가 연결된 지역의 코로나19 감염 정도를 예측할 수 있다.

 

증상이 생기거나 확진자와 접촉한 사실을 안 이후에야 검사를 받는 것과 달리 화장실은 누구나 이용한다. 변기 물을 내리면 폐수는 8시간 안에 하수처리장에 도달한다. 이를 분석해 지역사회에 발생한 코로나19 양상을 빠르게 예측할 수 있다는 게 이 방법의 장점이다. 미국과 네덜란드 등에서는 대학이 지역과 협력해 폐수 속 바이러스 농도를 이용해 분석을 진행하고 있다. 하지만 바이러스 농도가 낮아 감염 정도를 정확히 분석하는 데는 한계가 있었다.

 

연구팀은 바이러스가 액체보다 고체에 더 잘 달라붙는다는데 주목했다. 폐수에는 액체 성분 외에도 다양한 고체 성분이 있다. 폐수를 처리하는 과정에서 고체 성분이 달라붙고 가라앉으면서 오니와 같은 침전물이 생겨난다. 실제로 폐수 내 고체 성분과 폐수의 액체 성분 속 코로나바이러스 RNA 양을 분석한 결과 고체에서 최대 1000배가량 높은 농도가 검출되는 것으로 나타났다.

 

연구팀은 올해 3월부터 7월까지 미국 캘리포니아주 산호세와 산타클라라 지역의 폐수 시설 100곳에서 침전물을 길어 올려 일일 농도를 측정했다. 이 농도를 통계적 모델링을 활용해 지역에서 발생한 코로나19 확진 사례 추이와 비교했다. 그 결과 매일 새로운 사례 수 변화와 폐수 침전물 속 바이러스 농도가 거의 일치하는 것으로 나타났다. 두 지역에서는 5월과 6월에 환자 수가 줄었다가 7월에 빠르게 늘어났는데 이 같은 농도변화가 폐수 침전물에서도 그대로 발견됐다.

 

연구팀은 캘리포니아 내 8개 폐수 처리장을 대상으로 매일 농도변화를 관찰해 실시간으로 지역당국에 제공하기로 했다. 보엠 교수는 “이 방식을 코로나19 진단검사와 병행하면 공중보건 대응을 이끄는 데 도움을 줄 수 있을 것”이라며 “향후 지역 사회 내 코로나19를 넘어 각종 병원균 전파 상황을 관측하는 데도 활용할 수 있다”고 말했다.

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