겨울철에 발생하는 세균성이질

Shigellosis in winter

질병관리본부 전염병대응센터 역학조사팀

    2008년 11월 21일부터 25일까지 경기도 파주시 소재 일개 요양원에서 설사, 복통, 구토 증상자가 6명 발생하였다. 이 중 2명은 11월 24일과 12월 3일 사망하였는데  사망자 2명은 모두 81세 여자 환자로 심한 설사에 동반된 탈수로 인한 사망으로 추정되었다. 이 요양원 거주자 및 직원 등 총 45명을 대상으로 직장도말검체를 채취하여 실험실 검사를 실시한 결과, 사망한 2명을 포함한 유증상자 9명에서 세균성이질균(Shigella flexneri)이 검출되었다. 역학조사에서 일부 유증상자 6명 중 5명은 같은 방에서 생활하고 있음이 밝혀졌다. 현재 경기도와 파주시 역학조사반은 요양원 내 사람간 접촉에 의한 유행 발생에 중점을 두고 역학조사를 진행하고 있으며 세균성이질 전파방지를 위한 전염병관리활동을 전개하고 있다.
  이어 2008년 11월 29일에는 오전 6시경부터 전남 영광군 염산면에 소재한 젓갈 작업장 근로자 10명 모두에서 혈변, 설사, 구토, 복통 등의 위장관염 증상이 발생하였다. 영광군 역학조사반은 12월 1일 인체 검체 채취, 환경조사, 설문조사 등의 역학조사를 실시하였다. 그 결과 인체 검체 6건에서 노로바이러스가 검출되었고 2건은 세균성이질로 확인되었다. 영광군 역학조사반은 금번 유행의 원인을 파악하기 위하여 조개회 무침 등 이들이 섭취한 음식과 환경에 대한 역학조사를 진행하고 있다.
  세균성이질은 오염된 물 또는 음식을 섭취하거나, 사람간 직접 접촉을 통하여 감염된다. 세균성이질은 10-200개의 적은 수의 병원체에 노출되어도 감염될 수 있으므로 환자가 발생하면 신속한 격리, 소독 등의 조치가 필요하다. 세균성이질은 Shigella dysenteriae, Shigella flexneri, Shigella bodii, Shigella sonnei의 네 가지 혈청형이 있는데 우리나라에는 선진국에서 주로 보고되고 있는 Shigella sonnei가 가장 많이 발생하는 것으로 알려져 있다. 질병관리본부의 최근 25년간의 자료에 의하면 Shigella flexneri도 우리나라에서 약 27% 정도 분리되고 있 
 

국내 분리 백일해균의 혈청형 변이 분석

Serotypic variations of Bordetella pertussis isolated in Korea

 질병관리본부 감염병센터 결핵호흡기세균팀

Ⅰ. 들어가는 말
    우리나라 2군 법정전염병인 백일해는 신생아 및 백신접종을 완료하지 못한 영아에서 주로 발병하는 급성호흡기 감염증으로 백신접종에 의해 발병이 억제되는 대표적인 백신예방질환(VPD)이다. 백일해의 원인 병원체는 Bordetella pertussis로서 백일해 환자와의 직접 접촉이나 호흡기 비말 흡입을 통해 전파된다. 보통 7-10일 정도의 잠복기를 나타내나 예방적 항생제 투여가 있었던 경우는 더 길어질 수 있다. 잠복기 이후에는 특징적인 3단계의 임상증상을 나타낸다. 첫 단계(카타르기)는 1-2주간 분비물을 보이는 시기로 비점액 분비, 재채기 및 비특이적 기침을 보이는 시기이다. 다음 단계(경해기)는 심한 발작성 기침과 함께 쌕쌕거리는 숨소리(Whooping)가 특징적인 시기로 기침 후 구토와 점액물을 토하는 시기이다. 마지막 단계(회복기)는 발열이 거의 없으며 기침의 정도 및 빈도가 점차 감소하면서 수일 내지 수주에 걸쳐 회복되는 시기이다.
  백일해 예방관리에 있어 최근 문제가 되고 있는 점은 백신접종률 80% 이상의 선진 국가들에서 보고되는 청소년 및 성인 백일해 환자의 지속적인 증가 양상이다. 미국은 2002년 이후부터 DTaP 백신의 접종률이 94% 이상으로 유지되고 있지만2004년과 2005년에 각각 25,000건 이상의 백일해 환자가 보고되었다[1,2]. 일본은 1981년 정제 백일해백신이 도입하였고 2002년 이후 DTaP 백신 접종률이 96% 이상으로 유지됨에 따라 2005-2007년 기준의 표본감시기관별 보고건수가 1982-1983년과 비교하여 1/10 정도로 줄었다.[1] 그러나 여전히 약 3,000개 감시기관으로부터 연간 1,500-2,900여 건이 보고되고 있으며 최근에도 1999-2000년, 2004년, 2007-2008년 등 3-5년 주기의 유행이 지속되고 있는 것으로 분석되고 있다[1,3]. 특히 미국의 경우 2004년의 전체 백일해환자 중 성인이 27%를 차지했으며, 일본의 경우도 최근 청소년 및 성인 환자비율이 급격히 증가하고 있다. 백일해 발생 증가의 원인으로서는 항원 유전자의 변이로 인한 방어 면역의 차이와 연령 증가에 따라 백신에 의해 획득된 면역력이 약화됨으로써 청소년과 성인에서 성인 백일해가 유행한다는 것, 그리고 이들이 감염원이 되어 신생아 또는 충분한 접종을 받지 못한 영유아에서 백일해가 발생한다는 것 등[4,5,6]이 추정되고 있지만 아직 확실한 원인으로 제시되지는 못하고 있다. 국내의 경우, 백일해 발생은 1995년 이후부터 적은 범위 내에서 증감을 반복하면서 2000년 이후에는 연평균 11.5건이 보고되고 있으나, 일선 병원에서 백일해 실험실 진단이 수행되지 못하고 있고 전국 규모의 백일해 표본감시체계가 구축되어 있지 않은 상황에서 정확한 환자 규모나 유행 양상을 파악하기는 어려운 실정이다(Figure 1)[7]. 한편 소아 대상 백일해 백신접종률은 95% 이상을 유지하고 있어 국내에서 대규모 소아 집단환자 발생의 위험성은 낮을 것으로 추정된다. 그러나 2007년 일본 대학의 백일해 집단발생 사례와 인접한 북한의 백일해 발생 증가[8] 등을 고려할 때 우리나라의 백일해 발생 증가 가능성도 배제할 수 없는 상황이다.
  따라서 우리나라도 백일해 유행 양상을 파악하고 확산 가능성을 예측하기 위해서는 국내 분리 임상균주의 특성 분석과 정상인의 백신 면역도 유지 여부에 대한 연구가 필요하다. 저자들은 1999년 이후부터 2006년까지의 국내 분리균주를 대상으로 B. pertussis의 균체 표면항원 단백질인 응집항원(Agglutinogen ; 이하 AGG)과 Fimbriae(이하 FIM)의 혈청형 변이 양상에 대해 분석한 결과를 요약하여 보고하고자 한다.

Ⅱ. 몸 말

    백일해의 주요 항원으로는 Pertussis toxin(PT), Filamentous haemagglutinin(FHA), Agglutinogen(AGG), pertactin(PRN), Fimbriae(FIM) 등이 있으며, 그 중 AGG와 FIM에 대한 혈청형 분석 연구가 보고되어 있다. AGG는 표면 단백질로서 세균의 응집반응을 유도하는 항체를 생성한다.  초기에 14종의 AGG들이 Bordetella 종(species)에서 보고되었으며 이중 B. pertussis에 특이적인 것은 AGG 1-6의 6종으로 확인되었다. 이중 AGG 1, 2, 3이 현재 균주의 혈청형을 구분하는데 중요하게   활용되고 있다. 특히 AGG는 백신의 유효성과 관련있는 것으로 알려져 유행균주와 백신균주의 차이를 모니터링하는 것이 중요할 것으로 보인다. FIM 항원은 FIM 2와 FIM 3이 주된 혈청형으로 보고되고  있으며, 세포내 주된 기능은 Filamentous hemagglutinin, Pertactin처럼 Adhesin으로 작용한다고 알려져 있으며, Bordetella pertussis와 Bordetella 속의 근연종들(Bordetella parapertussis, Bordetella bronchiseptica)에서도 발현된다.

  혈청형 변이 분석에 사용된 백일해 균주는 1968년 분리균 1주, 1972년 분리균 4주, 1999년부터 2006년까지 분리균 55주, 그리고 비교 균주로써 백신주(Tohama I)와 표준균주인 ATCC 9797을 사용하였다. 시험 균주는 Charcoal Horse Blood(10% 마혈액 포함) 배지를 사용하여 37 ℃에서 5일간   배양하였다. 배양된 균주는 1㎖의 멸균된 Phosphate buffered saline(PBS)에 현탁하고, 600㎚에서   흡광도가 1이 되도록 균액을 조정하여 응집반응에 사용하였다. FIM에 대한 혈청형에 대해서는 WHO의 실험실 업무지침(laboratory manual)에 따라 수행하였다. 요약하면, 준비된 균주 부유액 혹은 1/2균주 희석액 50㎕와 FIM 2 혹은 FIM 3 항혈청 50㎕를 96-well plate에서 섞은 후 실온에서 2시간 동안   정치하여 응집 결과를 확인하였다. AGG의 항원성은 슬라이드 응집반응으로 확인하였다. 균주 부유액 50㎕를 slide glass에 떨어뜨린 후 준비된 AGG 1 혹은 2 혹은 3의 항혈청을 각각 동량으로 하여 섞은 후 2-3분 후 응집 여부를 확인하였다. 시험에 사용한 표준항혈청 Anti-agglutinogen 1, 2, 3과 Anti-fimbriae 2, 3은 National Institute for Biological Standards and Control(NIBSC, 영국)로부터 입수하여 사용하였다. 백일해균 양성 대조혈청으로는 Difco 사의 Bordetella pertussis 항혈청(Ref. 223901)을 사용하였다.

  국내 분리균주에서 AGG의 혈청형은 다양한 것으로 확인되었다. 가장 많은 빈도를 나타낸 혈청형은 AGG 1로 전체의 40%를 차지하고, AGG 1, 2 그리고 AGG 1, 3이 각각 28%와 25%의 빈도를 나타냈다(Figure 2-(a)). 그 외 AGG 3과 AGG 1, 2, 3은 각각 5% 미만으로 국내 분리주들에서는 발생빈도가 낮은 혈청형에 속하였다. 특히 1968/1972년 분리주의 경우는 5 균주 모두 AGG 1, 3으로 나타났으나, 1999년 이후의 분리균주들에서는 비교적 다양한 혈청형이 확인되었다(Figure 3-(a)). 이와 함께 1999년 이후 분리된 균주들에서는 백신균주인 Tohama I의 AGG 1, 2 와는 다른 혈청형의 균주비율이 72%를 차지하여 외국의 결과와 유사한 것으로 확인되었다[9]. FIM의 경우는 Figure 2-(b)에 나타난 바와   같이 혈청형 Fim 2 가 72%로 가장 높은 빈도로 나타났으며, FIM 3과 FIM 2, 3은 각각 13%와 15%로 비교적 낮았다.

  국내 백일해 발생 보고 현황을 참조하여(Figure 1) 분리균주 혈청형의 변화를 1999년 이후부터 3년 기간으로 구분하여 비교하였다(Figure 3). 각 기간별로 기간 I(1999-2001년)에서는 AGG 1,3 유형이, 기간 II(2002-2004년)에서는 AGG 1,2 유형이, 기간 III(2005-2006년)에서는 AGG 1 유형이 각각   가장 높은 빈도의 혈청형으로 확인되었다. 특히 기간에 따라 초기에 높은 빈도로 분리되던 AGG 1,3  유형이 점차 감소하고, AGG 1 유형이 1999년도부터 증가하기 시작하여 최근 분리균주에서는 약 70%를 차지하는 양상으로 변화되는 것을 확인할 수 있었다(Figure 3-(a)). 이는 FIM 혈청형에서도 유사  하게 확인되었다. FIM의 경우 과거 참조균주에서는 FIM 2,3이 높은 빈도로 분리되었으나 1999년 이후부터는 감소하였고, 1999년 이후 나타난 FIM 2 혈청형은 점차 증가하여 2005년부터는 모든 임상주가 FIM 2 혈청형 이었다(Figure 3-(b)).

  결과적으로, AGG와 FIM 혈청형 모두 정제 백일해 백신이 포함된 DTaP 백신의 국내 도입(1982년) 이전 시기에 분리된 균주들과 1999년 이후 분리주와는 다른 양상을 보였으며 1999년 이후 현재까지 지속적으로 변화하는 양상을 나타내고 있다. 그러나 정제 백신의 도입 시기를 전후하여 분리된 임상균주가 확보되지 못하여 이러한 항원 변이를 지속적으로 비교, 분석하기 어려운 실정이다. 외국에서는   수십년동안 분리된 백일해균을 대상으로 항원 변이를 비교, 분석하여 이러한 항원변이가 백신접종에  의한 것인지에 대한 연구를 지속하고 있다. 따라서 우리나라도 백신의 유효성과 관련하여 백신균주와 관련된 특정 혈청형의 균주들의 변화 양상을 향후 지속적으로 모니터링하는 것이 필요할 것으로 사료된다.

Ⅲ. 맺음말

     백일해 분리균주의 특성을 분석하는 방법은 혈청형 분석방법과 DNA를 기반으로 하는 Pulsed-Field Gel Electrophoresis (PFGE), Multilocus Sequence Typing(MLST) 등의 유전형 분석방법이 알려져 있다. 각 균주에 대한 변별력과 민감도에 있어서는 DNA를 기반으로 하는 유전형 분석방법이 더 효과적이지만, 백신에 의한 면역도는 혈청형과 더 높은 관련성이 있다[10].
  AGG 혈청형에 대한 국내외 연구 보고는 매우 제한적인데, 미국의 경우 1938-1968년 사이에 분리된 균주에서 1950년대부터 AGG 1,3 혈청형이 90% 이상 크게 증가하였음이 보고되었고, 영국에서는 1998년과 1999년에 Pertactin(prn)의 유전형이 prn AI과 prn AII인 임상균주에서 AGG 1,2 및 AGG 1,3의 혈청형이 크게 유행한 것으로 보고되었다[11,12]. FIM 항원의 경우에는 1998-2001년 조사에서 핀란드(90%)와 스웨덴(64%)에서는 FIM 2 혈청형이 우세하게 존재하였고, 독일(94%), 네덜란드(85%), 프랑스(90%)에서는 FIM 3 혈청형이 우세한 것으로 보고되었다[13]. 이처럼 유행균주의 혈청형 변이는 각 국에서 사용되는 백신 유형(WCV/ACV)은 물론 백신균주의 종류 및 도입 시기에 의해서 영향을 받는 것으로 추정된다. 그러나 최근 사용되는 정제 성분 백신의 경우 FIM이 백신성분에 포함되어 있지 않기 때문에 유행균주의 혈청형 변이에 어떤 상관성이 있는지 아직 판단하기 어려운 실정이다. 정제 백일해 백신이 포함된 DTaP 백신의 도입 이후 혈청형의 변이 현상이 스웨덴에서 확인되었는데, 스웨덴은 1996년도에 3가 백신인 Infanrix (GSK)와 1998년도에 2가 백신인 Pentavac(AvP)를 도입하여 현재까지 사용 중이며, 이 과정에서 유행균주의 FIM 혈청형이 type 2에서 type 3으로 전환되고 있음이 보고되었다[14].
  본 연구 결과로 우리나라에서는 비록 백신 성분에 대한 혈청형의 변이가 확인되지는 않았으나 시기에 따른 백일해 분리주의 혈청형 변이 양상은 확인할 수 있었다. 최근 들어 미국, 일본, 유럽 각국에서 백일해 환자 증가 추세가 보고되고 있으며 특히 성인 환자가 급증하고 있어, 우리나라에서도 소아 백일해의 발생 상황에 대하여 지속적으로 관심을 가지고 추적하여야 함은 물론 성인층을 대상으로 유행에 대비한 백일해 환자 감시를 수행하여야 할 것으로 생각된다. 일반적으로 청소년과 성인의 백일해는 비교적 경미한 임상증상을 나타내는 것으로 보고되고 있다. 그러나 역시 주된 증상은 다양한 양상의 기침으로 1주 이상의 급성기침 및 구토를 동반한 기침, 그리고 4주 이상 장기간의 기침증상이 지속될 경우에는 백일해의 가능성을 고려해야 할 것이다[15,16,17].
  질병관리본부 결핵·호흡기 세균팀에서는 전국의 16개 시·도 보건환경연구원에 백일해 진단업무를 이관하여 신속 진단시스템을 구축하였으며, 서울, 경기지역의 일부 종합병원을 협력병원으로 지정하여 내원한 2주 이상 장기 기침환자를 대상으로 비인두 흡입물(nasopharyngeal aspirates) 검체를 채취하여 백일해 감염 여부를 배양법과 PCR법으로 확인함으로써 「국내 성인 백일해 유행 감시망」을 시범적으로 운영하고 있다. 결핵·호흡기세균팀에서는 국내 분리 백일해 균주를 대상으로 항원 결정기에 대한 유전형 변이 연구, 혈청형 변이 등 분리 균주 특성 연구를 지속적으로 수행하며 아울러 정상인의 항체가 분포 조사 등 장기적인 백일해 관련 연구를 수행할 예정이다.

 ※ 백일해 감염이 의심되는 환자가 있을 경우, 해당 시도 보건환경연구원이나, 질병관리본부 결핵·호흡기세균팀에 시험의뢰하면 신속하게 그 결과를 확인할 수 있다.

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다. 최근 5년간 월별 세균성이질 발생 분율을 보면 11월이 33.3%로 가장 높고 12월 14.0%, 4월 11.6%, 8월 10.4% 순으로 오히려 여름철보다는 가을-겨울철에 발생이 많다고 할 수 있다. 연도별로 11-12월 두 달간 세균성이질 발생 분율을 보면, 2004년 69.0%, 2005년 42.0%, 2006년 29.0%, 2007년 42.0%이었다. 흔히 설사, 복통, 구토 등을 유발하는 수인성·식품매개질환은 여름철에 유의해야 하는 것으로 알려져 있는데 최근 경향을 보면 가을철과 겨울철에도 안전한 물과 음식을 섭취하기 위해 주의해야 함을 알 수 있다. 특히 세균성이질은 밀집된 환경이나 위생환경이 나쁜 곳에서 많이 발생하므로 집단 급식시설, 캠프장, 지하수 또는 간이상수도 사용 지역 등에서는 개인위생과 환경위생을 보다 강화하도록 하여야 할 것이다. 또한 어린이, 노인, 만성질환자, 면역이 저하된 사람들은 건강한 어른보다 세균성이질이 중증으로 나타날 수 있으므로 주의를 요한다.