Abstract


Background: Recently, waterborne and foodborne disease outbreaks were increased by the changes of climate, living environment and bacterial pathogens. In Korea, the major pathogens of waterborne and foodborne disease outbreaks were norovirus and pathogenic Escherichia coli.
Methods: Various specimens were cultivated on different selective agar plates in order to isolate the causative bacteria of waterborne and foodborne disease. The toxin type and serotype of isolates were determined by PCR and agglutination with the available O antisera respectively. Pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) was performed in identifying the route of transmission and source of infection. As for virus, we extracted RNA from various specimens and detected the vp1 of norovirus through Real-time RT-PCR and performed sequencing analysis.
Results: In May 2013, foodborne disease outbreak by enteropathogenic E. coli O157:H45 has occurred. This strain has eaeA gene and the intimin type was γ. 10 strains isolated from specimens were identified to be the same pulsotype strains by PFGE analysis. In April, another outbreak occurred and it was caused by norovirus. 16 specimens were norovirus positive and it was identified GⅠ-4 type. We confirmed that all specimens contained the same genotype norovirus by sequencing analysis
Conclusions: This study highlights the need for ongoing monitoring and molecular epidemiological analysis for the control and prevention of waterborne and foodborne disease. In addition, personal hygiene education and the cooperation of related health organizations were required.


Ⅰ. 들어가는 말


  수인성․식품매개질환의 원인병원체는 노로바이러스, 로타바이러스와 같은 바이러스와 병원성대장균, 살모넬라, 장염비브리오, 세균성이질균, 캄필로박터, 클로스트리듐, 황색포도알균, 바실루스 세레우스 등과 같은 세균으로 구분된다. 이들 병원성 세균 및 바이러스에 감염되면 복통, 설사, 오심, 구토, 무력감 등의 증상을 보이며, 심할 경우 탈수에 의한 쇼크나 각종 합병증으로 인해 사망에 이르기도 한다[1].
미국과 호주, 일본의 경우에는 GII-4 유전형의 노로바이러스에 의한 집단발생이 가장 많이 보고된 바 있으며, 병원성대장균, 살모넬라, 클로스트리듐도 집단발생을 일으키는 주요 원인 병원체로 보고되고 있다[1].

최근 3년간 국내 수인성․식품매개질환 집단발생의 주요 원인 병원체는 노로바이러스와 병원성대장균이었으며, 특히 노로바이러스의 경우 대부분이 GⅡ-4형의 유전형에 의해 발생하는 것으로 확인되었다.
국내에서는 매년 200여건의 수인성․식품매개질환 집단발생이 보고되고 있지만, 2013년의 경우, 보고된 전체 261건의 집단발생에서 원인 병원체가 밝혀지지 않은 경우가 36%였고, 원인 식품이 정확하게 밝혀지지 않은 경우는 75.1%에 달했다[3]. 집단환자 발생 시 전국 보건소, 시․도 보건환경연구원, 식품의약품안전처 및 질병관리본부는 원인 병원체와 원인 식품을 신속하고 정확하게 찾아내어 집단발생 원인규명률을 향상시키고자 공동으로 노력하고 있다. 이를 위해서는 신속한 원인 병원체 검사와 함께 세균의 경우 균 분리․동정이 필요하며, 분자역학적 연관성 분석이 필수적이다. 원인 병원체 분리․동정은 PCR을 통한 분자유전학적인 방법과 API, VITEK Ⅱ와 같은 생화학적 방법이 이용된다. 원인병원체의 분리․동정이 완료되면 세균의 경우 특정 제한효소에 의해 잘려지는 유전자의 조각 패턴을 분석하는 Pulsed-Field Gel Electrophoresis(PFGE) 시험을 통해 균주간 유사도 분석을 실시하고 있으며, 필요할 경우 특정 연쇄염기서열반복(Variable Number Tandem Repeat, VNTR) 부분(locus)을 대상으로 PCR을 실시하여 증폭 산물의 크기를 비교․분석하는 Multiple-Locus Variable number tandem repeat Analysis(MLVA) 시험법을 추가로 사용하기도 한다. 바이러스의 경우에는 Real-time RT-PCR로 확인된 바이러스 유전자를 Nested RT-PCR로 증폭하여 염기서열 분석과 분석된 결과의 상동성 비교분석을 통해 대상 균주들 사이의 연관성을 확인한다.

이 글에서는 2013년 국내에서 발생된 설사환자 집단발생 사례 중 2건에 대한 병원체 확인 및 분자역학 분석을 실시한 결과를 기술하고자 한다.

Ⅱ. 몸 말


장병원성대장균(Enteropathogenic E. coli, EPEC)에 의한 집단발생
  2013년 5월 인천광역시 A고등학교에서 급식을 섭취한 1,350명 중 46명이 설사, 오심, 구토, 복통, 메스꺼움 등의 증상을 호소하여 환자 및 조리종사자 등 55건의 인체 검체와 보존식 28건, 조리기구 3건, 정수기 물 2건 등 총 33건의 환경 검체를 채취하였다. 검사는 수인성․식품매개질환 실험실 진단 실무 지침에 따라 다음과 같은 단계로 진행되었다[4]. 인체가검물을 증균배지(Tryptic Soy Agar, TSA)에 접종하여 18시간 이상 증균 배양한 후, 배양액으로부터 DNA를 추출하여 중합효소연쇄반응(Polymerase Chain Reaction, PCR)을 통해 병원성 세균의 특이 유전자가 존재하는지를 확인하였다. 병원성 세균의 특이 유전자가 확인된 증균 배양액을 선택배지에 도말하여 특이집락을 확인하였다. 선별된 특이 집락에 대해 중합효소연쇄반응을 실시하여 병원성 세균을 분리하였고, API, VITEK Ⅱ를 이용하여 생화학적 동정을 실시하였다. 병원성 장내세균으로 확인된 균주는 혈청형 분석 및 각종 병원성 유전자(LEE-related genes: eaeA, tir; non-LEE adhesion genes: espA, B, D; typeⅢ secretion genes: iha, saa, efa1, toxB.) 확인 등 추가 특성 분석을 실시하였고 PFGE 시험을 통해 균주간 유사도 분석을 실시하였다.

병원성 세균 분리 및 동정 결과, 학생 45건, 조리종사자 9건, 영양사 1건 등 총 55건의 인체 검체에서 eaeA 독소 유전자를 가진 장병원성대장균(EPEC) 11균주, aggR 독소 유전자를 가진 장흡착성대장균(EAEC) 1균주와 바실루스 세레우스 2균주가 분리되었고, 총 28건의 보존식 중 1건에서 eaeA 독소 유전자를 가진 장병원성대장균 1균주가 확인되었다. 인체 검체와 보존식에서 분리된 장병원성대장균 12주를 대상으로 혈청형 확인 시험과 분자유전학적인 균주 특성분석을 추가로 시행하였고, PFGE 시험을 통해 균주간 유사도를 확인하였다. 분리된 12주의 장병원성대장균 중, 보존식에서 분리된 1균주를 포함한 10균주가 장병원성대장균 O157:H45 균주로 확인되었고, intimin type은 γ타입으로 확인되었으며, 10균주 모두가 동일한 병원성 유전자들을 가지고 있었다(Table 1). PFGE 분석결과 이들 균주는 모두 100%의 유사도를 나타내어 동일한 균주임이 확인되었다(Figure 1). 나머지 2균주의 장병원성대장균은 O serotype Non-Typable(ONT)로 확인되었으며, PFGE 분석을 통한 유사도는 EPEC O157:H45 균주와 비교했을 때 낮은 것으로 확인되었다. 장흡착성대장균 1균주와 바실루스 세레우스 2균주는 보존식 및 환경검체에서 검출되지 않았으므로, 원인 병원체에서 제외하였다.

환자를 포함한 학생들과 조리종사자들이 모두 같은 음식을 섭취하였고, 그 중 일부에서 같은 종류의 병원성대장균이 확인되었으므로, 이 집단발생은 5월 29일 제공되었던 급식 중 일부에 오염되어 있던 장병원성대장균 O157:H45 균주에 의한 수인성․식품매개 질환 집단 발생으로 추정할 수 있었다.

노로바이러스(GⅠ-4 type)에 의한 집단 발생
  2013년 4월 전라북도 전주시의 B 고등학교에서 급식을 섭취한 1,120명 중 133명이 설사, 메스꺼움, 복통, 오한, 구토, 발열 등의 증상을 호소하여 환자 55건, 조리종사자 12건 등 인체 검체 67건, 급식소 보존식 등 환경 검체 40건, 식품제조업체 환경 검체 47건을 채취하여 검사하였다. 그 결과 환자 검체 18건과 조리종사자 6건, 그리고 환자가 섭취한 김치에서 노로바이러스가 확인되었으며, 이 결과를 바탕으로 식품제조업체에서 사용하고 있는 식품용수(지하수)를 추가로 조사한 결과 노로바이러스가 검출되었다(Table 2). 이에 따라 해당 집단발생은 노로바이러스에 오염된 지하수를 이용하여 제조된 배추김치에 의한 식중독으로 추정되었다.

인체 유래 검체 검사는 수인성․식품매개질환 실험실 진단 실무지침에 따라 다음과 같은 단계로 진행되었다[4]. 자동핵산추출장비를 이용하여 가검물에서 바이러스의 핵산을 추출하고, Real-time RT-PCR로 노로바이러스 유전자의 존재 유무를 확인, Nested RT-PCR 산물을 주형으로 염기서열을 분석하고 분석된 결과의 상동성을 비교하여 유전형을 결정하였다. 보존식 등 환경검체에 대한 검사는 식품의약품안전처가 진행하였으며, 국립보건연구원 수인성질환과에서는 인체 유래 검체에 대한 검사뿐만 아니라 환경검체의 염기서열을 제공받아 종합적으로 비교 분석을 실시하였다.
확인시험 결과, 인체 검체 55건 중 18건에서 노로바이러스가 확인되었으며, 그 중 14건이 GⅠ-4 유전형으로 결정되었고, 나머지는 untypable으로 확인되었다. 조리종사자의 경우, 6건의 노로바이러스가 검출되었는데, 모두 untypable로 확인되었고, 환경 가검물에서는 배추김치 1건과 지하수 1건에서 GⅠ-4 유전형의 노로바이러스가 확인되었다(Table 2). 원인 식품 및 감염 경로를 확인하기 위하여 환자에게서 확인된 GⅠ-4형 노로바이러스 14건과 환경 가검물에서 확인된 GⅠ-4형 노로바이러스 2건의 partial capsid region(312-314 bp)에 대한 유전자 상동성 분석을 수행한 결과, 환자와 원인식품으로 추정되었던 김치와의 염기서열 상동성은 98.7-100%이었으며, 환자와 지하수 역시 97.5-99.4%의 염기서열 상동성을 나타내었다(Figure 2). 이 결과를 토대로 이번 수인성․식품매개질환 집단발생 사례는 GⅠ-4형 노로바이러스에 오염된 지하수로 만든 배추김치가 학교에서 학생들에게 급식되는 과정에서 발생된 것으로 추정할 수 있었다.

Ⅲ. 맺는 말


  2013년 국내에서 발생한 수인성․식품매개질환 집단발생을 분석한 결과, 여름철에는 대장균, 살모넬라와 같은 세균에 의한 질환이, 겨울철에는 노로바이러스와 같은 바이러스에 의한 질환이 많은 것을 확인할 수 있었다[3]. 원인 병원체별로는 노로바이러스(16.1%)가 가장 높은 비율을 차지하였으며, 클로스트리듐 및 병원성대장균이 그 다음으로 높았다. 인구밀집도가 높고 유동인구가 많은 서울, 인천을 포함한 경기도 지역에서 2013년에 발생한 261건의 집단발생 중 98건이 수인성․식품매개질환에 의한 집단발생이었다. 그러나 전체 발생건수 중, 원인식품이 밝혀지지 않은 사례가 75.1%로 여전히 매우 높기 때문에, 이에 대한 보완이 필요하며, 수인성․식품매개질환 집단발생의 원인 규명을 위해 실험실에서 이뤄져야할 가장 중요한 업무는 원인 병원체의 신속한 확인과 정확한 분자역학적 연관성 분석이다. 따라서 환자 분리 원인병원체에 대한 실험을 주관하는 국립보건연구원과 식품분리 원인병원체 실험을 주관하는 식품의약품안전처, 그리고 일선 시․도 공중보건기관과의 긴밀한 협조가 필요하다. 본 글에서 소개된 집단환자 발생의 경우, 유관기관과의 실험실 검사 결과의 공유 및 종합, 분석을 통해 원인 병원체 및 원인 식품을 정확하게 규명할 수 있었다. 국내에서 발생하는 수인성․식품매개질환 집단발생의 건수는 일정하게 유지되고 있으나 건당 환자 수는 증가하는 추세이기 때문에 집단발생 초기에 발생 범위를 최소화할 수 있도록 유관기관의 공동 대응이 요망된다.

질병관리본부와 국립보건연구원에서는 국내 수인성․식품매개질환에 대한 발생정보를 충분히 제공하여, 개인 손 씻기와 유관기관들의 예방 활동을 독려는, 예방관리에 더욱 만전을 기하고자 하며, 특히 집단 설사환자 발생 시, 신속하고 정확한 실험실 검사를 실시하여 원인병원체 및 감염원을 규명함으로써, 전파 확산 방지에 보다 많은 노력을 기울일 것이다.

Ⅳ. 참고문헌


1. Scallan E, Hoekstra RM, Angulo FJ, Tauxe RV, Widdowson MA, Roy SL, Jones JL, Griffin PM.
2011. Foodborne illness acquired in the United States-major Pathogens. Emerg Infect Dis. 17(1):
7-15.
2. Ozawa K, Oka T, Takeda N, Hansman GS. 2007. Norovirus Infections in Symptomatic and Asymtomatic Food Handlers in Japan. J Clin Microbiol. 45(12): 3996-4005.
3. 2013년 감염병 역학조사 연보. ISSN 1976-1724.
4. 수인성․식품매개질환 실험실 진단 실무 지침. 2013. 11-1352159-000085-01.