Ⅰ. 들어가는말

Klebsiella pneumoniae는 Enterobacteriaceae과(Family)에 속하며 협막(capsule)을 가지고 있는 비운동성의 그람음성세균이다. K. pneumoniae는 인체의 구강 및 장관계에서 정상균총 (normal flora)으로 상재할 수 있으며 집단 내 보균율은 장내의 경우 5-38%, 구강 내에는 1-5%인 것으로 알려져 있으나, 입원 환자 집단 내에서는 장내에서 77%, 구강 내에서 42% 까지 증가하는 것으로 보고되어 원내감염(Hospital-Acquired Pneumonia, HAP)의 주요원인균으로 알려져 있다[1].
K. pneumoniae는 기회감염성 병원균(opportunistic pathogen)으로 면역체계의 약화에 의해 병원성을 나타내는 것으로 알려져 있으며 지역사회에서는 폐렴과 기관지염과 같은 호흡기 감염증, 화농성 간농양(Pyrogenic liver abscess) 등을 유발한다[2]. 원내감염의 경우는 주로 도관(catheter) 삽관, 외과적 수술 등과 같은 침습성 처치(invasive treatment)에 의해 감염되며 전신적 균혈증을 유발하기도 한다. 또한 알콜중독, 당뇨, 만성 폐질환 등과 같은 기저질환이 있는 환자에서 발생빈도가 높다. 지역사회획득폐렴(Community acquired pneumonia, CAP)의 경우 K. pneumoniae에 의한 감염은 중국의 경우 10.3%[3], 말레이시아의 경우 17.3%[4]로 보고되어 있으며, 특히 원내감염에 의한 폐렴(Hospital acquired pneumonia)의 경우는 K. pneumoniae와 Pseudomonas aeruginosa에 의한 감염이 가장 많은 것으로 보고되어 있다[5].
K. pneumoniae의 감염 치료제로 cephalosporin이나 aminoglycoside계열의 항생제가 효과가 있다고 알려져 있으며 전신적 균혈증의 경우는 제3세대 cephalosporin계 항생제를 사용하기도 한다. 그러나 균자체가 협막을 포함하고 있어 대부분의 항생제에 대해 내성을 나타내기 때문에 치료가 어려운 편이며 효과가 있다고 알려진 제3세대 cephalosporin계 항생제에 대해서도 ESBL(extended-spectrum β-lactamase) 생성으로 매년 내성률이 증가하는 양상을 나타내고 있어 내성균에 의한 감염은 치사율을 증가시킬 우려가 있다[6].
따라서 국내에서 분리되는 균주의 유형을 파악하여 현재 유행균주의 특성을 확인함과 동시에 내성균주의 출현을 감시할 필요가 있다. 통상적으로 K. pneumoniae 분리균주의 균주유형 분석에 사용되는 방법은 전통적인 K serotyping법, cps operon에 대한 PCR-RFLP법, ribotyping법, PFGE(pulsed-field gel electrophoresis) pattern에 의한 분석법, 그리고 MLST(multilocuse sequence typing)에 의한 균주유형 분석법 등이 알려져 있다[7].
이 글에서는 급성호흡기감염증 감시사업을 통해 국내 지역사회획득폐렴 및 기관지염 환자로부터 분리된 K. pneumoniae 균주를 대상으로 MLST를 수행하여 국내에 유행하는 균주의 유형을 파악하였다.


Ⅱ. 몸 말

급성호흡기감염증 감시사업(2009.07-2011.12)을 통하여 지역사회획득폐렴 환자로부터 객담검체를 채취한 후 MacConkey 배지에 접종하여 점성의 분홍색 집락을 선별하여 그람음성의 간균형태의 균집락을 선별한 후 생화학적 실험을 통하여 K. pneumoniae를 동정 보관하였다. 연도별 양성률은 2009년의 경우 8.2%, 2010년도는 5.8%, 2011년도에는 2.6%로 점차 감소되었다. 월별 양성률을 조사한 결과, 지역사회획득폐렴 환자군에서 특정한 호발시기 등의 계절적 편차는 확인되지 않았으나 하절기에는 감소하는 양상을 나타내었다(Figure 1).
본 감시사업을 통하여 분리된 균주는 총 51균주이며, 질환별 비교를 위해 급성기관지염 감시사업 (2011.06-2011.12)을 통해 분리된 28주를 포함하여 총 79균주를 분석대상으로 하였고, 이중 최종 확인과정을 통해 선별된 74주에 대해 MLST 분석을 실시하였다.



분석 유전자는 기존의 MLST database에서 제시된 7개 housekeeping gene들을 대상으로 하였고(Table 1), Diancourt 등에 의해 제시된 각 유전자의 PCR primer와 반응조건에 따라 각 유전자별 표적 영역을 증폭한 후 염기서열을 분석하였다[8]. 분석된 염기서열은 K. pneumoniae MLST database로 부터 내려 받은 각 유전자별 allele type의 염기서열과 비교하여 분리균주의 유전자별 alletype를 결정하였다. 각 분리균주에 대한 sequence type(ST)은 확인된 균주별 allele type profile을 기존의 database에 검색하여 확인하였다.


현재까지 K. pneumoniae database에 등록되어 있는 global ST의 수는 1,047건이며, clonal complex에 대한 정보는 제시되지 않았다. 이에 본 연구에서 clonal complex의 정의를 7개 유전자 중 6개가 동일한 경우로 설정하여 PHYLOViZ 프로그램의 goeBURST 알고리즘[9] 으로 분석한 결과 database에 등록된 전체 ST는 88개의 global clonal complex(CC)와 410개 singleton으로 구성되는 것을 확인하였으며 가장 큰 CC는 329개 ST로 구성되었으며 구성된 ST의 규모에 따라 순서대로 CC-0부터 CC-87까지를 규정하였다.
본 연구에서 확인된 국내분리주의 regional MLST 유형은 총 14개 유형이었으며, 이중 가장 많은 빈도를 나타낸 것은 ST23으로 37%를 차지하였고 ST86과 ST65가 각각 19%와 12%로 그 다음을 나타내었다. 나머지 11개 유형 중 ST268과 ST375가 각각 7%를 나타낸 것을 제외하고는 3% 미만의 낮은 빈도인 것으로 확인되었다(Figure 2-(a)).
또한 국내 분리주에서 확인된 MLST 유형을 위의 global CC에 대입하여 보았을 때 4가지 유형의 CC에 속하는 것으로 확인되었으며, 대부분은 가장 큰 clonal complex인 CC-0에 속하며 그다음은 ST86을 포함하는 6개 ST로 구성된 CC-12, 나머지는 CC-77과 CC-17에 속하는 것으로 확인되었다(Figure 2-(b)).


따라서 국내에서 유행하는 K. pneuamonaie 균주들은 크게 2개의 clonal complex(CC-0, CC-12) 로부터 유래하는 것으로 추정되며, CC-12에 속하는 국내 분리주는 ST86 유형만 확인되는 반면에 CC-0에 속하는 국내 분리주들은 ST23을 비롯하여 ST65, ST268, ST375 등 11개의 ST를 포함하고 있어 329개 ST가 포함된 global CC와 마찬가지로 국내에서도 가장 많은 분화양상을 나타내는 것으로 확인되었다.
현재까지 위중한 침습성 감염을 유발하는 균주유형은 협막항원에 대한 혈청형인 K1과 K2 유형으로 보고되고 있으며 고점액상의 점착성 균집락(hypermucoviscous colony)을 형성하는 것으로 알려져 있다. 특히 본 연구에서 확인된 국내 유행균주 중 ST23 과 ST86 유형은 각각 K1과 K2 type에 속하며, 이중 K1-ST23 type의 경우는 화농성 간농양의 주요원인균으로 주로 국내와 대만 등의 남아시아지역에서 보고되고 있으나[10, 11] 최근에는 프랑스에서도 그 출현이 보고되고 있어[12] 이에 대한 관심이 높아지고 있다.
또한 항생제 내성 균주의 출현에도 관심이 집중되고 있는데 특히 카바페넴 내성 균주의 출현과 확산이 확인되고 있으며, 이러한 카바페넴 내성을 나타내는 균주의 MLST 유형은 ST258[13], ST11[14], ST15[15], ST340[15] 등이 보고되어 있으나, 본 연구에서는 ST11만이 낮은 빈도로 확인되었다(Figure 2(a)). 그러나 최근 중국에서 ST11의 확산이 보고된 바에 따라 국내 유행가능성도 배제할 수는 없다.
이외에도 기관지염과 지역사회획득폐렴 환자에서 분리된 균주의 MLST 유형 양상이 서로 다른 것으로 확인되었는데, 검출빈도가 높은 3가지 유형(ST23, ST86, ST65)을 분석하였을 경우 지역사회폐렴과 비교하여 기관지염에서는 ST23의 검출 비율은 유사하였으나 ST65는 검출되지 않았고 ST86의 비율은 더 높은 것으로 확인되었다.


Ⅲ. 맺는 말

본 연구에서는 국내 CAP 환자에서 분리된 K. pneumoniae에 대해 MLST 유형분석을 통해 국내 유행균주의 양상을 파악하고자 하였다. 특히 원내감염 등에 의한 분리가능성을 배제하기 위해 본 연구에서는 면역저하요인이 있는 환자의 검체는 배제하였으며 최초 내원한 환자들로부터 채취된 검체만을 사용하였다. 또한 다른 호흡기질환 감염균 및 바이러스에 대한 검사도 동시에 수행하여 K. pneumoniae에 대해 양성이 나온 경우만을 분석대상으로 하여 연구를 수행하였다.
이상과 같이 본 연구에서 확인된 국내 지역사회획득폐렴환자에서의 K. pneumoniae 균주 검출률은 5%였으며 주된 MLST 균주유형은 ST23, ST65, ST86인 것으로 확인되었다. 이중 ST23과 ST86은 화농성간농양의 원인균으로 알려진 독성균주로 이에 대한 유행여부를 주기적으로 확인할 필요가 있을 것으로 사료된다. 또한 항생제 내성과 관련 있는 것으로 보고된 MLST 균주유형 중 본 연구에서 확인된 유형은 ST11로 비교적 낮은 빈도(1.5%)로 확인되었다. 그러나 동일유형의 확산 가능성과 새로운 유형의 출현 가능성 등도 있으므로 현 분리주에 대한 항생제 감수성 검사 등이 추가로 수행되어야 할 필요가 있다.




Ⅳ. 참고문헌

1. Brisse S et al. Virulent clones of Klebsiella pneumoniae: Identification and evolutionary scenario based on genomic and phenotypic characterization. PLos ONE 4(3):e4982 (2009).
2. Nah BK et al. Recent changes of organism and treatment in pyogenic liver absecess. The Kor. J. Hepatol 9(4):275-283 (2003).
3. Tao LL, et al. Etiology and antimicrobial resistance of community-acquired penumonia in adult patients in China. Chin. Med. J. 125(17);2967-2972 (2012).
4. Mustafa MI, et al. The use of multiplex real-time PCR improves the detection of the bacterial etiology of community acquired pneumonia. Trop. Biomed. 28(3);531-544 (2011).
5. Uvizl R et al. Hospital-acquired pneumonia in ICU patients. Biomed. Pap. Med. Fac. Univ. Palacky. Olomouc. Czech. Repub. 155(4);373-378 (2011).
6. Uh Y et al. Isolation frequency of extended spectrum beta-lactamase producing Escherichia coli, Klebsiella species, and Proteus mirabilis. Korean J. Clin. Microbiol. 10(2):119-122 (2007).
7. Podschun R and Ullmann U. Klebsiella spp. as nosocomial pathogens: epidemiology, taxonomy, typing methods, and pathogenicity factors. Clin. Microbiol. Rev. 11(4):589-603 (1998).
8. Diancourt L et al. Multilocus sequence typing of Klebsiella pneumoniae nosocomial isolates. J Clin. Microbiol. 43(8):4178-4182 (2005).
9. Francisco AP et al. PHYLOViz: Phylogenetic inference and data visualization for sequence based typing methods. BMC Bioinformatics 13(1):87 (2012).
10. Chung DS, et al. Emerging invasive liver absecess caused by K1 serotype Klebsiella pneumoniae in Korea. J. Infect. 54(6):578-583 (2007).
11. Chung DS, et al. Evidence of clonal dissenmination of the serotype K1 Klebsiella pneumoniae strain causing invasive liver absecesses in Korea. J. Clin. Microbiol. 46(12):4061-4063 (2008).
12. Decre D et al. Emerging severe and fatal infections due to Klebsiella pneumoniae in two university hospitals in France. J. Clin. Microbiol. 49(8):3012-3014 (2011).
13. Samuelsen ∅ et al. Emergence of clonally related Klebsiella pneumoniae isolates of sequence type 258 producing plasmid-mediated KPC carbapenemase in Norway and Sweden. J. Antimicrobiol. Chemother. 63(4):654-658 (2009).
14. Qi Y et al. ST11, the dominant clone of KPC-producing Klebsiella pneumoniae in China. J. Antimicrob. Chemother. 66(2):307-312 (2011).
15. Sanchez-Romero I et al. Nosocomial outbreak of VIM-1-producing Klebsiella pneumoniae isolates of multilocus sequence type 15: molecular basis, clinical risk factors, and outcome. Antimicrob Agents Chemother. 56(1):420-427 (2012).