Abstract

BACKGROUND: Rotavirus (RV) caused severe gastroenteritis and resulted to 352,000–592,000 deaths in children under five years old in the year 2000. The Global Rotavirus Laboratory Network (GRLN) is a fundamental component of the World Health Organization (WHO) RV surveillance system designed to conduct high quality diagnostic testing for RV diarrhea and to characterize the most prevalent strain or genotype in different countries and regions. The Centers for Disease Control and Prevention (CDC) was designated as the WHO RV regional reference laboratory in the Western Pacific Region (WPR) in 2010. In this report, we analyzed diagnostic testing to characterize the genotypes of RV and provide quality control validation of test results from three national laboratories in the WPR.
METHODOLOGY/RESULT: From 2009, we analyzed 4,836 samples from three rotavirus national reference laboratories, i.e., Cambodia, Mongolia and Laos. Rotavirus VP4 and VP7 genotypes were characterized by semi-nested RT-PCR, first RT-PCR, and second multiplex PCR. Common human strains, P[8]G1, P[4]G2, P[8]G3 and P[8]G9, were the most prevalent in the countries mentioned. In Cambodia, the most prevalent strain was P[8]G1, P[4]G2, and P[8]G2. In Mongolia, P[8]G3 strain was the most prevalent. While, P[8]G3, P[8]G1 and P[4]G2 had a high incident rate in Laos.
CONCLUSION: Continued rotavirus surveillance provides data for establishment of policies to rotavirus prevention and development or introduction of vaccination program.


들어가는 말

로타바이러스는 전세계적으로 중증의 급성 위장관염을 일으킬 수 있는 가장 흔한 원인병원체로서 감염력이 강하며 영유아에서 주로 발병한다. 최근 보고에 의하면 2013년에 전 세계적으로 5세 미만의 영유아에서 설사증으로 인한 사망사례는 578,000건으로 추산되며 이중 로타바이러스에 의한 사례는 215,000건으로 37.3%를 차지하는 것으로 나타났다[1]. 미국의 2009년 연구결과에서는 설사 혹은 구토증상으로 내원한 36개월 미만의 영유아 중 약 10.1%가 로타바이러스 감염증이었고 이와 관련하여 연간 10억 달러 가량의 의료비용이 지출되었다[2].
로타바이러스는 레오바이러스과에 속하는 이중가닥 RNA 바이러스로, 유전자는 11개의 분절로 이루어져있다. 이중 6개의 유전자가 바이러스의 외피를 구성하는 구조단백질(VP1-4, VP6-7)을 발현하고, 5개의 유전자는 비구조단백질(NSP1-5/6)을 발현한다. 로타바이러스는 2종류의 외피단백질의 유전자 염기서열에 따라 혈청형/유전자형이 분류된다. 당단백질(glycoprotein)을 발현하는 VP7은 G 유전자형을, 단백분해효소(protease) 감수성이 있는 VP4는 P 유전자형을 결정한다. 이 두 개의 단백질은 다양한 에피토프(항원결정부위)를 포함하고 있어서 중화항체 형성에 매우 중요한 역할을 하며, 백신 개발의 일차적인 목표가 되기도 한다[3]. 현재까지 알려진 바로는 27개의 G 유전자형과 37개의 P 유전자형이 있으며 73개의 P&G 유전자형 조합이 있다[4]. 2009-2012년에 세계적으로 유행한 유전자형은 P[8]G1, P[4]G2, P[8]G3, P[8]G4, P[8]G9의 비율이 가장 높으며(80-90%) 최근에는 P[8]G12의 비율이 증가하는 추세이다[5].
질병관리본부 국립보건연구원은 2010년 4월부터 세계보건기구 로타바이러스 지역표준실험실로 지정되어 서태평양 지역 3개 국가의 로타바이러스 진단능력 평가 및 유전자형 분석 업무를 수행하고 있다. 본 원고에서는 2010년부터 현재까지 서태평양지역 로타바이러스 지역표준실험실 업무수행을 통해 분석한 서태평양 지역 3개국(캄보디아, 몽골, 라오스)의 로타바이러스 유전자형 분포 양상을 기술하고자 한다.


몸말

세계보건기구는 로타바이러스 감시망을 통하여 각 국가별 로타바이러스 발생 현황을 집계하고 주요 유행 유전자형을 파악하고 있다. 2016년 1월 기준, 로타바이러스 감시망에는 37개의 국가실험실(National Laboratory, NL)과 우리나라가 속해있는 9개의 지역표준실험실(Regional Reference Laboratory, RRL)이 있으며, 미국 CDC는 감시망 전체를 관리하는 국제표준실험실(Global Reference Laboratory, GRL)의 역할을 담당하고 있다[6]. 질병관리본부 국립보건연구원은 서태평양지역을 관할하는 지역표준실험실로써 캄보디아, 몽골, 라오스 3개국의 로타바이러스 국가실험실의 진단 수준 향상을 지원하고 있다.
캄보디아, 몽골, 라오스의 로타바이러스 국가실험실은 설사환자로부터 채취한 검체를 대상으로 로타바이러스 항원 검출시험(ELISA)를 수행하고 6개월 단위로 양성 검체와 음성 검체를 우리나라로 송부하고 있다. 각국에서 송부한 검체 중 음성 검체는 로타바이러스 항원 검출시험을 진행하여 각 국가의 검사결과와 비교한 후 진단 정확도를 검증하고, 양성 검체는 multiplex RT-PCR를 통해 유전자형을 분석한다. 검체에서 바이러스 RNA를 추출하고 로타바이러스 특이 유전자를 증폭시키는 RT-PCR과 다중 PCR을 순차적으로 수행하여 G 유전자형인 VP7 유전자와 P 유전자형인 VP4 유전자를 검출한다. multiplex PCR의 프라이머에 포함되지 않은 유전자형에 대해서는 1차 RT-PCR 산물의 유전자염기서열 분석을 통해 유전자형을 결정한다.
2009년부터 2015년까지 3개국에서 보내온 로타바이러스 관련 검체는 총 4,836개이고, 이중 몽골에서 1,872개, 캄보디아와 라오스에서 각각 1,743개와 1,221개의 검체를 송부하였다(Table 1). 각 국가실험실의 로타바이러스 검출 정확도를 평가하기 위하여 음성검체에 대해 로타바이러스 항원 검출을 위한 ELISA를 한 결과, 3개 실험실의 검출 정확도는 음성검체에서 92.4%, 양성검체에서 99.0%로 나타났다(Figure 1, Table 1).
로타바이러스 양성 검체(n=3,322)에 대하여 P형과 G형 유전자를 검사하였다. 세계적으로 유행하는 유전자형 다섯 종류 중 P[8]G1, P[4]G2, P[8]G3, P[8]G9의 비율이 전체 양성 검체 중 81.8%를 차지하였다. 국가별 주요 유전자형 5종의 검출 비율은 캄보디아 82.1% (n=3322), 몽골 72.3% (n=882), 라오스 97.7% (n=675) 이었다 (Figure 2). P[8]G4의 경우 전체 검체 중 캄보디아에서 한 건이 검출되었다.

각 국가별 유행주를 살펴보면(Figure 4, Table 2), 캄보디아에서는 P[8]G1 (52.1%, n=735)이 가장 많은 비율을 차지하고 있으며 P[4]G2, P[8]G3, P[8]G9의 순으로 검출되었다. 그 밖에 유전자 조합에서 검출 비율이 높은 것으로는 P[8]G8 (9.0%, n=127), P[6]G12 (2.6%, n=37)이 확인되었다. 2013년과 2014년 상반기에 P[4]G2의 비율이 일시적으로 급증하였고, 최근에는 P[8]G8의 비율이 증가하였다. 특별한 것으로 최근에 보고된 G26 유전자형의 조합이 검출되었다.
몽골에서 가장 많이 검출된 유전자형은 P[8]G3 (53.7%, n=655) 이고, 다른 국가와는 달리 P[6]G9 (16.1%, n=196)의 검출비율이 높게 나타났다. 2011년부터 2013년 상반기까지는 P[8]G3과 P[6]G9이 주로 검출되었다. 각 반기별로 P[8]G3의 비율이 늘어나면 P[6]G9의 비율이 줄어들고, P[6]G9의 비율이 늘어나면 P[8]G3의 비율이 줄어드는 양상을 반복했지만, 2013년 하반기부터는 P[8]G3의 검출비율이 증가 추세에 있다.
라오스에서는 P[8]G3 (31.8%, n=220), P[8]G1 (31.1%, n=215), P[4]G2 (27.4%, n=189)가 주요 유행주이었다. 2010년에는 P[8]G1이 주로 검출되었으나 점차 감소하고 P[8]G3의 비율이 증가하였다. 2013년 상반기에는 로타바이러스 양성 검체 중 대부분의 유전자형이 P[8]G1 (72.5%, n=189) 이었으나, 이후에는 P[4]G2가 주로 검출되었다(Table 2).


맺는 말

세계보건기구에서는 각 실험실의 로타바이러스 검출 정확도를 80% 이상 수준으로 요구하고 있다. 2009년부터 2015년까지 각국의 로타바이러스 양성 검체에 대한 검출 정확도는 98.5% 이상의 수준을 유지하고 있으며, 음성 검체에 대한 검출 정확도는 89.8% 이상으로 해당 기간 동안 꾸준히 높아지고 있다.
서태평양 지역 3개국에서 유행하는 유전자형은 일반적으로 사람에서 유행하는 유전자형 조합과 유사하지만, 국가별로 유행하는 유전자형은 다르게 나타났다. 캄보디아는 P[8]G1, 몽골에서는 P[8]G3, 라오스에서는 P[8]G1, P[4]G2, P[8]G3가 주요 유행주이었다. 3개국 중 지리적으로 인접한 캄보디아와 라오스의 전체 집계에서 유행주가 서로 다르게 나타났지만 기간별 자료를 검토하면 캄보디아에서 P[4]G2 유전형이 일시적으로 증가한 2013년 하반기와 2014년 상반기에 라오스에서도 동일한 유전자형의 검출이 급증한 것을 확인할 수 있었다. 반면에 유라시아 내륙에 위치한 몽골에서는 같은 기간에 P[8]G3이 주로 검출되어 앞의 2개국 과는 주요 유전자형이 달랐다.
로타바이러스 감시망을 통해 축적된 자료는 각국의 주요 유행주, 백신 도입국가에서의 로타바이러스 발생 양상 변화, 백신 도입에 따른 효과 등을 분석 하는데 유용할 것으로 기대되며, 이를 바탕으로 로타바이러스 예방 정책 수립과 궁극적으로 로타바이러스 설사증으로 인한 사망사례를 줄이는데 기여할 수 있으리라 본다.


참고문헌

1. Tate JE, Burton AH, Boschi-Pinto C, Parashar UD; World Health Organization–Coordinated Global Rotavirus Surveillance Network. Global, Regional, and National Estimates of Rotavirus Mortality in Children <5 Years of Age, 2000-2013. Clin Infect Dis. 62(Suppl 2)S96-S105, 2016.
2. Payne DC, Staat MA, Edwards KM, Szilagyi PG, Weinberg GA, Hall CB, Chappell J, Curns AT, Wikswo M, Tate JE, Lopman BA, Parashar UD; New Vaccine Surveillance Network (NVSN). Direct and indirect effects of rotavirus vaccination upon childhood hospitalizations in 3 US Counties, 2006-2009. Clin Infect Dis. 53(3):245-53, 2011.
3. Estes MK. Rotaviruses and their replication. In: Fields BN, Knipe DM, Howley PM, Chanock RM, Melnick JL, Monath TP, Roizman B, Straus SE(Eds.). Fields Virology, 2, 3rd ed. Lippincott-Raven Publishers, Philadelphia, PA. pp. 1625–1655, 1996.
4. Matthijnssens J, Ciarlet M, McDonald SM, Attoui H, Bányai K, Brister JR, Buesa J, Esona MD, Estes MK, Gentsch JR, Iturriza-Gómara M, Johne R, Kirkwood CD, Martella V, Mertens PP, Nakagomi O, Parreño V, Rahman M, Ruggeri FM, Saif LJ, Santos N, Steyer A, Taniguchi K, Patton JT, Desselberger U, Van Ranst M. Uniformity of rotavirus strain nomenclature proposed by the Rotavirus Classification Working Group (RCWG). Arch Virol. 156(8):1397-413, 2011.
5. WHO Global rotavirus surveillance network – a strategic review of the first 5 years (2008–2012). Wkly Epidemiol Rec. 89(30):340-4, 2014
6. World Health Organization. Rotavirus laboratory network. Available from: http://www.who.int/immunization/ monitoring_surveillance/burden/laboratory/Rotavirus/en/.Accessed May. 20, 2016.