2008년도 우리나라 급성설사질환 유발 원인 세균의 분리현황 및 특성

The prevalence and characteristics of bacteria causing acute diarrhea in Korea, 2008

 질병관리본부 국립보건연구원 감염병센터 장내세균과    
 

Ⅰ. 들어가는 말
   급성설사질환은 전 세계적으로 매년 30-50억 명의 환자가 발생하는 이환율이 높은 감염성 질환으로서 호흡기 감염에 이어 두 번째로 많은 환자가 발생하며, 후진국을 중심으로 매년 약 5백만 명 정도의 어린이가 급성설사질환과 이로 인한 합병증으로 사망한다[1, 2]. 이러한 공중보건학적 중요성으로 인해 설사질환 원인 병원체에 대한 감시는 다른 질환에 비해 비교적 일찍 시작되었으며, 이미 많은 나라에서 설사질환 관련 감시사업을 수행하고 있다. 대표적인 예로 엔터넷(EnterNet)은 유럽연합 36개 국가의 국가표준실험실(National Reference Laboratory)이 참여하여 살모넬라균, 병원성 대장균, 캄필로박터균 감염에 대한 국제적인 유행 확인과 역학조사를 수행하고 있다[3]. 미국과 호주에서는 식품매개질환에 대한 감시체계로 각각 푸드넷(FoodNet)과 오즈넷(OzFoodNet)을 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 국립감염증연구소(NIID)가 중심이 되어 병원체 검출 정보와 관련된 자료를 생산하고 있다.  
  우리나라에서는 1972년부터 전국 보건소와 시·도 보건환경연구원, 국립보건연구원을 연계한 급성설사질환의 원인병원체에 대한 검사 업무를 수행하기 시작했다. 초기의 수동적이고 제한된 감시시스템은 2001년 이후 능동적이고 계획적인 감시시스템으로 점진적인 발전을 하여 2003년부터는 급성설사질환 실험실 감시사업(엔터넷, EnterNet-Korea)을 구축·운영하고 있다. 2008년에는 대상 병원체의 재설정, 보고주기, 결과 환류 및 설사질환 관련 정보 제공주기 단축 등 다양한 측면으로 감시사업을 개선하여 현재에 이르고 있다.
  이번 글은 2008년도 한 해 동안 급성설사질환 실험실 감시망을 통해 확인된 설사유발 원인 세균의 분리 현황을 소개하고, 아울러 설사 대변으로부터 분리된 병원성 세균의 항균제 감수성 및 파지형(phage type)에 대한 특성을 요약하여 급성설사질환 관리를 위한 기초자료로 제공하고자 한다.

Ⅱ. 몸 말

 1. 연구방법

  우리나라 급성설사질환 유발원인 세균의 분리실태 및 특성은 전국 17개 시·도 보건환경 연구원과 105개의 협력병원이 참여하는 급성설사질환 실험실 감시사업을 통해서 수행되고 있다. 설사환자의 대변검체로부터 선택감별 배양 및 생화학적인 실험기법을 이용하여 원인 세균을 분리 동정한 후 그 결과를 설사질환 감시 자료로 활용하도록 제공되고 있다. 시·도 보건환경연구원에서는 협력 병원으로부터 제공된 설사환자 대변검체를 수집하여 원인 병원체를 분리 동정한 후 일차적인 검사 결과는 협력병원에 통보하고, 종합 결과는 질병관리본부 국립보건연구원에 전달하여 전국적이며 통합적인 자료를 산출하였다.
  국립보건연구원에서 종합한 통합 결과는 각 시·도 보건환경연구원으로 다시 환류하였고, 동시에 질병관리본부의 정책 자료로 활용하였다. 또한 각 시·도 보건환경연구원에서 분리된 균주에 대해서는 질병관리본부 국립보건연구원 장내세균과에서 추가적인 분자역학적 실험을 수행하였다[6](Figure 1).
       

 2. 연구 내용

  설사를 유발하는 주요 세균성 병원체 5개 속(genus)이 검사대상이며, 여기에는 병원성 대장균(Pathogenic Escherichia coli; E. coli)중 장출혈성대장균(Entrohemorrhagic E. coli ; EHEC)과 장독성대장균(Enterotoxigenic E. coli; ETEC), 살모넬라속균(Salmonella spp.), 세균성이질속균(Shigella spp.),염비브리오균(Vibrio parahaemolyticus; V. parahaemolyticus),그리고 캄필로박터 제주니균(Campylobacter jejuni; C. jejuni) 등이 포함된다. 설사질환을 유발하는 것으로 알려진 각 균속의 주요 혈청형 및 독소형 군주를 대상으로검사를 진행하였다.
  각 균속에 대한 병원체 동정은 국립보건연구원에서 발간한 감염병 실험실진단(2005년) 책자에 따라 실험을 수행하였다[7]. 살모넬라균의 경우 O항원과 H항원에 대한 응집반응을 통해 혈청형까지 확인하였으며[8], 대장균은 PCR기법을 통해 장출혈성대장균(Entrohemorrhagic E. coli ; EHEC), 장독성대장균(Enterotoxigenic E. coli; ETEC)의 병원성을 확인하였다.
  장염비브리오균은 PCR기법을 이용하여 독소 유전자를 가진 균에 대해 양성으로 판정하였다. 분리 병원체의 항생제 내성 현황 분석을 위해 살모넬라균, 병원성 대장균 그리고 세균성 이질균을 대상으로 디스크확산법(Disk diffusion)을 이용하여 항생제 감수성 검사를 시행하였다. 사용된 항생제의 종류는 암피실린(Ampicillin, AM), 세파졸린(Cefazolin, CZ), 세팔로틴(Cephalothin, CF), 겐타마이신(Gentamicin, GM), 아미카신(Amikacin, AN), 세페핌(Cefepime,FEP), 세포테탄(Cefotetan, CTT), 세포탁심(Cefotaxime, CTX),시프로플록사신(Ciprofloxacin, CIP), 이미페넴(Imipenem, IPM), 박트림(Trimethoprim/sulfamethoxazole, SXT), 클로람페니콜(Chloramphenicol, C), 테트라사이클린(Tetracycline, TE), 날리딕산(Nalidixic acid, NA), 유나신TM(Ampicillin/sulbac-tam, SAM), 티카르실린(Ticarcillin, TIC) 등 16종류이었다. 분리된 Salmonella Typhimurium(S. Typhimurium) 중 항생제 다제 내성과 관련이 많은 것으로 알려진 파지타입(phage형)인 DT104형에 대해서는 추가로 한천배지희석(agar dilution)법을 수행하였다.
  분리병원체 중 Salmonella Enteritidis(S. Enteritidis)와 S. Typhimurium에 대해서는 국제파지타이핑센터(International Phage Typing Center, UK)에서 분양받은 표준 파지를 사용하여 37℃의 조건에서 18시간 배양하여 나타난 결과를 표준 결과 판독표에 따라 파지형을 결정하였다. S. Enteritidis는 총 10개에 해당하는 파지를 사용하였으며, S. Typhimurium은 33개의 파지를 사용하였다.
  설사환자의 역학적인 특성과 분리 병원체의 종류, 지역적, 계절별 분리 추이, 항균제 내성 양상, 특정 세균의 분자역학적 특성 및 관련성을 종합적으로 분석하였으며, 원인 병원체의 계절별 분리율은 최근 3년간 분리율과 비교하였다.

3. 연구 결과

  2008년 급성설사질환 실험실 감시사업을 통해 전국적으로 총 32,748건의 대변검체에 대한 검사를 실시하였다. 전체 검체 중 1,162건에서 감시대상 병원체가 확인되었으며 이러한 양성검체는 전체 검체의 3.55%를 차지하였다. 식중독 집단 발생이나 감시대상 이외의 병원체가 확인된 경우는 결과 산출에서 제외하였다.
  월별로 병원체 분리율을 구분하여 보면 하절기가 시작되는 6월부터 종료되는 시기인 10월까지 병원체의 분리율이 가장 높았다. 지난 3년간 8월과 9월에 가장 많은 병원체가 분리되었으나, 2008년도에는 한달 가량 빠른 7월과 8월에 가장 많이 분리되었다. 8월에 분리율이 높았던 예년과 달리 2008년도에는 6월부터 분리율이 급격히 증가하는 양상을 나타내었다(Table 1, Figure 2).

  사회 활동, 학제 과정에 따른 연령별로 구분하여 병원체 분리율을 확인해 본 결과, 10대 후반에서 20대의 분리율이 높고 40대에서 60대에서는 상대적으로 분리율이 낮았다(Figure 3). 병원체 분리율에서 성별에 따른 유의한 차이는 발견되지 않았다. 지역별 병원체 분리율은 서울, 인천, 광주, 경기 지역에서 전반적으로 높았다. 살모넬라균은 특히 인천, 광주, 대전 그리고 제주지역에서 전반적으로 분리율이 높았다. S. Typhimurium은 인천과 대전 지역에서 많이 분리되었고, S. Enteritidis는 광주와 대전 그리고 제주지역에서 많이 분리되었다. 특히, 제주 지역에서는 지난해 S. Enteritidis에 의한 식중독 발생이 잦아 살모넬라균의 분리율이 상대적으로 높았다. 인천과 광주 지역에서는 기타 살모넬라균이 많이 분리되었다. 세균성이질은 국내에서 발생율이 낮은 편이나, 지난 해에는 충남지역에서 발생 보고된 예가 많았다. 병원성 대장균 중 장독성대장균(ETEC)은 서울과 경기지역에서 많이 분리되었으며, 경남을 제외한 영남지역, 즉 부산, 대구, 울산, 경북 지역에서는 분리율이 낮았다. 장출혈성대장균(EHEC)은 전국적으로 분리가 많지 않았다(Table 1). 장염비브리오균은 경남, 전북, 전남 그리고 충남에서 분리율이 높았으며, 바다와 접하고 있는 인천지역에서도 장염비브리오균의 분리율이 높았다. 캄필로박터 제주니균은 광주와 인천에서 분리율이 높았다(Figure 4).

  살모넬라균 발생을 주별로 살펴보면, 지난 3년 평균치에서는 37주차-45주차(9.7-11.8)에 높은 분리율을 보였으나, 2008년도에는 37주차-40주차(9.7-10.4) 그리고 42주차(10.12-10.18)에만 높은 분리율을 보였다. 2007년도에는 40주차에 높은 분리율을 보였고, 2008년도에는 38주차-39주차(9.14-9.27)에 높은 분리율을 보인 것으로 보아 9월 중·하순 시기가 국내 살모넬라균 유행의 특징적인 시기로 보인다(Figure 5).

  병원성 대장균의 주별 발생을 살펴보면, 지난 3년간 하절기에 분리율이 증가하는 전형적인 특징을 보이고 있다. 그러나 2008년도에는 분리율이 증가하였다가 감소하는 산발적인 형태를 보였으며, 특히 예년에 비해 동절기가 시작되는 45주차(11.2-11.8) 이후에도 분리율이 높게 나왔다. 2007년도와 2008년도 모두 41주차(10.5-10.11)에 분리율이 증가하는 경향을 공통적으로 보여 살모넬라와 유사하게 병원성대장균이 유행하는 특징적인 시기라 할 수 있겠다(Figure 6).

  지난 3년간 캄필로박터균의 분리율은 전반적으로 낮았으나, 최근 분리 및 동정기법의 확립으로 인하여 캄필로박터균의 분리율이 증가하고 있다. 2008년도에는 25주차(6.15-6.21)부터 분리율이 증가하기 시작하여 39주차(9.21-9.27)에 감소하는 전형적인 세균성 원인체의 분리 추이를 나타냈으며, 42주차(10.12-10.18), 45주차(11.2-11.8), 49주차-50주차(11.30-12.13)에도 분리율이 증가하는 경향을 보였다 (Figure 7).

  지난 3년간 장염비브리오균은 8월부터 설사환자에서 분리 되기 시작하여 동절기에 접어들어 감소하였고, 세균성 이질균은 국내 발생사례는 적지만 일반적으로 장염비브리오균의 분리율이 감소하는 시점에서 분리되기 시작하였다. 2008년도에도 장염비브리오균은 평년에 비해 균 분리율은 낮았지만 29주차(7.13-7.19)부터 분리율이 증가하기 시작하여 46주차(11.9-11.15) 이후에는 분리되지 않았다. 세균성이질균은 예년보다 이른 시기인 40주차(9.28-10.4)부터 분리되기 시작하여 50주차(12.7-12.13)까지 분리가 지속되었다(Figure 8).

  설사환자로부터 분리한 균을 대상으로 항생제 내성을 검사해 본 결과, 살모넬라균의 경우는 퀴놀론(Quinolone)제제 중 날리딕산(Nalidixic acid)의 내성이 급격히 증가하고 있으며, 더불어 같은 계열에 속하는 시프로플록사신(Ciprofloxacin) 역시 내성이 점차 증가 추세에 있는 것으로 나타났다. 국내 살모넬라에 의한 식품매개질환중 가장 많은 질환을 유발하는 S. Enteritidis는 날리딕산(Nalidixic acid)에 대한 내성율이 76.1%에 이르고 있으며, 전체 살모넬라균주에서도 54%에 이르고 있다. 미국 국가장내세균항생제내성모니터링시스템(NARMS)의 2005년도 자료와 비교해 보았을 때, 설사환자로부터 분리한 균주라는 전제를 하더라도 전체적으로 항생제 내성율이 증가하였다.
  감시사업을 통해 분리된 살모넬라균주를 대상으로 파지형을 분석한 결과, S. Enteritidis는 2007년도에는 PT21형(43주, 53.8%)이 많이 확인되었으나 2008년도에는 PT1형(61주, 81.3%)이 주종을 이루었다(Table 3). 미국 캘리포니아주에서 2002년부터 2006년까지 분리된 균주를 대상으로 S. Enteritidis의 파지형을 분석한 실험 결과에 따르면 우리나라와 달리 PT30형이 주요 파지형으로 확인되었다[9]. S. Typhimurium은 2007년도(19주, 65.5%), 2008년도(26주, 60.5%) 모두 U302가 가장 많이 확인되었다[9]. 특히, S. Typhimurium 중에 항생제 다제내성과 관련이 깊은 것으로 알려진 DT104는 2007년에 1 균주, 2008년도에는 3 균주가 확인되었다(Table 4). 네덜란드에서는 1996년부터 2001년에 분리된 균주를 대상으로 시험한 결과, 전체 S. Typhimurium중에서 DT104가 가장 많은 파지형을 차지하는 것으로 보고한 바 있다[10].

Ⅲ. 맺는 말

   우리나라 급성설사환자중 바이러스에 의한 설사 발생률이 여전히 높은 비중을 차지하고 있으나, 세균성 병원체에 의한 설사환자 역시 매년 많은 수가 확인되고 있다. 또한 기후 변화와 관련하여 세균성 병원체의 분리 양상이 변화하고 있고, 항생제 내성의 증가와 관련하여 약제사용에 대한 문제가 논란이 되고 있다.
  세균은 일반적으로 고온다습한 환경에서 왕성하게 성장하여 질병을 유발하는 것으로 알려져 있으나, 최근 5년간의 분석 결과를 보면 하절기의 고온 다습한 기상상태와 설사질환 발생이 반드시 일치하지만은 않았다. 병원성대장균과 캄필로박터균은 하절기에 주로 분리되었지만, 살모넬라균은 4-6월과 9-10월에, 세균성 이질균은 동절기인 11월부터 이듬해 2월에, 장염비브리오균은 7월부터 10월에 걸쳐 분리율이 높았다. 감염성 질병이 발생하기 위해서는 원인 병원체와 숙주 그리고 환경이라는 3가지 요소가 종합적으로 작용하여야 한다. 감시사업 결과에서 집단 식중독의 사례를 배제하여 보았을 때 질병 발생의 원인으로 환경적 요인(단체 급식, 식중독에 대한 경각심)에 의해 상대적으로 과소평가되었던 원인 병원체의 특성에도 관심이 필요할 것으로 보인다.
  최근 3년간의 자료와 지난 2008년 자료를 바탕으로 세균성 병원체의 분리율 변화를 기후변화에 의한 특징이라 단정지을 수는 없을 것이다. 그러나 매년 변화하고 있는 기상 상태와 무관하지 않을 것이며, 이와 더불어 각 병원체의 특성과 기상변화 그리고 최근 증가한 퀴놀론제제에 대한 내성율 그리고 파지형의 변화도 주의깊게 살펴보아야 할 것이다. 또한 단편적으로 보았던 생화학적, 분자유전학적 결과들을 종합하고 통합적으로 분석하여 세균성 병원체에 의한 설사질환에 대한 이해를 높여야 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
 2. Scallan E, Majowicz SH, Hall G, Banerjee A et al. Prevalence of diarrhea in the community in Austria, Canda, Ireland, and the
    United States. Int J Epidemiol 2005; 34: 454-460
 3. EU Enter-Net Project Team. Enter-Net Annual Report 2005 "Surveillance of Enteric Pathogens in Europe and Beyond", 2006
 4. OzFoodNet Working Group. Enhancing foodborne disease surveiilance across Australia in 2001: the OzFoodNet network, 2005.
    Comm Dis Intel 2006; 30 : 278-300
 5. Health Canada. Canadian Integrated Surveillance Report: Salmonella, Campylobacter, pathogenic E. coli and Shigella, from 1996
    to 1999. CCDR 2003; 29S1:1-32
 6. 국립보건연구원. 수인성 식품매개성 감염병 감시망 운영: 2008년 사업 결과 및 2009년 사업계획서. (11-1351159-000037-10) 2009
 7. 국립보건연구원. 감염병 실험실 진단: 질환별 시험법. 2005.
 8. 국립보건연구원. Antigenic formula of the Salmonella serovars. (11-1460736-000048-01) 2007
 9. Uesugi AR, Donylunk MD, Mandrell RE, and Harris LJ. Isolation of Salmonella Enteritidis phage type 30 from a singlen Almond
    Orchard over a 5-year period. Journal of Food protection. 2007. 70; 1784-1789.
 10. van Duijkeran E, Wannet WJ, Houwers DJ, van Pelt W. Serotype and phage type distribution of Salmonella strains isolated
     from human, cattle, pigs, and chickens in the netherlands from 1984 to 2001. J. Clin. Microbiol. 2002. 40; 3980-3985.