2007년 우리나라 급성설사질환 유발 원인 세균의 분리현황 및 특성 분석

The analysis on the prevalence status and characteristics of bacterial pathogens causing acute diarrhea in Korea, 2007

국립보건연구원 감염병센터 장내세균팀   

Ⅰ. 들어가는 말
  급성 설사질환은 전세계적으로 호흡기 감염에 이어 두 번째로 많이 발생하는 감염질환으로 매년 30-50억 명의 환자가 발생하는 전염력이 매우 높은 질환이며 매년 5백만 명 정도의 후진국 어린이가 급성 설사질환과 이로 인한 합병증으로 사망한다[1, 2]. 이러한 공중보건학적 중요성으로 설사질환의 원인 병원체에 대한 감시는 다른 질환에 비해 일찍 시작되었으며, 이미 많은 나라에서 수행하고 있다. 대표적인 예로는 유럽연합(EU) 중심의 엔터넷(Enter-Net)이 있으며 36개국 국가표준실험실(National Reference Lab)의 미생물학자와 역학자들이 참여하여 살모넬라균, 장독소 생성 대장균(verotoxin producing E. coli, VTEC), 캠필로박터균 감염에 대한 발생정보 데이터베이스의 생성과 유지, 국제적인 유행 확인과 역학조사, 병원체에 대한 실험실 진단, 정도관리 등의 업무를 수행하고 있다[3]. 미국에서는 푸드넷(FoodNet)을 통해 식품매개질환에 대한 종합적이고 체계적인 감시를 실시하고 있고, 호주에서는 2000년부터 오즈넷(OzFoodNet)이라는 이름으로 식품매개질환에 대한 감시체계를 운영하고 있으며[4], 캐나다에서는 전체 인구를 대상으로 하는 NESP(National Enteric Surveillance Program)와 지역 거점 중심의 C-EnterNet이 유기적으로 운영되고 있다[5]. 가까운 일본에서는 국립감염병연구소(NIID)가 중심이 되어 병원체 검출 정보 자료를 생산하고 있으며, 현재 세계보건기구(WHO)를 중심으로 많은 국제적인 협력사업들이 수행되고 있다. 
 국내에서는 1972년 이후부터 보건소와 시·도 보건환경연구원을 연계한 급성 장염질환 원인병원체에 대한 실험실 감시망이 구축되어 전국적 규모의 검사가 수행되어 왔다.  초기의 실험실 감시망은 전국 보건소에서 분리한 균주와 관련 정보를 시·도 보건환경연구원으로 보내고, 시·도 보건환경연구원은 국립보건연구원의 관련 부서로 보고하는 수동적인 시스템이었으므로 정보의 양도 제한적이고, 정보의 분석도 미미했으며, 정보의 환류도 주기적으로 이루어지지 못하였다. 이러한 미비점을 보완하기 위하여 2003년부터 점진적으로 전국 보건환경연구원에서 관내 설사환자 대변 검체를 매주 일정한 요일에 직접 수집하여 원인병원체에 대한 검사를 수행하고 그 결과를 주기적으로 의료기관에 환류하며, 관련 자료와 병원체 및 양성 검체를 국립보건연구원의 엔터넷(EnterNet-Korea)으로 보내도록 하는 시스템을 구축하여 운영하고 있다.
 이에 이 글에서는 현재 우리나라에서 운영 중인 급성설사질환 실험실 감시사업, 즉 엔터넷(Enter-Net Korea)을 통해 2007년도에 설사 환자의 분변에서 분리, 동정한 병원성 세균에 대한 감시 관련 분석 결과에 대해 소개하고자 한다.

Ⅱ. 몸 말
  1. 연구방법
 본 감시사업은 17개 시·도 보건환경연구원이 105개 협력병원에 일정 주기로 방문하여 설사환자의 검체를 수집하고 원인 세균을 분리 동정한 후 그 결과를 국립보건연구원에 보고하는 체계로 이루어져 있다. 시·도 보건환경연구원에서는 협력병원으로부터 수집한 설사환자 대변 검체에 대해 원인 병원체를 분리 동정한 후, 일차적인 검사 결과는 협력병원에 신속하게 통보하였다. 분리된 균주는 질병관리본부 국립보건연구원 장내세균팀으로 전달되어 추가적인 분자역학적 실험이 수행되었으며[6], 종합적인 분석 결과는 각 시·도 보건환경 연구원에 환류되었다(Figure 1).

  2. 연구 내용
 1) 검사 균주
 설사를 유발하는 주요 세균성 병원체 10개 속(genus)을 검사대상으로 선정하였으며, 여기에는 병원성 대장균(Pathogenic Escherichia coli; E. coli), 살모넬라균(Salmonella spp.; Shigella spp.), 장염비브리오균(Vibrio parahaemolyticus; V. parahaemolyticus), 황색포도알균(Staphylococcus aureus; S. aureus), 클로스트리디움균(Clostridium perfringens; C. perfringens), 바실러스균(Bacillus cereus;  B. cereus), 리스테리아균(Listeria monocytogenes; L. monocytogenes), 여시니아균(Yersinia enterocolitica; Y. enterocolitica), 캠필로박터제주니(Campylobacter jejuni; C. jejuni) 등이 포함된다. 설사질환을 유발하는 것으로 알려진 각 균 속의 주요 혈청형 및 독소형을 대상으로 검사를 진행하였다.

 2) 검사법
 각 균주에 대한 균 분리 동정은 국립보건연구원에서 발간한 감염병 실험실 진단지침(2005년)에 준하여 실험을 수행하였다[7]. 살모넬라균의 경우 O 항원과 H 항원에 대한 응집반응을 통해 혈청형까지 확인 하였으며[8], 대장균은 PCR기법을 통해 장출혈성대장균(entrohemorrhagic E. coli ; EHEC), 장병원성대장균(Enteropathogenic E. coli; EPEC), 장독혈성대장균(Enterotoxigenic E. coli; ETEC), 장침습성대장균(Enteroinvasive E. coli, EIEC) 그리고 장관흡착성대장균(Entero-aggregative E. coli; EAEC) 등 병원성 여부를 확인하였다. 황색포도알균, 클로스트리디움균, 장염비브리오균은 PCR기법을 이용하여  독소 유전자를 가진 것으로 나타날 경우 양성으로 판정하였다.

 3) 항생제 내성검사
 분리 병원체의 항생제 내성 현황을 분석하기 위하여 살모넬라균, 병원성 대장균 그리고 황색포도알균에 대한 내성 검사를 시행하였다. 디스크확산법(Disk diffusion)1)을 이용하였으며, 장관계 균(Enterobacteriaceae)에 대해서는 암피실(ampicillin, AM), 세파졸린(cefazolin, CZ), 세팔로틴(cephalotin, CF), 겐타마이신(gentamicin, GM), 아미카신(amikacin, AN), 세페핌(cefepime, FEP), 세포테탄(cefotetan, CTT), 세포탁심(cefotaxime, CTX), 시프록사신(ciprofloxacin, CIP), 이미페넴(imipenem, IPM), 박트림(trimethoprim/ sulfamethoxazole, SXT), 클로람페니콜(chloramphenicol, C), 테트라사이클린(tetracyclin, TE), 날리딕산(nalidixic acid, NA), 오구멘틴(ampicillin/sulbactam, SAM), 티카르실린 (ticarcillin, TIC)등 16종류를 사용하였다. 황색포도알균에 대해서는 암피실린(ampicillin, AM), 겐타마이신(gentamicin, GM), 세페핌(cefepime, FEP), 세포테탄(cefotetan, CTT), 시프록사신(ciprofloxacin, CIP), 이미페넴(imipenem, IPM), 박트림(trimethoprim/sulfamethoxazole, SXT), 클로람페니콜(chloramphenicol, C), 테트라사이클린(tetracyclin, TE), 옥사실린(oxacillin, OX), 페니실린(penicillin, P), 리팜핀(rifamfin, RA), 에리스로마이신(erythromycin, E), 클린다마이신(clindamycin, CC), 반코마이신(vancomycin, VA) 등 15종의 항생제가 사용되었다. 분리된 살모넬라 티피무리움(Salmonella Typhimurium; S. Typhimurium)중 항생제 다제  내성과 관련이 많은 것으로 알려진 파지형(phage type)인 DT104형에 대해서는 추가로 평판희석(agar dilution)법을 수행하였다.

 4) 살모넬라균의 파지형 분류(phage typing)2)
 분리병원체 중 엔테라이티디스균(Salmonella Enteritidis; S. Enteritidis)과 티피무리움균(S. Typhimurium)에 대해서 국제파지형분류센터(International Phage Typing Center)가 있는 영국의 HPA(前 PHLS)에서 분양받은 표준 파지를 접종하고 37℃의 조건에서 18시간 배양 후 나타난 결과를 표준 결과 판독표에 따라 분류하였다. 엔테라이티디스균(S. Enteritidis)는 총 10개에 해당하는 파지를 사용하였으며, 티피무리움균(S. Typhimurium)은 33개의 파지를 사용하였다.

 5) 역학적 특성 및 종합적 분석
 설사환자의 역학적인 특성과 분리병원체의 종류, 지역별·계절별 분리 추세, 항균제 내성 양상, 특정 세균의 분자역학적 특성 및 관련성을 종합적으로 분석하였다.

 3. 연구 결과
 1) 검체 채취
 17개 시·도 보건환경연구원에서 2007년에 채취한 검체수는 모두 34,459건이었다. 채취한 검체의 월별 분포를 살펴보면 가장 많은 검체가 채취된 시기는 10월로 3,332건이었고, 2월에는 2,348건으로 가장 적은 검체가 채취되었다.

 2) 원인 병원체 분리 현황
 전체 34,459건의 검체 중에 분리된 세균은 5,345주로서 15.5%의 분리율을 보였다(Table 1). 가장 많은 검체가 수집된 지역은 광주(4,623건)였으며, 세균 분리율이 가장 높았던 지역은 인천(34.2%)이었다(Table 1).

  병원성 대장균이 2,850주로 전체 분리 균주의 53.3%를 차지하였고, 황색포도알균이 1,331주로 24.9%를 차지하였다. 이어서 살모넬라균이 441주로 8.3%, 바실러스균이 337주로 6.3%, 캠필로박터 제주니가 108주로 2%를 차지하였으며, 세균성이질균, 장염비브리오균, 리스테리아균, 여시니아균은 1% 이하의 분리율을 나타냈다. 월별로는 8월에 가장 많은 균이 분리되었고, 이어 9월과 10월에 균 분리가 많았다(Figure 2).

 (1) 병원체별 분리 현황
 a. 병원성 대장균(E. coli)의 분리 현황
 병원성 대장균(E. coli)의 지역별 분리율을 보면 경기도에서 89.2%로 가장 높았고, 충북(83.2%), 경기 북부(77.55%), 전남(77.7%), 경남(70%) 순으로 높았고, 인천(26.8%), 부산(36.7%), 전북(36.3%), 제주(38.0%)  지역이 상대적으로 낮은 분리율을 보였다. 병원성에 따른 분류에 의하면 대부분의 지역에서 장관흡착성 대장균(EAEC)의 검출률이 높았으나 경기, 충북, 그리고 경남에서는 상대적으로 장독혈성대장균(ETEC)의 분리율이 높게 나왔다. 장출혈성 대장균(EHEC)은 서울, 부산, 인천, 광주, 제주에서 일부 분리되었다. 월별로는 전체적인 균 분리율과 유사하게 8월과 9월에 가장 높은 분리율을 보였다(Figure 2).

  b. 황색포도알균(S. aureus)의 분리 현황
 황색포도알균은 서울, 부산, 인천에서 많이 분리되었으며, 독소별로 세분화 했을 경우 장독소 A(enterotoxin A)가 가장 많이 분리되었으며, 다음으로 장독소 B(enterotoxin B)가 분리되었다(Figure 2).
 c. 살모넬라균(Salmonella spp.)의 분리 현황
 살모넬라균은 인천에서 20.4%로 가장 높게 나타났으며, 광주가 14.5%로 다음을 차지하였다. 설사를 일으키는 원인 살모넬라균으로는 엔테라이티디스(S. Enteritidis)가 가장 많이 분리 동정되었다. 살모넬라균은 대장균과 달리 봄, 가을에 많이 분리되었으며 4, 5, 6월에 분리율이 급격히 상승하였다가 7, 8월에 감소하고 다시 9, 10월 사이에 상승하는 양상을 보였다(Figure 2).
 d. 캠필로박터 제주니(Campylobacter jejuni)의 분리 현황
 캠필로박터균은 전북, 광주, 인천에서 많이 분리되었으며 7, 8월에 주로 분리되었다. 전체 양성 검체중에 2% 내외를 차지하고 있으나, 전체적인 분리율이 매년 증가 추세에 있다.

 (2) 연도별 분리 현황
 최근 4년간의 실험실 감시사업 결과를 보면 세균으로 인한 급성 설사질환은 점차 증가하고 있으며, 바이러스성 및 원충성으로 밝혀진 설사질환도 증가 추세에 있다. 2007년에는 설사의 원인체가 세균이 15.5%,  바이러스가 23.8%, 원충이 1.8%로 나타났다(Table 2).

 3) 항생제 내성율
 (1) 살모넬라균의 항생제 내성 현황
 살모넬라균은 전반적으로 암피실린(ampicillin), 테트라사이클린(tetracycline), 티카르실린(ticarcillin), 날리딕산(nalidixic acid)에 대하여 내성을 가지는 것으로 나타났다. 엔테라이티디스(S. Enteritidis)는 날리딕산(nalidixic acid), 암피실린(ampicillin), 오구멘틴(ampicillin/sulbactam,SAM)과 티카르실린(ticarcillin)에서 높은 내성율을 나타내었고, 티피무리움(S. Typhimurium)은 날리딕산(nalidixic acid), 암피실린(ampicillin), 오구멘틴(ampicillin/sulbactam, SAM), 티카르실린(ticarcillin), 테트라사이클린(tetracycline)과 클로람페니콜(chloramphenicol)에서 높은 내성율을 나타내어 혈청형간 항생제 내성률의 차이가 있음을   확인할 수 있었다. 엔테라이티디스(S. Enteritidis)는 날리딕산(nalidixic acid)에 대한 내성률이 60%까지  높아졌으며, 티피무리움(S. Typhimurium)은 테트라사이클린(tetracycline)에 대해서 여전히 매우 높은 내성률을 보였다(Figure 3).

  살모넬라균은 하나의 항생제에 대해서만 내성을 갖는 것이 아니라 여러 개의 항생제에 내성을 갖는 균주가 존재하였다. 1제 내성을 갖는 균주가 가장 많이 분포하였지만 5제에 대한 내성을 갖는 균주도 다수 존재하였다. 그 외에 9개 항생제에 내성을 보이는 살모넬라균도 확인되었다.

  (2) 병원성 대장균의 항생제 내성 현황
 병원성 대장균은 암피실린(ampicillin), 세팔로틴(cephalothin), 테트라사이클린(tetracycline), 티카르실린(ticarcillin), 날리딕산(nalidixic acid), 박트림(trimethoprim/sulfamethoxazole)에 높은 내성율을 보였다. 항생제 다제 내성에 대해서는 1제 내성균주가 약간 높게 나타났지만 7제나 8제 내성 균주도 아주 높게 나타났다(Figure 4). 다제 내성인 12제 내성균주 뿐만 아니라 15제 균주도 확인되었다.

 (3) 포도알균의 항생제 내성 현황
 포도알균은 검사 항생제중 클로람페니콜(chloramphenicol), 반코마이신(vancomycin) 그리고 리팜핀(rifampin)에 대해서만 감수성을 보이고 대부분의 항생제에 대해서는 높은 내성을 보였다(Figure 5). 특히 암피실린(ampicillin)과 페니실린(penicillin)에서는 90%에 가까운 매우 높은 내성을 나타내었다. 항생제 내성은 1제 내성은 적었고, 3제 내성과 9제 내성이 가장 많았으며, 10제에서 12제까지 다제 내성 양상이 두드러지게 나타났다. 

 4) 엔테라이티디스(S. Enteritidis)와 티피무리움
 (S. Typhimurium)에 대한 파지타입(phage type) 분석분리된 살모넬라균을 대상으로 파지형을 분석한 결과, 엔테라이티디스(S. Enteritidis)는 PT12형이, 티피무리움(S. Typhimurium)은 U302가 가장 많이 확인되었다. 특히, 티피무리움(S. Typhimurium)중에 항생제 다제 내성과 관련이 깊은 것으로 알려진 DT104도 1주 확인되었다(Table 3).

                                               
  1) 디스크확산법(Disc diffusion method) : 세균의 항생제 내성도를 측정해 주는 가장 간단한 방법으로 항생제가 규정된 농도로 들어있는
     disc를 균을 접종시킨 배지 위에 올려놓고 밤샘 배양을 한 후, disc 주변에 세균의 저해된 원형 부분의 지름을 측정하여 국제적인 규정인
     CLSI에 의하여 내성을 판단하는 법
  2) 파지타이핑 (Phage typing) :  분자 역학적 실험방법의 하나로 박테리오파지 (bacteriophage)를 세균에 접종하여 용해(lysis)를
     일으키는 패턴에 따라 타입을 결정하는 시험 방법 

 
Ⅲ. 맺음말

  최근 병원성 미생물에 의한 설사환자가 증가하고 있는 추세지만, 이는 검사를 수행하는 각 시·도 보건환경연구원의 진단 능력의 향상 및 진단기법의 발전으로 인한 단순 검출율의 증가로 보인다. 그러나 설사질환에서의 세균 분리율이 2007년 현재 약 15%로 나타나고 있어 이에 대한 추가적인 조사가 필요하겠으나 급성 설사 질환에 있어서 세균이 원인으로 작용하는 일반적인 범위로 여겨진다.
 세균은 일반적으로 고온다습한 환경에서 왕성하게 성장하여 질병을 유발할 수 있는 것으로 알려져 있으나, 최근 4년간의 분석 결과를 보면 일부 병원체는 하절기가 아닌 시기에도 설사를 유발하는 것을 확인할 수 있었다. 대장균과 캠필로박터는 하절기에 주로 분리되었지만, 살모넬라는 4-6월과 9-10월에, 황색포도알균은 3-6월과 9-11월에 주로 분리되는 특징을 보여주었다. 이질균은 11월부터 이듬해 2월인 동절기에, 비브리오는 7월부터 10월에 많이 분리되었다.
 원인 병원체와 숙주 그리고 환경이라는 3가지 요소가 함께 작용하여 질병이 발생한다는 점을 감안한다면 급성 설사질환을 예방하기 위해서는 원인체인 세균뿐만 아니라 환경적 요인, 예를 들어 단체 급식, 식중독에 대한 경각심과 숙주인 사람들의 건강 상태까지 함께 고려되어야 할 것이다. 또한 시기별 주요 설사 유발 세균에 대한 지속적인 자료의 축적과 효율적인 정보의 환류를 통해 적절한 공중보건학적 대응을 마련해야 할 것이다.

Ⅳ. 참고문헌
1. Flint JA, Van Duyhoven YT, Angulo FJ, DeLong SM et al., Estimating the burden of acute gastroenteritis, foodborne disease, and pathogens commonly transmitted by food: an international  review. CID 2005; 41 : 698-704
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8. 국립보건연구원. Antigenic formula of the Salmonella serovars. (11-1460736-000048-01) 2007