Abstract

Distribution of carbapenem-resistant Enterobacteriaceae (CRE) in Korea, 2017

Go Eunbyeul, Ju Seongje, Yoo Jaeil, Jeon Semi
Division of Bacterial Diseases, Center for Laboratory Control of Infectious Diseases, KCDC

The spread of carbapenem-resistant Enterobacteriaceae (CRE) has become a significant problem worldwide. In this study, we investigated the species, carbapenemase genotypes, and resistance rate of CRE in 2017. The susceptibility of CRE strains to carbapenem agents including imipenem, ertapenem, meropenem, and doripenem was tested. The carbapenemase gene was quantified by conventional PCR and analyzed by the sequence alignment method. The carbapenemase targets were IMP, OXA-48, VIM, NDM, KPC, and GES genes. According to the amino acid changes, specific genotypes were identified. Among 4,508 CRE strains, 2,953 were found to be carbapenemase-producing Enterobacteriaceae (CPE) strains. Most of the CRE strains were K. pneumoniae (55.7%) and E. coli (15.1%). The carbapenemase genotypes were classified into 44 types; the proportions of the KPC-2 and NDM-1 types were found to be 43.8% and 10.3%, respectively. The incidence of infections caused by CRE and carbapenemase -producing strains is increasing. Furthermore, the CPE genotype is continuously being expanded and newer CPE genotypes are being identified; this poses a dangerous threat to public health in Korea.

Keywords: Carbapenem-resistant Enterobacteriaceae, Carbapenemase-producing Enterobacteriaceae, Beta-lactamase KPC-2, Beta-lactamase NDM-1


들어가는 말

장내세균속균종(Enterobacteriaceae)은 방광염, 신우신염, 패혈증, 폐렴, 복막염 및 수막염 등을 일으키는 병원체로 주로 병원이나 지역사회 감염의 원인이 되고 있다[1]. 특히, 전 세계적으로 항생제 내성을 가진 장내세균속균종의 전파가 문제시 되고 있다. 항생제 내성에 관여하는 유전자는 대부분 플라스미드에 존재하는데, 균주 간 전이로 인한 사람 간 전파가 용이하여 집단 발생의 가능성이 높다[2,3]. 국내에서 2010년 KPC-2 유형이 산발적으로 확인되었다[4]. 항생제 내성균 감시를 위해 2011년 이후부터 카바페넴내성장내세균속균종(Carbapenem resistant Enterobacteriaceae, CRE) 표본감시를 시행하였고, 2017년 6월부터는 제3군 법정감염병으로 분류하여 전수감시를 실시하고 있다. 2011년 44개 표본감시 참여기관에서 환자 신고수가 609건으로 확인되었으나, 전수감시 체계로 전환되면서 2017년에는 5,716건의 환자가 보고되었다[5].
카바페넴 계열 항생제는 doripenem, ertapenem, imipenem, meropenem을 사용하며, CLSI(Clinical and Laboratory Standard Institute) 가이드라인에 따른 기준으로 내성 유무를 판정한다. 카바페넴 내성에 관여하는 유전자는 Ambler class A에 속하는 Klebsiella pneumoniae carbapenemases(KPC), Guiana extended spectrum β-lactamase(GES), class B metallo-β-lactamases인 Verona integron-encoded metallo-β-lactamase(VIM), imipenemase(IMP), New Delhi metallo-β-lactamase(NDM)이 있으며, class D carbapenemase인 oxacillinase-48(OXA-48) 유형이 있다.
이 글에서는 2017년 국내에서 분리된 카바페넴내성장내세균속균종에 대해 균종별, 내성 경향 및 내성 유전자형의 분포를 분석하여 현황을 파악하고자 하였다.


몸 말

2017년 1월～5월 표본감시 의료기관에서 분리된 균주와 6월～12월 전국 의료기관에서 분리된 균주로 질병관리본부에 의뢰된 카바페넴내성장내세균속균종 4,508주를 대상으로 분석하였다. 분리 대상자의 성별 분포는 남자가 2,576명(57.1%), 여자가 1,927명(42.7%), 미상 5명(0.1%)으로 남자의 비율이 14.4%p 높게 나타났다. 연령별 분포는 70～79세가 1,323명(29.3%)으로 분리율이 가장 높았으며, 10～19세가 8명(0.2%)으로 분리율이 가장 낮게 나타났다(Table 1).
균 동정은 자동화 장비인 VITEK 2(BioMerieux, France)와 16s rRNA의 염기서열을 분석하여 NCBI의 BLAST 데이터를 활용하여 결과를 확인하였다. 균종별 분포는 Klebsiella pneumoniae가 2,801주(62.1%)로 가장 많이 분리되었고, Escherichia coli 758주(16.8%), Enterobacter cloacae 216주(4.8%), Enterobacter spp. 196주(4.3%), Enterobacter aerogenes 124주(2.8%), Citrobacter freundii 112주(2.5%), Providencia rettgeri 66주(1.5%), Klebsiella oxytoca 52주(1.2%), Serratia marcescens 45주(1.0%), Enterobacter asburiae 30주(0.7%), Klebsiella variicola 20주(0.4%), Citrobacter koseri 18주(0.4%), Morganella morganii 17주(0.4%), Proteus mirabilis 10주(0.2%), 이 밖에 43주(1.0%)에서 19종이 분리되었다(Figure 1).





카바페넴 내성에 관여하는 카바페넴 분해효소 유전자인 KPC, GES, VIM, IMP, NDM, OXA-48을 확인하기 위해서 conventional PCR을 수행하였고, 유전자에 대한 염기서열을 NCBI에 등재되어 있는 유전자형과 비교하여 염기서열 변이부분을 확인하였다. 카바페넴내성장내세균속균종 중에서 내성 유전자 양성 분리주가 2.953주(65.5%), 음성 분리주가 1,555주(34.5%)로 나타났다. 카바페넴 내성 유전자의 분포는 KPC-2가 1,976주(43.8%)로 가장 많이 확인되었다. NDM-1이 465주(10.3%), NDM-5 102주(2.3%), GES-5 28주(0.6%), OXA-181 28주(0.6%), OXA-232 28주(0.6%), VIM-2 24주(0.5%), KPC-3 19주(0.4%), KPC-4 16주(0.4%), NDM-7 10주(0.2%)로 확인되었다. 또한, 두 개 이상의 유형을 보유한 균주가 219주(4.9%)로 NDM-5와 OXA-181을 보유한 균주가 153주(3.4%) 확인되었다. KPC-4와 NDM-1을 보유한 20주(0.4%), KPC-2와 NDM-1 9주(0.2%), NDM-1과 GES-5 9주(0.2%), KPC-2와 VIM-2 8주(0.2%), NDM-1과 OXA-232 4주(0.1%)로 분포되었다. 이 중 1주에서 KPC-2와 NDM-5, OXA-181을 보유한 균주도 확인되었다(Table 2). 분포율이 높은 7개의 유전자형에 따라 분석한 결과는 K. pneumoniae에서 KPC-2가 1,636주 확인되었고, E. coli에서 NDM-5, OXA-181이 149주로 확인되었다(Table 3).





카바페넴 항생제 감수성 검사는 액체배지를 이용한 최소억제농도(Minimum Inhibitory Concentration, MIC)로 측정하였고, CLSI(Clinical Laboratory Standard Institute) 기준에 따라 내성 여부를 판독하였다. 각 항생제에 따른 기준은 doripenem, meropenem, imipenem이 4 ㎍/㎖. ertapenem 2 ㎍/㎖ 이상인 경우 내성으로 판단하였다. 4,508주 중 판독과정에서 1주를 제외한 doripenem, ertapenem, meropenem의 내성률은 각각 61.8%, 98.5%, 73.1%를 나타냈고, imipenem은 자연적으로 내성을 갖고 있는 Proteus spp. Providencia spp, Morganella morganii를 제외한 4,450주에 대해 70.7%의 내성률을 나타냈다(Table 4).




맺는 말

2017년 국내 의료기관에서 분리된 카바페넴내성장내세균속균종을 대상으로 항생제 내성 경향과 내성 유전자의 분포를 파악하고자 하였다. 카바페넴 항생제 계열 중에서 doripenem과 meropenem은 MIC 4 ㎍/㎖ 값에서 내성률이 가장 높게 나타났고, ertapenem과 imipenem에서는 각각 16 ㎍/㎖, 8 ㎍/㎖ 값에서 내성률이 높았다. MIC 32 ㎍/㎖ 이상의 고도내성은 6.6～15.0%로 ertapenem 내성 비율이 가장 높게 나타났다. 국내 카바페넴 내성 유전자는 60% 이상 확인되었으며 이 중 KPC 유전자가 69.9%로 국내에서 가장 높게 확인되었고 NDM 26.9%, OXA 7.6%, GES 1.4%, VIM 1.3%, IMP 0.3% 순으로 나타났다. 미국 CDC에서 분석한 자료에 의하면 2017년 CPE 신고건 중에 NDM 생산 카바페넴내성장내세균속균종이 374건, OXA-48 146건, VIM 57건, IMP 36건으로 보고되었다[6]. 또한, 터키에서는 K. pneumoniae의 OXA-48이 대부분을 차지하고, 이탈리아, 그리스, 미국, 스페인 등의 국가에서 KPC 유형이 대부분 확인되고 있다[7]. KPC 유형이 대부분을 차지하고 있지만 2개 이상의 유전자를 보유한 균주도 대다수 확인되고 있어 이로 인한 전파가 우려되고 있다. 전 세계적으로 항생제 내성균이 유행하는 상황에 대비하여 국내에서도 적극적인 감시와 환자 발생 시 격리를 강화하는 국가적인 대응방안이 필요하다고 생각된다.


참고문헌

1. Nordmann P, Naas T, Poirel L. Global spread of Carbapenemase-producing Enterobacteriaceae. Emerg Infect Dis. 2011;17(10):1791-8.
2. HJ Lee, DG Lee. Carbapenem-resistant Enterobacteriaceae: recent updates and treatment strategies. J Korean Med Assoc. 2018;61(4):281-289.
3. Queenan AM, Bush K. Carbapenemases: the versatile beta-lactamases. Clin Microbiol Rev. 2007;20(3):440-58
4. 질병관리본부. 2012년 국내 카바페넴분해효소 생산 장내세균 발생과 특징. 주간 건강과 질병. 2013;6(22):1-4.
5. 질병관리본부. 의료관련감염병 VRSA/CRE 관리지침.
6. CDC. https://www.cdc.gov/hai/organisms/cre/trackingcre.html
7. Rodriguez-Bano J, Gutierrez-Gutierrez B, Machuca I, Pascual A. Treatment of Infections Caused by Extended-Spectrum-Beta-Lactamase-, AmpC-, and Carbapenemase-Producing Enterobacteriaceae. Clin Microbiol Rev. 2018;31(2):1-42.