環境水・飲用水中の抗生物質汚染の現状と健康影響分析（その１）

2016年 6月 8日　葉必雄、張嵐（中国疾病予防制御センター環境・健康関連産品安全所）

　抗生物質（antibiotics）は、新型汚染物 PPCPs（医薬品・パーソナルケア用品化合物）の中でもよく見られるものの一つである。細菌やカビ菌、その他の微生物の生存の過程で産出され、抗病原体またはその他の活性を持つ二次代謝産物の一つであり、病原微生物の生存を阻害または抑制でき、人類や動物の疾病の予防や治療に幅広く応用されていると同時に、牧畜業や水産養殖においても成長促進剤として幅広く使用されている。1940年にペニシリンが臨床に応用されてから現在までに、抗生物質の種類は数千種に達し、臨床上でよく使われているものだけでも数百種にのぼる。主要なものは、微生物の培養液からの抽出か、合成や半合成の方法で製造されている[1]。水環境中の微量抗生物質についての最初の報道は1982年にさかのぼる[2]。統計によると、中国では毎年、約21万tの抗生物質が生産されており、そのうち42％は医療、48％は牧畜業に用いられている[3]。抗生物質の大量使用とその生態環境への影響は、環境分野の多くの学者の注目を受け始めている。筆者は、環境水と飲用水の中の抗生物質の来源や分布レベル、検査測定・分析方法、健康に対する水中抗生物質の影響を総合的に分析し、飲用水中の抗生物質汚染事件への対応や新型汚染物の長期的なモニタリングと健康評価などへの根拠とサポートを提供したい。

1 水環境中の抗生物質の来源

　文献検索サイト「中国知網」で2001年から2013年までの水環境中の抗生物質に関する文献を検索すると（図1）、抗生物質に対する中国の関心が徐々に高まっていることがわかる。2011年から2013年まではピークに達した。抗生物質の種類は多い。抗生物質の化学構造の特徴に応じて、抗生物質は、β-ラクタム系抗生物質（ペニシリン、セファロスポリン、チエナマイシン、モノバクタム、βラクタマーゼ阻害剤、メトキシペニシリンなど）、アミノグリコシド系抗生物質（ストレプトマイシン、ゲンタマイシン、カナマイシン、トブラマイシン、アミカシン、ネオマイシン、リボスタマイシン、ミクロノマイシンなど）、テトラサイクリン系抗生物質（テトラサイクリン、 オキシテトラサイクリン、クロルテトラサイクリン、ドキシサイクリンなど）、マクロライド系抗生物質（エリスロマイシン、クラリスロマイシン、アジスロマイシン、ロキシスロマイシン、スピラマイシン、アセチルスピラマイシン、タイロシンなど）、キノロン系抗生物質（シプロフロキサシン、オフロキサシン、ノルフロキサシン、フルメキン、トスフロキサシン、エノキサシン、エンロフロキサシンなど）、サルファ系抗生物質（スルファジアジン、スルファメトキサゾール、スルファメタジン、スルファセタミド、スルファジメトキシピリミジンなど）、クロラムフェニコール（クロラムフェニコール、チアンフェニコール、パルミチン酸クロラムフェニコールなど）に分けられる。以上の7大別のほか、抗生物質にはさらに、そのほかのタイプもある。（1）ポリペプチド系：コリスチン、エンヅラシジン、バージニアマイシン、亜鉛バシトラシン、チオペプチン、エンラマイシン、アボパルシンなど。（2）含リン多糖類系：この種の抗生物質は、グラム陽性菌の耐性菌に対する抑制効果が高い。よく使われるものとしてはフライボマイシンやマカルボマイシンがある。（3）ポリエーテル系：ポリエーテル系抗生物質は抗菌スペクトルが広く、イオン輸送作用を持つ。よく使われるものとしてはモネンシンやラサロシド、サリノマイシン、マデュラマイシンなどがある。（4）抗腫瘍抗生物質：ブレオマイシン、マイトマイシン、アクチノマイシンD、ドキソルビシンなど。水中の抗生物質汚染の来源としては主に、養殖業や製薬工業排水、医療使用が挙げられる。

図1：「中国知網」における水環境中の抗生物質に関する論文発表状況（2001—2013年、縦軸は論文数）

1.1 養殖・飼育業に使われる抗生物質

　抗生物質は、牧畜業や水産養殖業で感染性疾患の防止に大量に用いられると同時に、動物の成長を加速させる抗菌成長促進剤としても使われ、食品工業の発展を促進してきた。米国食品医薬品局（FDA）の報告によると、2011年に全米で販売された抗生物質の80％は家畜の飼育に用いられた。家畜に用いられるすべての薬品のうち、テトラサイクリンが2/3以上を占めた[4]。飼育における抗生物質の大量の使用により、ベルギー消費者協会が2013年に行ったサンプル検査では、73％の鳥肉と16％の豚肉、8％の牛肉から、多くの抗生物質に耐性を持つ「スーパー細菌」が検出された[5]。中国の養殖・飼育業における抗生物質の乱用も深刻である。米国科学アカデミー紀要に掲載されたある論文によると、中国の商業養豚場では、149個の独自の抗生物質耐性遺伝子（ARG）が見つかり、一部のARGのレベルは対照サンプルの192～2.8万倍に達した[6]。牧畜業で使われる抗生物質はそのほとんどが、家畜の排泄物としてそのまま土壌に入り込み、地下水を汚染する。漁場で使われている抗生物質は70％～80％が最終的に水環境に入り込む。漁場底部の堆積物も一定の抗生物質の濃度と抗菌活性を持ち、蓄積性汚染を形成する可能性がある。養殖・飼育業は水環境中の抗生物質の大きな来源の一つとなっている。

1.2 製薬工業の排水

　抗生物質の製薬工法には主に、発酵・化学合成・抽出・調合の4段階が含まれ、調合過程において産生される排水には、分解されにくい生物毒性物質と濃度の高い活性抗生物質が多く含まれている。これらは排水の生物化学処理における微生物の成長に強い抑制作用を持っており、抗生物質の生産排水の分解を難しくしている。製薬工業の排水の違法な排出は、環境水中の抗生物質汚染をもたらす主な来源の一つである。山東魯抗医薬株式有限公司が違法に排出した抗生物質汚水の濃度は、自然水の1万倍を超えた[7]。

1.3 医療用抗生物質

　人体または動物への薬用使用は抗生物質の最も主要な来源となる。人体または動物に摂取された薬物のうち代謝されるのは実際にはごく一部で、ほとんどはそのまま尿液または糞便を通じて汚水系統に流れ込む。現在の汚水処理技術では抗生物質を徹底的に取り除くことは難しいため、未分解のこの薬物活性成分は最終的に自然へと排出されて地表水を汚染し、さらには地下水の汚染をもたらす。世界保健機関のある調査によると、中国の入院患者の抗生物質薬物使用率は80％に達する。このうち広域スペクトルの抗生物質の使用や2種類以上の抗生物質の併用は58％を占め、家庭内での抗生物質の使用率も80％に達している。中国の患者の抗生物質使用率は70％前後に達し、欧米諸国の30％を大きく上回っており、中国での抗生物質の乱用状況の深刻さがわかる[8]。この現状を変えるため、衛生部（当時）は2011年、全国の抗生物質の臨床使用の特別取り締まり活動を展開した。2012年には、「抗菌薬物臨床応用管理弁法」を公布し、抗生物質の臨床上の使用を規範化するよう求めた。中国の抗生物質の病院の臨床における乱用状況はすでに制御されている。

2 水環境中の抗生物質の分布と濃度

　環境とりわけ水環境に対する抗生物質の影響は各国にますます重視されつつある。その残留問題も国内外の研究の焦点の一つとなっている。水は、環境において抗生物質が行き着く場所の一つである。近年、検査測定・分析技術の発展に伴い、各種の水環境において残留抗生物質が検出されたという報道が増えている。地表水や地下水、さらには飲用水の中にも抗生物質の存在が検出されており、水環境における抗生物質残留問題のリスクが明らかとなっている[9]。

2.1 地表水

　環境水における抗生物質汚染に関する国外の論文は、1982年の英国で発表されたものが初めとなった。マクロライド系やサルファ系、テトラサイクリン系の抗生物質の残留汚染が河川水中で検出され、その濃度は約1μg/Lだった[2]。これを受け、世界のその他の地区でも、抗生物質汚染調査などの関連事業が開始されるようになった。北米では、1999—2000年の米国全国流域全面調査報告において、抗生物質を含む汚染物が139本の河川のうち80％で検出されたことが指摘された。抗生物質類の汚染物のうち濃度と検出率が高かったものには、スルファメトキサゾール（最大濃度1.9μg/L、平均濃度0.15μg/L）、脱水エリスロマイシン（最大濃度1.7μg/L、平均濃度為0.1μg/L）、リンコマイシン（最大濃度0.73μg/L、平均濃度0.1μg/L）などが挙げられる[10]。米国アーカンソー州の3本の主要河川からもβ-ラクタム系とキノロン系、マクロライド系、環状アミン系、テトラサイクリン系の5大別の抗生物質が検出された[11]。カナダ・オンタリオ州の17のサンプル採取地点では、123個の水サンプルのうち4％でテトラサイクリン、1％でメクロサイクリン、2％でスルファメタジン、3％でエンロフロキサシンが検出された[12]。欧州では、スペインとスイスの多くの河川、英国の河川、イタリアのポー川とアルノ川、フランスのセーヌ川などでいずれも抗生物質が検出された。このうちスペインの主要河川で発見されたものには、シプロフロキサシン、クラリスロマイシン、エリスロマイシン、メトロニダゾール、ノルフロキサシン、オフロキサシン、スルファメトキサゾール、テトラサイクリン、トリメトプリムなどの抗生物質が含まれ、濃度はそれぞれ3、235、320.5、1195.5、10、179、326、23、424ng/Lだった[13]。オセアニアでは、オーストラリアのクイーンズランドの環境水中でエリスロマイシン（検出率83％、濃度は定量下限値以下）やノルフロキサシン（検出率78％、最大濃度1.15μg/L、平均濃度0.03μg/L）、スルファメトキサゾール（検出率73％、最大濃度2μg/L、平均濃度為0.008μg/L）などの抗生物質が検出された[14]。アジアでは、インド・ハイデラバード地区のHussain Sagar湖中でノルフロキサシン（0.024μg/L）とスルファメトキサゾール（0.047μg/L）が検出された。Khazipalliダムでもシプロフロキサシン（0.072μg/L）とスルファメトキサゾール（0.096μg/L）が検出された。Nakkavagu川でもトリメトプリム（0.087μg/L）とノルフロキサシン（0.048μg/L）、スルファメトキサゾール（0.076μg/L）が見つかった[15]。

　中国国内の地表水中でも抗生物質の残留が繰り返し検出されている。表1は、近年の中国の主要水域における6つに大別される抗生物質の検出状況を示したものである。中国では北から南までの主要流域（大遼河、白洋淀、渤海湾、海河、黄河、莱州湾、長江、黄浦江、九竜江、珠江、北部湾、ヴィクトリア湾など）でいずれも抗生物質が検出されていることがわかる。検出された抗生物質は、クロラムフェニコールやサルファ系、テトラサイクリン系、フルオロキノロン系、マクロライド系、β-ラクタム系などを含み、濃度は数ng/Lから1000ng/L以上までにわたって分布していた。

2.2 地下水

　土壌層に浄化作用があることから、地下水中の抗生物質は、種類が少ない、含有量が低いなどの特徴を示す。米国の18州の地下水サンプルからはスルホンアミドが繰り返し検出された[28]。スペイン・カタルーニャ地区の地下水でも18種のサルファ系などの抗生物質が検出された[29]。現在、中国では地下水の薬物汚染に対する系統的なモニタリングはなされておらず、地下水中の薬物の検査測定についての文献は少ない。管見の限り、洪蕾潔らが崇明島の地下水中で抗生物質を検出したとの報告があるのみである。検出された抗生物質はスルファメトキサゾールとスルファメトキシジアジン、スルファメラジン、スルファジメトキシピリミジンの4種で、濃度はそれぞれ241.5、123.3、38.5、23.8ng/Lだった[30]。

2.3 飲用水

　飲用水中の抗生物質の濃度は通常、非常に低い。だが検査測定技術の進歩に伴い、測定機器の検出限界は低下を続け、飲用水中の抗生物質残留の検出についての報告も増加傾向にある。2008年3月10日のAP通信の報道によると、米国の主要24都市の生活飲用水中には、抗生物質や消炎薬、鎮痛解熱薬、鎮けい薬、鎮静剤、性ホルモンなど多数の種類の薬物成分が含まれており、飲用人口4100万人に影響を与えている[31]。オランダの飲用水からは、微量（100ng/L未満）の抗生物質と抗てんかん薬、β遮断薬が検出され、その濃度はほとんどが50ng/Lを下回った[32]。

　中国の住居の飲用水からも抗生物質が検出されたとの報告がある。 2014年12月25日の報告によると、南京市鼓楼区の住居の水道水からはアモキシシリンが8ng/L、6-アミノペニシラン酸が19ng/L検出された。安徽省の多くの都市の水道水からは、テトラサイクリンとオキシテトラサイクリン、クロルテトラサイクリン、ドキシサイクリン、スルファメタジン、スルファメトキサゾールの6種の抗生物質が検出され、含有量は3.86～10.82ng/Lだった[7]。

　総体的に見ると、中国の飲用水中のほとんどのサンプルからは抗生物質は検出されておらず、わずかなサンプルから検出された抗生物質の濃度も低く、米国やカナダ、EUなどの先進国で報告された水道水からの検出とほぼ同じレベルにある。これは世界保健機関（WHO）が2012年に発表した報告結果ともほぼ一致している。「すでに発表されている文献と全国的なモニタリングからは、汚水排出の影響を受けた地表水と地下水に含まれる薬品（抗生物質や鎮痛薬、脂質降下薬、抗菌薬、解熱薬などの常用薬を含む）の濃度は通常0.1μg/Lを下回り、処理後の水道水中の薬品濃度は通常0.05μg/Lを下回っていることがわかる」[33]。

（その２へつづく）

※本稿は葉必雄、張嵐「環境水体及飲用水中抗生素汚染現状及健康影響分析」（『環境与健康雑志』（2015 年2 月第32 卷第2 期，pp.173-178）を『環境与健康雑志』編集部の許可を得て日本語訳・転載したものである。記事提供：同方知網（北京）技術有限公司