I. 들어가는 말



  임상에서 인공의료장치 또는 체내삽입기구 사용 빈도는 매년 높아지고 있으며 이들 기구에 바이오필름이 형성될 경우 문제가 되는데, 미국 국립보건원(National Institutes of Health, NIH) 보고에 의하면 의료기구 감염을 포함한 지속성 감염의 80%이상이 바이오필름을 수반하는 것으로 알려져 있다[5].

  이러한 의료기구 감염을 포함한 만성 감염원에서 흔히 분리되는 미생물은 그람양성균으로 장알균(Enterococcus faecalis), 황색포도알균(Staphylococcus aureus), 표피포도알균(Staphylococcus epidermidis), 녹색연쇄알균(Streptococcus viridans) 등이 있으며, 그람음성균으로는 대장균(Escherichia coli), 폐렴막대균(Klebsiella pneumoniae), 프로테우스 미라빌리스(Proteus mirabilis), 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 등이 주로 분리되며, 이중 황색포도알균과 코아귤라아제 음성 포도알균(coagulase-negative staphylococci, CoNS)은 삽입 의료기구 사용 시 바이오필름 감염에서 가장 빈번하게 확인되고 있다. 특히 삽입 의료기구시 황색포도알균 바이오필름 감염은 좀 더 급성으로 나타나는 경향이 있으며, 현저한 조직손상과 숙주 면역 반응을 촉진하게 되며, 대표적인 감염증은 심내막염, 골수염, 독소충격증후군, 식중독 및 피부감염증이 있다[6].

  이 글에서는 국내 병원과 지역사회에서 분리된 황색포도알균의 바이오필름 형성능을 조사하고 병원과 지역사회에 널리 퍼져 있는 메티실린 내성 황색포도알균(methicillin-resistant S. aureus, MRSA)의 바이오필름 형성능에 따른 항생제 내성과 유전자 유형의 분석을 통해 국내 분리 황색포도알균 중 바이오필름 형성 분리주들에서 나타나는 형태적 및 유전적 특징을 살펴보고자 하였다.


II. 몸 말


  2005년부터 2009년까지 전국 병원과 지역사회에서 분리한 황색포도알균을 수집하였고, 수집균주에 대한 항생제 내성 유형 및 메티실린 내성 획득과 관련된 staphylococcal cassette chromosome mec(SCCmec) 유형을 확인한 후 바이오필름 형성능과의 연관성을 비교하고자 하였다.

  대상 분리주는 2007년에서 2009년까지 종합병원 중환자실내 환자의 혈액에서 분리된 154주, 2005년에서 2006년 사이 0세에서 10세 미만의 영․유아의 비강에서 분리된 143주, 환자에 사용된 의료기구에서 분리된 27주 등 총 324주를 대상으로 하였다.

  324주에 대한 바이오필름 형성여부를 확인한 결과, 종합병원에서 획득한 154주 중 메티실린에 내성을 보이는 MRSA 94주(약한 형성능 89주와 강한 형성능 5주)와 감수성인 methicillin-susceptible S. aureus(MSSA) 15주(약한 형성능 14주와 강한 형성능 1주)를 포함한 109주(70.8%)가 실험실상에서 바이오필름 형성능을 가졌다. 그 외 MRSA 40주와 MSSA 5주를 포함한 45주(29.2%)는 바이오필름 형성능을 보이지 않았다. 지역사회에서 획득한 143주에서 88주(61.5%, MRSA 58주와 MSSA 30주)가 바이오필름 형성능을 가졌으며, 55주(38.5%, MRSA 43주와 MSSA 12주)는 형성능이 없었다. 의료기구에서 분리된 27주 중 MRSA 21주(77.8%)가 바이오필름을 형성하였으며, MSSA 1주와 MRSA 5주는 바이오필름을 형성하지 않았다. 중심정맥관(central venous catheter, CVC)을 사용한 환자에서 분리된 MRSA 81주 중 61주가 바이오필름 형성능이 있는 것으로 확인되어 병원분리(Hospital-associated) 결과에 포함시켰다. 즉, 의료기구 분리주들의 바이오필름 형성률은 75.9%(82주/108주)로 높음을 알 수 있었다.

  병원에서 분리된 MRSA 134주 중 바이오필름 형성 94주에서 80주(85.1%)가 3가지 이상의 항생제에 내성을 보이는 다제내성이었으며, 14주(14.9%)는 penicillin(P)과 oxacillin(OX)의 두 가지 항생제에만 내성을 나타냈다. 바이오필름 불형성 40주 중 23주(57.5%)가 다제내성을 보였다. 즉, 바이오필름 형성주의 다제내성 분리율이 27% 이상 불형성주보다 높았다. 바이오필름 형성 여부에 따른 SCCmec 유전자 유형을 확인한 결과 SCCmec II 가 가장 많았고, 형성주에서는 64주(68.0%), 불형성주에서는 20주(50.0%)가 SCCmec II 에 속하였다(Table 2).

  지역사회에서 분리된 MRSA 101주 중, 바이오필름 형성능이 있는 58주 중 42주(72.4%), 형성능이 없는 43주 중 31주(72.1%)가 다제내성을 보여 바이오필름 형성 여부와 관계없이 대부분 다제내성을 나타냈다. SCCmec 유전자형을 조사한 결과, 바이오필름 형성주는 47주(81.0%), 불형성주는 38주(88.4%)에서 SCCmec IVA가 가장 많았다(Table 3).

  국내 병원과 지역사회에서 분리된 황색포도알균은 바이오필름 형성률이 불형성률보다 높았으며, MRSA와 MSSA는 바이오필름 형성능에서 차이를 보였는데, 특히 병원과 지역사회에서 분리된 MSSA가 MRSA 보다 분리주수에 대비한 바이오필름 형성률이 높았다. 의료기구중 카데터와 중심정맥관 사용을 한 환자들에서 분리된 MRSA에서 바이오필름 형성률이 높았다. 유전형 분석에서는 병원에서 분리된 MRSA는 SCCmec II 형을, 지역사회에서 분리된 MRSA는 SCCmec IVA 형의 유전자형을 가진 분리주들이 바이오필름을 더 잘 형성함을 확인하였다.

  국외에서 보고된 자료에 의하면 다양한 분리원에서 획득된 황색포도알균의 바이오필름은 메티실린 내성여부와 관계없이 대부분의 분리주들에서 이루어졌으며, 메티실린 내성이 없는 MSSA에서도 높은 바이오필름 형성률을 보였다. Petrelli 등[8]은 중심정맥관을 1주 이상 삽입한 환자들에서 분리된 MRSA와 MSSA의 바이오필름 형성률이 모두 높게 나왔으며, 특히 accessory gene regulator (agr) II 의 유전자형을 가진 황색포도알균에서 바이오필름 형성이 더 잘 일어남을 보고한 바 있다(Table 4).


III. 맺는 말


  세계적으로 항생물질에 대한 내성으로 인한 환자치료 실패율이 매년 상승하고 있으며, 메티실린 내성 황색포도알균(MRSA)에 대한 치료제로 개발된 반코마이신(vancomycin)에 내성을 보이는 경우가 생겨나고 있다. 우리나라는 동유럽국가보다 MRSA 분리율이 상당히 높으며, 최근 질병관리본부 국립보건연구원에서 발행한 국가항생제 내성정보 연보(KARMS annual report, 2010)[9]에 의하면 2007년부터 2010년 분리된 황색포도알균 중 종합병원과 요양병원에서 70%이상의 MRSA 발생률을 보였으며, 대부분 다제내성으로 확인되었다.

  그러나 치료실패의 원인을 대부분 잘못된 항생제 선택이나 항생제 과다사용으로만 판단하여 항생제 오남용의 문제를 발생시키고 있다. 최근에는 치료실패의 원인을 바이오필름 형성으로 인한 항생제 저항 및 체내 면역세포의 불활성화 등에 초점을 두는 연구가 이루어지고 있으며, 이러한 연구의 결과물은 병원과 지역사회에서 MRSA 감염증 환자가 발생하였을 때 환자치료에 도움을 줄 수 있을 것이며, 새로운 항균제 개발을 위한 후보물질 발굴을 위한 기초자료로서도 활용 할 수 있을 것이다. 미국의 경우 병원에서 이루어지는 의료행위 중 바이오필름 감염과 관련된 환자에 드는 치료비용이 매년 10억 달러에 이르고 있는데[10], 바이오필름 감염균을 대상으로 한 유전자 및 단백체 분석 등에 관한 기초연구와 항균펩타이드, 정족수인식(quorum-sensing) 억제물질 등의 바이오필름 형성을 억제하는 물질들에 대한 선행연구가 이루어져야 할 필요성이 있다.


IV. 참고문헌


1. Habash M and Reid G. Microbial biofilms: their development and significance for medical device-related infections. J Clin Pharmacol 1999;39:887-898.
2. Donlan RM. Biofilms and device-associated infections. Emerg Infect Dis 2001;7(2):277-281.
3. Hall-Stoodley L, et al., Bacterial biofilms; from the natural environment to infectious diseases. Nat Rev Microbiol 2004;2:95-108.
4. Wolcott RD and Ehrlich GD. Biofilms and chronic infections. JAMA 2008;299:2682-2684.
5. National Institutes of Health. Minutes of the national advisory dental and craniofacial research council-153rd meeting. 1997. Report.
6. Lowy FD. Staphylococcus aureus infections. N Engl J med 1998;339:520-532.
7. Oliveira DC and de Lencaster H. Multiplex PCR strategy for rapid identification of structural types and variants of the mec element in mrthicillin-resistant Staphylococcus aureus. Antimicrob Agents Chemother 2002;46:2155-2161.
8. Petrelli A, et al. Analysis of meticillin-susceptible and methicillin-resistant biofilm-forming Staphylococcus aureus from catheter infections isolated in a large Italian hospital. J Med Microbiol 2008;57:364-372.
9. 국립보건연구원. 국가항균제내성정보 연보. 2010.
10. Archibald LK, and Gaynes RP. Hospital-acquired infections in the United States. The importance of interhospital comparisons. Infect Dis Clin North Am 1997;11:245-255.