호흡기질환별 마이코플라스마 폐렴균 검출율과 P1 genotyping 분포 분석
Analysis of genotype distribution and detection rate of Mycoplasma pneumoniae according to respiratory disease type

질병관리본부 국립보건연구원 감염병센터 결핵호흡기세균과
정상운, 김소현

Ⅰ. 들어가는 말

마이코플라스마 호흡기 감염증은 Mycoplasma 속 균이 호흡기 내 상피세포에 감염되어 발생되는 호흡기질환으로 발열, 기침, 인후통, 두통, 피로감 등의 경미한 임상증상을 시작으로 인후염 등과 같은 상기도 감염증, 기관지염(Tracheobronchitis), 세기관지염(Bronchiolitis) 등을 유발하며 이중 10-15%가 중증의 비정형 폐렴으로 발전하기도 한다[1, 2].

Mycoplasma pneumoniae에 의한 호흡기 질환은 3-4년을 주기로 발생이 증가하며, 계절적으로는 겨울철에 많이 발생하며, 호발 연령층은 학동기 아동이나 소아인 것으로 알려져 있다[1]. M. pneumoniae 의 실험실 검사는 주로 항체가 조사와 유전자 검출이 이루어진다. 배양 검사도 가능하지만, 성장속도가 느려서 일상적인 진단검사에 적용하기는 어렵다. 그러나 분리된 임상균주는 유행균주의 유형분석(Typing) 및 내성균주의 출현감시 및 유행양상을 파악하는데 유용하며, 특히 감염증가 주기에 따라 유행하는 균종의 유전형이 변화하는 균형이동현상(Type shift events)이 발생하는 것으로 보고되고 있어 M. pneumoniae 분리주의 유전형은 역학적 및 감시동향 분석에 있어 중요하다.

2006년도부터 시작된 급성호흡기감염증감시사업에서 확인된 바에 의하면 2007과 2011년에 양성율이 증가한 것으로 나타나 기존의 3-4년 주기의 발생증가 현상을 확인할 수 있었다(Figure 1). 특히 2011년도에는 양성율이 크게 증가하여 전국적으로 유행하였음을 확인할 수 있었으며, 본 결핵호흡기세균과에서는 2010년 하반기에 양성율 증가추세를 감지하여 M. pneumoniae 유행현황을 예견하고 호흡기질환자의 진료에 주의를 당부하였다[3]. 또한 2011년도에는 발생증가 사항에 대한 연령별 분석을 통해 호발 연령층으로 알려진 학동기 아동은 물론 20-40세 이하의 성인층에서도 발병이 크게 증가하였음을 확인하였고 국내 내성균 출현에 대한 주의를 당부함과 동시에 내성균 검사 소요발생시 결핵호흡기세균과에서 검사를 수행하고 있음을 공지하여 내성균 출현의 발생을 조기에 확인할 수 있도록 대비하였다[4].

이와 함께 발병 증가 시기에 유행한 M. pneumoniae 균주의 역학적 특성을 확인하기 위해 유전형(Genotypes) 분석을 수행하였다. M. pneumoniae의 경우 균주의 유전형분석은 세포 말단에 위치하여 호흡기 내 상피세포에 부착하는 기능을 담당하는 P1 protein의 유전자를 이용한다[1]. P1 protein은 170 kDa의 adhesin 단백질로서 이를 암호화하고 있는 유전자 내에 반복인자(Repetitive elements)인 RepMP4와 RepMP2/3 부위의 DNA 염기서열 차이에 따라 크게 typeⅠ형과 typeⅡ형으로 구분하고 추가로 세분화된 2종의 변이형(V2a/V2b)이 보고되어 있기도 하다[5]. 질병관리본부 결핵호흡기세균과에서는 2006년부터 호흡기감염증 감시사업을 통해 분리된 M. pneumoniae를 대상으로 시기별 유행균주의 유형을 분석해오고 있으나 분리균주를 대상으로 하는 유형분석은 임상검체에서의 균 분리율이 낮기 때문에 시기별 유행균주의 유형을 정확히 판단하는데 어려운 점이 있다. 이에 결핵호흡기세균과에서는 검체에서 직접적으로 유전자 증폭에 의해 균주유형을 파악하는 방법을 적용하여 이러한 단점을 보완하였으며 본 보고에서는 최근 3년간(2010.01-2012.12) 분리주 및 양성검체에서 확인된 M. pneumoniae 유형을 호흡기 질환별로 분석하였다.

Ⅱ. 몸말

  2010년 1월부터 급성호흡기 감시망 사업에서 지역사회 폐렴, 기관지염 및 인후염 환자로 검체가 채취되어 분석된 검체는 총 4,643건이며, 그 중 M. pneumoniae 양성으로 확인된 검체는 총 342건으로 양성율은 약 7.4%로 나타났다. 이중 유전자 검출과 배양검사에서 동시에 양성이 확인된 것은 43건으로 PCR 양성건수 대비 약 12.6%만이 분리가 되었으며, 연도별 분리 건수는 2010년 14건(PCR 양성 64건), 2011년 26건(PCR 양성 237건), 2012년 3건(PCR 양성 41건) 이었다. 따라서 좀 더 신뢰성 있는 분석을 위해 PCR 양성검체를 직접적으로 이용하는 Tsuyoshi 와 Tsuguo[6]의 nested PCR/multiplex PCR 법을 도입하여 분석을 시도한 결과, 342건의 PCR 양성 검체 중 328개(95.9%)에서 P1 genotype를 확인할 수 있었다.
그 결과, 연도별 분리 균주의 유전형 변이 상황은 Figure 2와 같다. 2006-2008년에는 typeⅡ 의 비율이 점차 증가하여 2009년도에는 typeⅡ 만이 확인되었으며, 2010년에는 다시 typeⅠ의 비율이 증가한 후 2011-2012년 사이에는 점차 낮아지는 경향을 나타내었다.

이를 감염부위 및 검체종류에 따라 상기도감염증인 인후도말검체, 하기도감염증인 기관지염의 객담검체와 지역사회폐렴의 객담검체 3가지로 나누어 분석한 결과는 다음과 같다. 우선 M. pneumoniae 양성율의 분포를 살펴보면 Figure 3과 같다. 2006년부터 2011년까지 지속되어온 상기도감염증의 경우 양성율은 2007년에 증가한 이후 2009년까지 점차 감소되다가 2010년에 일시적으로 증가된 양상을 나타내었다. 지역사회폐렴의 경우 2009년부터 2012년까지 지속되어왔으며 양성율은 2011년도에 급격히 증가되어 2012년까지 그 증가 양상이 지속된 것으로 확인되었으며, 기관지염의 경우는 2011년 이후 감소된 양상으로 나타났다. 따라서 2011년도에 확인된 M. pneumoniae 발병률 증가는 지역사회폐렴의 증가가 주된 원인임을 확인할 수 있다.

감염부위 및 검체종류에 따른 P1 genotype 분포는 Figure 4에 나타난 바와 같이 상기도감염증의 검체상에서는 typeⅠ의 비율이 높았으며, 하기도 감염증인 지역사회폐렴 및 기관지염에서는 typeⅡ의 비율이 더 높은 것으로 확인되었다.

이상과 같은 결과로 추정해 보았을 때, Figure 2에 나타난 바와 같이 각 시기별 M. pneumoniae 유행균주의 type은 어떠한 호흡기 질환이 유행하였는지에 따라 달라진다고 볼 수 있을 것이다. 즉, 상기도감염증에서 M. pneumoniae 감염증이 유행한다면 typeⅠ의 발생빈도가 높을 것이고, 지역사회폐렴과 같은 하기도감염증에서 유행한다면 typeⅡ의 M. pneumoniae 균주의 빈도가 높을 것이다. 그러나 이러한 특성이 typeⅠ과 typeⅡ의 균주 고유의 특성에 따라 감염부위가 달라지는지의 여부는 아직 불확실하며, 이에 대한 추가적인 특성연구가 수행되어져야 할 것으로 사료된다.

Ⅲ. 맺는 말

  M. pneumoniae는 세포벽이 없는 다형태성의 가장 작은 세균으로 감염 시 인후염과 같은 상기도 감염, 기관지염 등의 호흡기 질환 증세와 발열, 기침, 인후통, 두통 등의 임상증상을 나타내고, 일부에서는 중증 폐렴으로 진전되는 비정형 폐렴의 주요 원인균으로 알려져 있다[1]. M. pneumoniae 감염의 역학적 분석에서 중요하게 활용되는 균주유형분석은 현재로서는 P1 protein에 대한 genotype 분석이 주로 이루어지고 있으나, 크게 typeⅠ과 Ⅱ로 구분됨에 따라 변별력이 낮다는 단점이 제기되었고, 이에 multiple-locus VNTR (MLVA)과 같은 분석법이 시도되어 26개의 MLVA type이 보고되기도 하였다[7]. 본 보고서에서는 기존의 P1 genotyping 법으로 2010-2012년도에 분리주는 물론 양성으로 확인된 검체에 대해서도 genotype를 확인하여 그 분포 양상을 확인하였다. 그 결과 감염부위 혹은 검체 종류에 따라 typeⅠ과 typeⅡ의 분포편향(Distribution bias)이 있는 것으로 추정되었다(Chi-Square test, p<0.01). 따라서 P1 protein이 M. pneumoniae 병원체가 감염 후 호흡기 내에 정착하여 군집화 하는데 중요하게 작용을 하는 adhesion protein 임을 고려해 볼 때, 중증의 하기도 감염증에서 typeⅡ의 균주가 높게 분포하는 것은 상대적으로 typeⅡ의 균종이 다소 독성이 높은 것으로 추정할 수도 있다. 그러나 일부 연구보고에서는 M. pneumoniae 에 의한 호흡기감염증에서 genotype에 따른 분포편향은 없으며 단순히 감염시 호흡기내에 많이 분포하는 type에 따라 병증의 증세가 결정된다고 하고 있어[8] 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

질병관리본부 결핵호흡기세균과에서는 마이코플라스마균 국내 분리주에 대하여 균주유형분석, 항생제 감수성 검사, 항생제내성 관련 유전자에 대한 유전자 변이분석 등의 특성분석 연구를 수행 중에 있으며, 더불어 일선 의료기관에서 실험실적 진단검사가 필요할 경우 호흡기검체를 채취하여 PCR에 의한 유전자 검사와 배양검사를 의뢰할 경우 신속하게 그 결과를 확인 할 수 있습니다.

Ⅳ. 참고문헌

1. Waites, K.B. and Talkington, D.F. 2004. Mycoplasma pneumoniae and its role as a human pathogen. Clin. Microbiol. Rev. 17(4):697-728.
2. Othman, N, Isacs, D. and Kesson, A. 2005. Mycoplasma pneumoniae infections in Australian children. J. Pediatr. Chil, Healt. 41(12):671-676.
3. 질병관리본부. 2010. 2010년 국내 호흡기감염증 환자로부터 M. pneumoniae 감염증 발생현황. 주간건강과질병. 3(45).
4. 질병관리본부. 2011. 2011년 국내 마이코플라스마 호흡기 감염증 발생 특성. 주간건강과질병. 4(49).
5. Dorigo-Zetsma, J.W., Dankert, J. and Zaat, S.A.J. 2000. Genotyping of Mycoplasma pneumoniae clinical isolates reveals eghit P1 subtypes within two genomic groups. J. Clin. Microciol. 38(3):965-970.
6. Tsuyoshi K. and Tsuguo S. 2008. Genotyping analysis of Mycoplasma pneumoniae clinical strains in Japan between 1995 and 2005: type shift phenomenon of M. pneumoniae clinical strains. 57:469-475.
7. Degrange S, Cazanave C, Charron A, Renaudin H, Bebear C, et al. 2009. Development of multiple-locus variable-number tandem-repeat analysis for molecular typing of Mycoplasma pneumoniae. J. Clin. Microbiol. 47:914-923.
8. Nilsson AC et al. 2010. Clinical severity of Mycoplasma pneumoniae (MP) infection is associated with bacterial load in oropharyngeal secretions but not with MP genotype. BMC Infectious Diseases 10:39.