국내 급성 인후염 환자에서 분리한 Group A Streptococcus의 emm 유전자 분석
Group A Streptococcus emm gene types in pharyngeal isolates during 2009-2011 in Korea

질병관리본부 국립보건연구원 감염병센터 결핵·호흡기세균과             
이혜경, 이진             

Ⅰ. 들어가는 말
  Streptococcus pyogenes(Group A Streptococcus, GAS)는 그람 양성 사슬알균으로 급성 세균성  후염(acute pharyngitis)의 대부분을 차지하며, GAS균에 의한 인후염을 Streptococcal pharyngitis라고도 한다. GAS균에 의한 인후염은 취학 연령기에 있는 어린이에게 많이 발생되므로 사회적으로 경제적 부담을 준다[1]. 특히 어린이 인후염 환자의 15-30%, 성인 인후염 환자의 10%가 GAS균에 의한 것으로, 대부분 자연적으로 치유되거나, 약물치료에 의하여 호전되지만, 환자의 연령이 높거나, 면역기능이 저하되었을 경우에는 급성 중이염, 부비강염, 기관지염 등의 합병증이 생길 수 있다[2]. 또한 GAS균은 인후염 이외에도 편도염이나 성홍열 등의 비침습성 질환 뿐만 아니라, 급성 신장염, 패혈증, 폐렴, 심내막염,  골수염, 독소 쇼크 증후군(streptococcal toxic shock syndrome; STSS), 괴사성 근막염 등 침습성   질환과도 관련이 있다. 치료가 잘 되지 않았을 경우에는 균이 인후 주변조직으로 파급되어, 중이염,   부비동염, 림프절염, 수막염 등의 화농성 합병증이 생기며, 류마티스성 열, 사구체 신염 등의 비화농성 합병증이 생긴다[3]. 특히, 무증상 보균자 및 치료가 실패한 환자는 초기 감염 후, GAS균이 인체에   지속적으로 남아 있으며, 취학 아동기의 2.5-32%가 GAS균에 의한 무증상 보균자로 보고되고 있다[4].
  상기도 감염인 인후염 환자에 대한 실험실 확인진단은 인후검체에서 GAS균의 분리배양법이 주로   이용되어 왔으며, 최근에 많이 사용되는 신속항원검사는 배양검사보다는 특이도가 우수하지만(90-95%), 민감도가 떨어지기 때문에(75-85%), 미국의 IDSA(Infectious Disease Society of America)의 지침에서는 신속항원검사에서 음성은 배양검사로 확인하는 것을 권장하고 있다[5].
  GAS균에 의한 인후염의 치료에는 페니실린(penicillins), 세팔로스포린(cephalosporins), 마크로라이드(macrolides), 린코사마이드(lincosamides)와 같은 다양한 계열의 항균제가 사용되고 있으며, penicillin 계열 항균제는 효과, 안정성, 낮은 비용 등의 이유로 현재까지 선택제로 사용되고 있으나, 과민반응의 부작용 때문에 에리스로마이신(erythromycin) 등의 macrolides 또는 클린다마이신(clindamycin) 항균제의 사용이 증가하면서이들 항균제에 대한 내성률이 세계적으로 2002년까지 50% 내외로 크게 증가하였다. 현재 이들 항균제에 대한 내성률은 2004년 이후로 다시 감소 추세에 있으나, 플루로퀴놀린(fluoroquinolone) 계열의 항균제의 사용이 증가하고 있어 이에 대한 내성균의 출현 가능성도 배제할 수 없는 실정이다[6].
  GAS균은 복잡한 병인기작에 관여하는 많은 병원성 인자를 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 그 중에서 emm 유전자에 의하여 발현되는 M-protein은 감염시 인체에서 일어나는 1차적인 면역반응인 식포작용을 저해하는 특성을 가지고 있으며, 형-특이(type-specific) 숙주 면역반응을 유도하는 것으로 알려져 있다. 최근에는 M-protein에 대한 고변이(hypervariable) emm 유전자를 증폭하고 염기서열을 분석하여 역학적 지표로 사용하고 있으며, 현재까지 170개의 emm type과 750개 이상의 emm subtype이 알려져 있고 emm type의 분포는 나라와 지역에 따라 다양하다[7].
  국내 급성 인후염 환자에서 호흡기세균 및 호흡기바이러스 원인병원체의 유행양상 및 분리된 병원체의  항균제 내성현황을 파악하기 위하여 질병관리본부 결핵호흡기 세균과에서는 2009년 7월 - 2011년 4월까지(22개월) 전국 20여개 병원을 연계하여“급성인후염 실험실 감시사업”을 수행하였다. 감시 결과 2011년 2-4월 사이에 GAS균에 의한 급성 인후염 환자가 크게 증가함에 따라 동일기간 동안 발생한 GAS균이 원인병원체인 성홍열 환자와 비교분석하여 보고한 바 있으며[8], 추가적으로 국내 급성인후염 환자에서 분리된 GAS에 대한 항균제 내성현황과 M-protein의 유전자 유형을 분석하여 보고하고자 한다.

Ⅱ. 몸 말
  2009년 7월부터 2011년 4월까지 발생한 급성 인후염 환자에서 분리한 GAS균주는 306주 이었으며, 이중에서 erythromycin에 내성인 21주(6.9%)이었다. 따라서 erythromycin에 내성인 21주와 감수성인 28주, 총 49주의 GAS균을 대상으로 emm 유전자의 염기서열을 분석하고 유형분류를 하였다.
  49주의 GAS균이 분리된 인후염환자의 성별 및 나이별 분포 현황은 남자가 24명, 여자가 25명이었고, 7세 이하가 15명, 8-13세는 20명, 13세 이상은 14명이었다.
  49주에 대한 erythromycin, 아지스로마이신(azithromycin), clindamycin, 테트라사이클린(tetracycline)에 대한 내성률은 각각 42.9%, 42.9%, 30.6%, 20.4% 이었으며, erythromycin에 내성을 보인 21주 중 azithromycin, clindamycin, tetracycline에 모두 내성을 보인 균은 9주(42.9%)이었고, azithromycin과 clindamycin에 내성을 보인 균은 6주(28.6%), azithromycin, tetracycline에 내성을  보인 균은 1주(4.76%), azithromycin에만 내성을 보인 균은 6주(28.6%)이었다.
  emm type의 유형별 분포는 emm28이 28.6%로 가장 우세 하였고, 그 다음으로 emm12이 26.5%를 차지하였다(Table 1).
                       
  49주의 GAS중 erythromycin에 대한 내성 및 감수성에 따른 emm type의 분포현황을 분석하였을 때, 내성인 균주에서는 emm28.0(61.9%)이 우세한 반면, erythromycin 뿐만 아니라, azithromyin, clindamycin. tetracycline에도 감수성을 보인 균주에서는 emm12.0(39.3%)이 우세하여 erythromycin의 내성에 따라 emm type 분포 양상에 차이를 나타내었다(Figure 1).

Ⅲ. 맺는 말

  1933년 Rebecca Lancefield가 GAS균의 세포벽을 구성하고 있는 카보하이드레이트(carbohydrates)를 기초로 처음으로 GAS균을 분류하였고, GAS균의 병원성 결정인자로 알려진 표면단백질인 M-protein 항원의 혈청학적인 변이를 이용하여 대부분의 GAS균을 분류하여 혈청학적으로 80개 이상의 GAS serotype이 분류되었다. 그러나 혈청학적인 분류를 하기 위해서는 각 실험실 마다 M-protein 종류에 대한 각각의 항혈청을 모두 갖추어야 하는 어려움이 있기 때문에, M-protein을 유도하는 emm 유전자의 염기서열을 분석하여 그 유형을 분류함으로써, 국가 간, 지역 간의 상호 유형 비교가 가능하게 되었다.
  GAS균에 의하여 생기는 질환에 따라, 분리된 GAS균의 M-protein 유형도 다양하여 류마티스 관절염은 M1, M3, M6, M18, M24 유형이 많이 분리되고, 신장염은 M1, M12, M55, M57유형이 우세하며, 침습성 질환에서는 M1, M3, M89, M28 유형이 많이 분리된다. 특히, M1 유형 균주는 유전자 수평전달(horizontal gene transfer)을 통하여 클론성으로 분화(clonal evolution)된다고 알려져 있다[9].
  인후염에서 분리한 GAS균에 대한 emm 유전자 유형 분포는 중국의 경우 emm12(51.4%)가 가장   우세하며, 그 다음으로 emm1(33.3%)이 우세하였고[10], 타이완의 경우에는 emm6(55.6%)이 가장   우세하였고 그 다음이 emm12로 41.0%를 차지하였다[11].
국내의 경우에는 2002년까지는 emm12가 우세하였으나, 그 이후에는 emm4, emm28 등 그 유형분포가 다양하였다[12-13]. 하지만, 이러한 결과들은 특정지역에 국한되어 있어 우리나라를 대표하는 유형으로 평가하기에는 어렵다. 따라서 국내 임상에서 분리한 GAS균에 대한 emm type에 따른 항균제 내성양상과 병원성 인자에 대한 연구도 지속적으로 수행되어야 할 것이다.

Ⅳ. 참고문헌

1. Danchin MH, Rogers S, Kelpie L, Selvaraj G, Curtis N, Carlin JB, Nolan TM, and Carapetis JR. 2007. Burden of acute sore throat and group A streptococcal pharyngitis in school-aged children and their families in Australia. Pediatrics. 120:950-957.
2. Bisno, A.L. 2005. Pharyngitis, Chapter 5, p752-757. In Mandell, G.L, Bennett, J.E., Dolin, R. (eds.), Principles and practice of infectious disease. 6th ed, Library of Congress Cataloging-in Publication Data in United States of America. Elsever Inc. USA.
3. Bisni AL, Gerber MA, Gwaltney JM, Kaplan EL, and Schwartz RH. 2002. Practice guidelines for the diagnosis and management  of group A streptococcal pharyngitis. Clin. Infect. Dis. 35:113-125.
4. Wood DN, Weinstein KE, Podbielski A, Kreikemeyer B, Gaughan JP, Valentine S, and Buttaro BA. 2009. Generation of metabolically diverse strains of Streptococcus pyogenes during survival in stationary phase. J. Bacteriol. 191:6242-6252.
5. Tanz, RR, MA, Gerber, Kabat W, Rippe J, Seshadri R, and  Shulman ST. 2009. Performance of rapid antigen-detection test and throat culture in community pediatric offices: implications for management of pharyngitis. Pediatrics. 123:437-444.
6. Billal DS, Hotomi M, Yan SS, Fedorko DP, Shimada J, Fujihara K, and Yamanaka N. 2009. Loss of erythromycin resistance genes from strains of Streptococcus pyogenes that have developed resistance to levofloxacin. Diag. Microbiol. Infect. Dis. 65:225-228.
7. Sumby P, Porcella SF, Madrigal AG, Barbian KD, Virtaneva K, Ricklefs SM, Sturdevant DE, Graham MR, Varkila JV, Hoe NP, and Musser JM. 2005. Evoutionary origin and emergence of a highly successful clone of serotype M1 group A Streptococcus involved multiple horizontal gene transfer evernts. J. Infect. Dis. 192:771-782.
8. 이혜경, 2011. 최근 성홍열 국내 환자발생 증가: 인후염 실험실 감시대상 환자로부터 A군 사슬알군 분리증가. 주간건강과질병.  4:313-316.
9. Sumby P, Porcella SF, Madrigal AG, Barbian KD, Virtaneva K, Ricklefs SM, Sturdevant DE, Graham MR, Varkila JV, Hoe NP, and Musser JM. 2005. Evoutionary origin and emergence of a highly successful clone of serotype M1 group A Streptococcus involved multiple horizontal gene transfer events. J. Infect. Dis. 192:771-782
10. Chang H, Shen X, Huang G, Fu Zhou, Zheng Y, Wang L, Li C, Shen Y, Liu X, and Yang Y. 2011. Molecular analysis of Streptococcus pyogenes strains isolated from Chinese children with pharyngitis. Diag. Microbiol. Infect. Dis. 69:117-122.
11. Su YF, Wang SM, Ya LL, Chuang WJ, Lin YS, JJ, Lin MT, and Liu CC. 2009. Changing epidemiology of Streptococcus pyogenes emm types and associated invasive and noninvasive infections in Southern Taiwan. J. Clin. Microbiol. 47:2658-2661.
12. Yi YH, Choi JH, L HK, Lee KJ, Bae SM, Yu JY, and Kim KS. 2006. Chracterization of erythromycin resistance of Streptococcus pyogenes isolated from pharyngitis patietns in Korea. Jpn. J. Infect. Dis. 59:192-194
13. Koh EH, and Kim SJ. 2010. Decline in erythromycin resistance in Group A Streptococci from acute pharyngitis due to changes in the emm genotypes rather than restriction of antibiotic use. Korean J. Lab. Med. 30:485-490.