Propylene glycol maintains the virucidal efficacy of disinfectants at sub-zero temperatures: implications for African swine fever biosecurity

기술 요약: 영하의 온도에서 ASFV 소독을 위한 동결 방지제로서의 프로필렌 글리콜

문제 제 මා
아프리카돼지열병(ASF)은 유럽 연합 내에서 승인된 백신이나 치료제가 없는 상황에서 전 세계 양돈 산업에 지속적인 위협이 되고 있습니다. 결과적으로, 엄격한 생물 보안과 소독이 바이러스 전파를 제한하는 주요 수단입니다. 그러나 온대 및 대륙성 기후에서 겨울철 조건은 중대한 도전 과제를 제기합니다. 많은 액상 소독제 제형이 영하의 온도에서 얼어붙는다는 점입니다. 활성 물질의 화학적 바이러스 사멸 특성은 유지될 수 있으나, 고체 또는 결정 상태로의 물리적 전이는 소독제와 바이러스 입자 사이의 적절한 표면 습윤, 피복 및 접촉을 방해합니다. 이러한 물리적 한계는 환경 내 바이러스 잔존력이 높은 시기에 실질적인 생물 보안 효능을 저해합니다.

연구 방법론
본 연구는 아프리카돼지열병 바이러스(ASFV, Ba71V 균주)에 대한 소독제 제형의 동결 방지 첨가제로서 프로필렌 글리콜의 역할을 평가했습니다. 연구는 PN-EN 14675 표준의 현탁액 분석 프레임워크를 준수하되, 영하 온도 테스트를 위해 수정되었습니다.

• 실험 설계: 바이러스 사멸 효능을 21°C(대조군), -10°C, -20°C의 세 가지 온도에서 테스트했습니다.
• 조건: 저농도 유기 오염(소 혈청 알부민 3.0 g/L)과 고농도 유기 오염(BSA 10.0 g/L + 효모 추출물 10.0 g/L) 조건 모두에서 분석을 수행했습니다.
• 동결 방지제 선정: 예비 실험을 통해 30%(v/v) 농도의 프로필렌 글리콜이 ASFV에 대한 독립적인 바이러스 사멸 활성을 나타내지 않으면서 -10°C 및 -20°C에서 결빙을 효과적으로 방지함을 확인했습니다. 더 높은 농도(60% 및 80%)는 바이러스 사멸 효과를 보였기에 혼란스러운 결과를 피하기 위해 제외되었습니다.
• 테스트된 소독제: ASF 제어를 위해 권장되는 8가지 활성 물질을 평가했습니다: 차아염소산나트륨(1%), 글루타르알데히드(0.1%), 과산화수소모노칼륨(0.5%), 가성소다(2%), 아세트산(3%), 포름알데히드(0.4%), 페놀(1%), 벤잘코늄 클로라이드(1%).
• 절차: 표준 권장 사항과 동일한 최종 활성 농도를 유지하기 위해 소독제를 30% 프로필렌 글리콜과 사전 혼합했습니다. 바이러스를 해당 온도에서 30분 동안 제형에 노출시킨 후, 중화 과정을 거쳐 Vero 세포 단층에서 역가(titration)를 측정했습니다. 효능은 로그 감소값(log₁₀ TCID₅₀/mL)으로 측정되었으며, 통과 기준은 ≥4 log₁₀ 감소였습니다.

주요 결과
30% 프로필렌 글리콜의 결합은 테스트된 모든 제형의 액상 상태를 -10°C 및 -20°C에서 성공적으로 유지하여 신뢰할 수 있는 바이러스 사멸 활성 평가를 가능하게 했습니다.

• 고효능 제제: 프로필렌 글리콜로 안정화되었을 때, 다음의 5가지 소독제는 모든 온도와 오염 수준에서 강력한 바이러스 사멸 활성(≥4 log₁₀ 감소)을 유지했습니다:

  • 차아염소산나트륨 (1%): 4.1 ~ 4.8 log₁₀ 범위의 감소를 달성했습니다.
  • 글루타르알데히드 (0.1%): 4.2 ~ 4.8 log₁₀ 범위의 감소를 달성했습니다.
  • 과산화수소모노칼륨 (0.5%): 4.3 ~ 4.8 log₁₀ 범위의 감소를 달성했습니다.
  • 가성소다 (2%): 4.2 ~ 4.7 log₁₀ 범위의 감소를 달성했습니다.
  • 아세트산 (3%): 4.8 ~ 5.5 log₁₀ 범위의 감소를 기록하며 가장 높은 효능을 보였습니다.
  • 특히, 이들 중 몇몇 제제는 고농도 오염 조건에서 -20°C에서의 효능이 21°C와 비슷하거나 오히려 약간 더 높았습니다.

• 제한적이거나 측정 불가능한 효능: 3가지 제제는 성능이 불충분하거나 정확한 평가가 불가능했습니다:

  • 포름알데히드 (0.4%) 및 벤잘코늄 클로라이드 (1%): 낮은 log₁₀ 감소값(약 1.2–1.8)을 보였습니다. 저자들은 이를 바이러스 사멸 능력의 상실이라기보다, 글리콜 존재 하에서 이 화합물들이 Vero 세포에 미치는 높은 세포 독성 때문에 정확한 사후 평가가 어려웠던 결과로 보고 있습니다.
  • 페놀 (1%): 최소한의 바이러스 사멸 효과(감소 <1.3 log₁₀)를 보였으며, 이는 글리콜과의 물리화학적 상호작용 또는 특정 조건 하에서의 본질적인 낮은 효능을 시사합니다.

핵심 기여

1. 동결 방지 효과 검증: 본 연구는 30% 프로필렌 글리콜이 고활성 화합물의 바이러스 사멸 효능을 저해하지 않으면서 -10°C 및 -20°C에서 소독제 제형의 결빙을 방지하는 효과적인 동결 방지제 역할을 한다는 실험적 근거를 제공합니다.
2. 효과의 차별화: 연구는 글리콜의 동결 방지 역할과 잠재적인 항바이러스 활성을 성공적으로 구분하였으며, 30% 글리콜 단독으로는 ASFV 역가를 감소시키지 않음을 확인했습니다.
3. 온도-오염 상호작용: 데이터는 저온과 동결 방지 안정화의 조합이 유기물에 의한 소독제 효능의 길항 작용을 부분적으로 완화할 수 있음을 시사합니다. 이는 저온에서 유기 기질과 소독제 사이의 반응 속도가 느려지기 때문일 수 있습니다.

의의 및 주장
본 논문은 결빙이라는 물리적 한계가 겨울철 ASF 소독 전략의 주요 공백이라고 주장합니다. 프로필렌 글리콜을 포함함으로써, 생물 보안 프로토콜은 소독제의 액상 상태 무결성을 유지하여 결빙 조건에서도 적절한 표면 피복과 충분한 접촉 시간을 확보할 수 있습니다.

저자들은 글리콜로 안정화된 제형이 추운 기후에서 계절적 생물 보안을 개선하기 위한 과학적 근거를 갖춘 접근법을 제공한다고 결론짓습니다. 고활성 소독제(차아염소산나트륨, 글루타르알데히드, 과산화수소모노칼륨, 가성소다, 아세트산)의 경우, 프로필렌 글리콜의 첨가는 넓은 온도 범위에서 안정적이고 신뢰할 수 있는 성능을 보장합니다. 비록 포름알데히드, 벤잘코늄 클로라이드, 페놀의 평가에 있어 세포 독성이나 성능 저하로 인한 한계가 언급되었으나, 전반적인 결과는 겨울철 바이러스 잔존 및 기계적 전파 위험을 줄이기 위해 글리콜 안정화 제형을 도입하는 것을 지지합니다.