2008년 다중이용시설에서 분리된 레지오넬라균의 다양성

Diversity of Legionella isolates from public utilizing facilities, 2008

 질병관리본부 국립보건연구원 감염병센터 결핵·호흡기세균과    
 

Ⅰ. 들어가는 말
   레지오넬라증은 1976년 미국 재향군인회에 참가한 회원들과 인근 지역 주민들을 중심으로 221명의 집단 폐렴환자가 발생하고 이중 34명(15%)이 사망하면서 처음으로 보고되었다. 이후 대형 건물의 냉방시스템에 사용되고 있는 냉각탑수, 와류욕, 온천수, 장식용 분수, 식료품 매장의 분무기 등의 다중이용시설이 레지오넬라균에 오염된 경우, 비말을 통하여 폐렴 등의 호흡기계 질환을 일으키는 것으로 알려지기 시작하였다[1]. 특히 병원의 수계시설이 레지오넬라균에 오염되어 장기이식, 암 등 면역체계가 약해진 환자들에서 레지오넬라증이 발생할 경우에는 적절한 치료를 하여도 50% 이상의 사망률을 나타내는 것으로 보고되고 있다[2-3]. 최근 들어 고령 인구의 증가, 동남아 및 유럽 등 발생 다발지역으로의 여행객 증가, 지구 온난화로 인한 냉방시설의 이용 증가 등에 따라 전 세계적으로 레지오넬라증 발생은 증가 추세에 있다. 우리나라에서는 1984년 처음으로 폰티악 열(Pontiac fever)에 의한 레지오넬라증 발생이 보고되었고[4], 1998년 3차 의료기관에서 발생한 레지오넬라증 사례 보고 이후 지역사회획득 및 병원 내 획득에 의한 레지오넬라증 감염사례들이 보고되었다[5]. 질병관리본부의 전염병 통계에 의하면, 2001년에는 2명의 환자가 신고되었고, 점차 증가하여 2006년 20명, 2007년 19명, 2008년 21명 등으로 매년 20명 이상의 환자발생 신고가 있으나 실제로는 이보다 많을 것으로 추정된다. 특히, 찜질방, 온천 등 다중이용시설을 이용하는 인구가 증가하고 있어 오염된 수계시설을 통한 질환 발생의 위험에 노출될 기회가 많아지고 있다. 그러나 지역사회에서 간헐적 또는 산발적으로 발생하는 경우에는 그 원인을 신속히 추적하여 밝히는 것이 매우 어렵기 때문에 예방관리 차원에서 오염 가능성이 있는 수계환경의 레지오넬라균 오염도를 조사하고 분리된 레지오넬라균의 유형을 분석함으로써 환자발생 시 신속히 대처할 수 있는 체계적인 관리시스템을 마련하는 것이 매우 중요하다.
   본 연구에서는 13개 시·도 보건환경연구원(서울, 경기, 강원, 부산, 인천, 대구, 광주, 충북, 충남, 경북, 경남, 전남, 제주)의 협조를 얻어 각 시·도로부터 2008년에 다중이용시설에서 분리된 레지오넬라균을 수집하여 동정하였고, 분리된 레지오넬라균의 혈청학적, 유전학적, 지역별, 대상시설별, 검체종류별 유형을 비교 분석하였다. 이를 통해 우리나라 환경수계에서 분리되는 레지오넬라균의 우세종을 파악하고 향후 집단 발생 시 환자-환경수계 분리균주간의 상관관계 규명, 감염원의 추적 및 감염경로 규명 등 레지오넬라증의 발생 및 확산 방지에 필요한 기초 자료를 마련하고자 하였다.

Ⅱ. 몸 말

   13개 시·도에서 환경수계시설별로 채취된 검체는 호텔 등 대형건물의 냉각탑수 302건(53.4%), 병원, 공중목욕탕 등의 냉·온수 259건(45.8%), 분수대 3건(0.5%), 기타 2건(0.4%) 등 총 566주였고, 지역별로 보면 서울 56주, 부산 126주, 경기 30주,인천 3주, 강원 16주, 충남 91주, 충북 63주, 광주 33주, 전남 21주, 경북 20주, 경남 60주, 대구 44주, 제주 3주였다.
   분리된 566주 중 전체의 85.5%(484주)는 L. pneumophila이었고 non-L. pneumopnila가 14.5%(82주)를 차지하였다. Non- L. pneumopnila 중에는 L. anisa가 7.1%, L. bozemanii 3.0%, L. spiritensis 0.7%, L. dumofii 0.2%, L. rubrilucens 0.2%, Non-typeable 균종은 3.4%의 분포를 보였다. 레지오넬라증의 주요 원인균으로 알려진 L. pneumophila serogroup 1(sg 1, 혈청군)은 총 267주로 L. pneumophila 중 55.2%를 차지하였고, sg 5, 6은 각각 11.8%(57주), 11.4%(55주)를 차지하였다. 이어 sg 7, sg 3 sg 10, sg 2 순으로 분리율이 높았으며, L. pneumophila에는 속하지만, sg 1-15에 속하지 않은 균주(non-typeable serogroup)도 0.4%(2주)를 차지하였다(Table 1).

  13개 시·도에서 분리된 레지오넬라균 중 분리율 3% 이상을 차지하는 489주(L. pneumophila sg 1, sg 3, sg 5, sg 6, sg 7, L. anisa, L. bozemanii)에 대한 지역별 분리현황을 살펴보았다. 전국적으로 L. pneumophila sg 1이 우세하였으며, sg 7은 경남, 경북, 부산, 충북, 충남에서만 분리되었고 제주에서는 sg 1만 분리되었다. L. bozemanii와 L. anisa는 경기, 서울, 인천, 제주에서는 분리되지 않았으며, 부산은 이들 균주가 모두 분리되었다(Figure 1).

  이들 489주의 대상시설에 따른 특성을 살펴보았을 경우에도 모든 시설에서 L. pneumophila sg 1이 우세한 혈청군이었으며, 그 다음으로 대형건물에서는 L. anisa(12.8%), 대중목욕탕은 sg 5(24.5%), 온천에서는 sg 6(50%) 등 대상시설에 따라 혈청군 또는 균종에 대한 분리율의 차이를 나타내었다(Table 2). 냉각탑수, 목욕시설의 냉·온수, 분수대 등에서 채취한 검체별로 분리된 균의 유형을 살펴보면, L. pneumophila sg 1은 냉각탑수(55.5%), 냉·온수(36.0%), 분수대(100%)에서 가장 우세하였다. L. pneumophila sg 7과 L. anisa의 경우는 냉각탑수에서 각각 8.4%와 8.8%로 L. pneumophila sg 1 다음으로 우세하였으나, 냉·온수에서는 각각 1.6%와 5.1%를 차지하는 것으로 나타났다. 또한 L. pneumophila sg 5와 sg 6은 냉각탑수에서 각각 5.2%와 5.5%를 차지하였으나, 냉·온수에서는 각각 16.2%와 15.0%로 L. pneumophila sg 1 다음으로 우세하여 검체 종류별로 분포의 차이를 보였다.  분리균주 중 가장 우세한 혈청군인 L. pneumophila sg 1의 유전학적 특성을 sequence based typing(SBT)으로 분석하였다.

  SBT는 Gaia 등의 방법을 이용하여[6] flaA, pilE, asd, mip, mompS, proA 등 6개 유전자를 사용하였으며 염기서열분석은 European Working Group for Legionella Infections(EWGLI)의 SBT database를 이용하였다.
총 267개의 L. pneumophila sg 1 균주 중 무작위로 추출한 109주에 대해 SBT 유형을 분석한 결과, 34개의 유형으로 나눌 수 있었다. 이 중 유형 3(1,4,3,1,1,1)이 가장 우세하였으며(45%), 이 유형이 조사대상 전 지역에서 나타나는 것으로 보아 국내 환경수계에 널리 분포하고 있는 우세 유형임을 알 수 있었다. 다음으로는 유형 25(7,12,17,3,35,11)가 12.8%를 차지하여 두 번째로 우세한 유형으로 나타났으며 서울, 광주, 부산, 경남, 제주에서 나타났다. 참조균주로 사용한 L. pneumophila sg 1(Philadelphia-1, ATCC 33152)의 R 유형(3,4,1,1,14,9)과 동일한 유형은 강원지역에서 분리된 1주 뿐이었다.

Ⅲ. 맺는 말

   우리나라에서 발생하는 레지오넬라증의 주요 원인은 하절기에 가동되는 중앙 냉방시스템과 관련된 냉각탑수로 알려져 있으나, 최근 들어 찜질방, 사우나 등 공중목욕시설의 수계를 통한 감염의 위험성도 높아지고 있다. 그러나 레지오넬라증이 발생한 경우에 그 원인을 신속히 추적하여 밝히는 것이 어렵기 때문에 다중이용시설의 수계환경을 소독·관리하는 것 뿐만 아니라 수계환경의 레지오넬라균 오염여부 조사를 실시함으로써 국내에서 분리되고 있는 레지오넬라균의 유형 분석을 통해 환자 발생시 비교가능한 추적 시스템을 갖추는 것이 레지오넬라증을 예방하고 관리하는데 효과적일 수 있다.
   레지오넬라균 속(genus)에는 현재까지 50여종, 70여개 이상의 혈청군이 알려져 있으며, 이중 20개 균종 이상이 사람에게 감염을 일으키는 것으로 알려져 있다. 수계환경에서 레지오넬라균종의 분포 현황을 살펴보면, 냉각탑수에서는 L. pneumophila sg 1이, 냉·온수 시스템에는 L. pneumophila sg 1, 2, 4, 6, 12, L. micdadei,  L. bozemanii, L. feeleii 등이, 온천 등에는 L. pneumophila sg 1, L. micdadei, L. gormanii, L. anisa 등이, 원예용 토양에는 L. longbeachae 이 주로 분리되는 것으로 알려져 있다[7].
   국내에서도 냉각탑수 등에서 분리된 레지오넬라균은 주로 L. penumophila sg 1이 우세하였으며, 2003년 L. busanensis (ATCC BAA-518)이 국내 최초로 보고된 이후[8], L. pneumo-phila sg 6, 12, L. micdadei, L. erythra, L. londiniensis  L. anisa, L. taurinensis 등 다양한 균종들이 우리나라 다중이용시설의 수계에서 분리되고 있다. 이는 2004년부터 도입한 유전학적 동정기법의 보급으로 시·도 보건환경연구원에서 L. pneumophila sg 1 이외의 혈청군과 non-L. pneumophila 균종의 분리·확인이 가능해짐에 따라 이루어진 성과라 할 수 있겠다. 또한 1985년-2001년 사이에 냉각탑수에서 분리된 L. pneumophila sg 1의 PFGE 유형을 분석한 결과, 외국의 참조균주(Philadelphia-1, ATCC 33152)와 동일한 유형을 발견할 수는 없었으나, 다양한 PFGE 유형 및 지역적 특성이 있음을 알 수 있었다[9]. 미국의 경우, 발생한 환자의 90% 이상이 L. pneumphila sg 1에 의한 것으로 보고되고 있으나, 유럽은 L. pneumphila sg 1에 의한 것이 70%, 다른 혈청군, 다른 균종에 의한 것이 30% 내외로 보고되고 있으며, 다른 균종으로는 L. micdadei, L. bozemanii, L. dumoffi, L. longbeachae 등이 알려져 있다[10]. 특히, 호주, 미국, 일본 등에서는 L. longbeachae에 의한 감염사례보고가 많으며[11-12], 인공배지에서는 분리 배양할 수 없었으나 아메바와 같은 원생동물에서 레지오넬라균을 분리 배양하여 그 원인을 밝힌 사례도 있다. 또한 L. micdadei, L. bozemanii, L. dumoffi 등은 면역억제제 치료를 받고 있는 환자, 장기이식 환자, 심장 질환자 등에서 발생한 레지오넬라증의 주요 원인병원체로 보고되고 있으며[13], 미국의 오하이오주에서는 원인 불명의 지역사회획득 폐렴환자들 중 14%의 환자들이 L. bozemanii(8%), L. anisa(4%) 등을 포함한 non-Legionella 균종에서 항체가 변동을 보임을 보고하였다. 국내의 경우에도 1999-2003년 사이의 비정형폐렴 의심환자에 대한 항체가 분포현황조사에서 L. pneumophila sg 1에 양성인 환자는 13%이었고, L. bozemanii 및 L. gormanii에 양성인 환자는 각각 15.7%와 25.8% 이었다[14]. 또한 1994-2006년 동안의 국내 레지오넬라증 의심환자 중에서 레지오넬라균에 대한 항체가 검사상 양성인 환자 58명의 분포현황을 살펴보면, L. pneumophila이 55.2%이었으며, 이중 L. pneu-mophila sg 1은 22.4%이었고,  L. pneumophila sg 6은 10.4%를 차지하였다. Non-L. pneumophila 는 44.8% 이었으며, 이중  L. gormanii가 17.2%로 가장 많이 분포하였다 [15]. 2006년 전남지역 주민의 혈청에서 레지오넬라균의 대한 항체가를 조사한 결과에서도 L. pneumophila sg 1, 2, 3에 대한 항체보유율은 거의 없었으나, L. bozemanii는 32.9%, L. gormanii는 8%의 항체보유율을 보였다[16].
   이와 같이 L. pneumophila sg 1 이외의 혈청군이나 균종에 대한 항체를 보유하고 있다는 것은 우리나라도 호주, 일본, 대만 등의 경우처럼 다른 균종에 노출되는 기회가 많으며, 이는 다중이용시설에 분포하고 있는 우세 균종과 연관이 있을 것으로 사료된다. 그러나, 2008년에 국내의 다중이용시설에서 분리된 레지오넬라균의 유형별 특성을 살펴보았을 때, L. bozemanii는 3.0%이었고, L. gormanii, L. longbeachae 등은 분리되지 않았다. 이는 현재 사용되고 있는 인공배지인 BCYE (Buffered Charcol Yeast Extract)가 다른 혈청군이나 다른 균종을 분리하기보다는 L. pneumophila sg 1을 분리, 배양하기에 더 적합한 배지이기 때문인 것으로 추측된다[17]. 또한 L. pneum-ophila 이외의 균종들은 L. pneumophila 보다 배양되는 시간이 길어 우세종인 L. pneumophila에 의해 생장이 저해될 가능성이 있어 분리하기가 까다롭다.
   따라서 이들 균종에 의한 환자발생을 규명하는 것은 매우 어려운 일이다. 수계환경에서 분리되는 레지오넬라균은 환자발생시 임상검체에서 분리된 레지오넬라균과 환자의 혈청내 항체와 반응하는 균과의 연관성이 매우 높다. 따라서 수계시설에서 그 오염원을 찾아내 균 농도를 낮추거나, 제거하는 것이 환자의 발생을 예방하는데 도움이 될 것이다. 또한 국내 수계환경에서 분리되고 있는 레지오넬라균의 유형을 분석한 후, 우세 종을 진단용 항원으로 추가하여 레지오넬라증에 대한 진단법을 개선하거나, 국내 분리 레지오넬라균의 병원성에 대한 연구, L. pneumophila 이외의 균종의 분리율을 높일 수 있는 인공배양 배지의 개발에 관한 연구 등이 이루어져야 할 것이다. 분리균 간의 유연관계분석 또는 환자발생시, 그 오염원과의 연관성을 분석하는 분자유전학적 분석기법의 경우에도 PFGE(pulsed field gel eletrophoresis)가 많이 이용되어 왔으나, PFGE는 plug lysis 조건, 제한효소처리조건, 전기영동조건 등이 각 나라, 각 실험자마다 달라, 그 방법이 표준화되어 있지 않으며, 결과분석시 similarity를 몇 %로 하느냐에 따라 유연관계가 달라질 수 있는 단점이 있었다. 그러나 본 연구에서 사용한 SBT는 PFGE 보다 균주간의 변별력과 재현성이 우수하고 분리균주의 유전학적 유형분석을 쉽게 분석할 수 있도록 데이타 베이스가 구축되어 웹체계로 운영되고 있어, 최근 유럽의 여러 국가들이 사용하고 있는 방법이다. 따라서 SBT는 분자역학적 분석 도구로서 환자발생시, 그 감염원 추적에 더욱 효율적인 방법일 것이다.
   질병관리본부에서는 1989년부터 레지오넬라증 의심환자의 임상검체에서 균 배양, 혈청학적 검사 등 레지오넬라증에 대한 실험실 진단을 실시하고 있다. 또한 2009년 16개 시·도 보건환경연구원을 지역거점진단센터로 지정하여 해당 지역에서 레지오넬라증에 대한 확인진단(레지오넬라균 배양)을 실시하도록 하고 있으며, 서울, 부산, 인천, 광주, 경기도 보건환경연구원은 항체가 검사에 의한 혈청학적 진단도 함께 실시하고 있다.

Ⅳ. 참고문헌

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