Clostridium difficile #

개요 #

C. difficile (Clostridum difficile)은 gram-positive 포자 형(spore forming) 혐기성 (anaerobic) 박테리아의 한 종이다. 2005년 처음 유전체가 해독되었고 하나의 염색체를 가지며 서열 크기는 약 4.3Mb이다.

이 박테리아는 토양 등의 자연환경에서 흔하게 발견되는 종으로 소, 돼지 등의 가축이나 사람의 장 내에서 흔하게 발견되는 균이다. 건강한 성인의 장에서는 크게 문제가 되지 않는 종이지만, 항생제 복용 등에 의한 장내 균총이 변화되는 과정에서 집락화가 이루어 지면서 문제가 된다. AAD (Antibiotic associated diarrhea) 증상의 20~30%를 차지하는 원인균으로 집락화 되면서 enterotoxin A와 Cytoxin B라는 독소를 생성해낸다. 이 독소들은 숙주 세포의 세포 뼈대 (cytoskeleton)의 신호 전달을 방해하는 역할을 하며 이로 인한 염증이나 점막 손상 등을 일으킨다. 이 박테리아에 의한 감염증은 높은 재발률과 합병증 등으로 미국, 캐나다, 유럽 등지에서 문제가 되어 왔으며 최근 국내에서도 쟁점이 되고 있다.

Clostridium difficile infection (CDI) #

증상 #

CDI는 C. difficile에 의해 감염되는 되는 질환으로 항생제 치료 중이나 치료 후 발생한다. 치료 후 4~6주 후 발병하는 예도 있다고 한다. 증상은 가벼운 증세의 설사나 혈성-점액성의 설사, 발열, 복통, 매스꺼움 등이 있다. 치료되었다고 하더라도 재발률이 매우 높으며 심한 경우 합병증을 유발하기도 한다. 합병증으로는 위 막역 대장염, 독성 거대 결장염, 대장 천공, 패혈증 등이 있다. 다양한 항생제에 내성이 있으며 한 연구에 따르면 여러 항생제를 투약하는 경우 CDI 발생이 증가한다고 한다. 특히 Clidamycin, ampicillin, cephalosporin 등에 의한 발생률이 높다고 한다. 또한, 나이가 많을수록 높은 발병률을 보인다.

원인 #

주로 감염된 사람의 변에서 발견되는 박테리아 포자에 의해 전염된다. 이 포자는 체외에서도 수 주간에 이르는 장기간 생존이 가능하다. C. difficile 포자와 접촉한 뒤 씻지 않고 직접 접촉한 경우 전염이 되는 것으로 알려졌다. 단, 공기에 의한 전염은 없는 것으로 알려졌다.

진단 방법 #

CDI 진단은 환자로부터 24시간 이내 3회 이상 분변을 채취하여 독소를 생성하는 C. difficile 종의 여부를 판별한다. 진단 방법은 다음과 같다.

1. 세포독성검사법 - 세포 배양 후 B 독소에 의한 세포 병변 효과를 확인하는 방법
2. 배양 방법 - C. difficile 종만 배양 가능한 선택배지에 분변을 접종하여 집락을 관찰하고 집락화 후 집락의 독소 생성 여부를 확인하는 방법
3. 효소면역측정법 - A독소와 B 독소에 대한 검사를 모두 수행 가능한 방법
4. 분자생물학적 방법 - PCR을 통해 A 독소와 B 독소 유전자를 검출하는 방법

항생제 내성 기작 #

항생제사용은 C. difficile 감염의 위험 요소 중 하나로 여겨지고 있다. C. difficile 은 aminoglycoside, lincomucin, tetracycline, erythromucin, clindamucin, penicillin, cephalosporin, fluoroquinolone 등 다양한 class의 항생제에 대하여 내성이 있는 것으로 알려졌다. 이는 이 종이 가진 다양한 mobile elements 가 군집 내 수평적 유전자 이동 등에 의한 것으로 추정되고 있다. 또한, 지난 15년간 세계 각국의 연구들에 의하면 Moxifloxacin, clindamycin 등의 항생제에 대한 내성이 증가하는 경향을 보이는 것으로 보고되고 있다. 또한, 최근에는 CDI 치료에 사용되는 Metronidazole 과 vancomycin 등에 대한 내성을 가지는 경우도 보고되고 있다.

1. Macrolide-Lincosamide-Streptogramin B (MLSB) 내성 기작
   MLSB 계열의 항생제는 단백질 합성을 저해하는 방법으로 박테리아의 증식을 억제하는 항생제계열이다. Tn5398, Tn5398 like, Tn6194, Tn6215 등의 mobile genetic element에 등의 transposon에 의해 항생제 내성 기작을 획득한다. Efflux pump에 연관 있는 erythromycin ribosimal methylases(ermB)에 의해 항생제 내성을 가지게 된다. 이외에 Tn916 like transposon 은 Chloroamphnicol-florfenicol(cfr) 유전자가 23s rRNA를 변형시킴으로써 MLSB계열 항생제에 내성을 가지게 한다. 이 유전자는 linezolid, lincosamide, oxazolidinone, pleuromutilin 등의 항생제에 내성을 가지게 하는 역할을 하기도 한다.

2. Cephalosporin 내성 기작
   Cephalosporin은 세포벽 합성을 방해함으로써 박테리아 증식을 억제하는 항생제이다. 대부분의 균주가 이 계열의 항생제 내성이 있음에도 불구하고 정확한 내성 기작은 밝혀져 있지 않다. beta-lactam 항생제 내성과 관련된 것으로 알려진 beta-lactamase와 penicillin-binding protein(PBP) 유전자의 변이 등이 발견되고 있으나 정확한 기작을 밝히기 위해서는 더 많은 연구가 필요할 것으로 보인다.

3. Fluoroquinolone (FQ) 계열 항생제 내성 기작
   FQ 계열의 항생제는 DNA 합성을 방해하는 방법으로 박테리아 증식을 억제하는 항생제이다. Quinolone-resistance determining region(QRDR; GyrA & GyrB)라는 영역의 변이 때문에 이 계열의 항생제에 내성을 지니게 된다. 연구들에 따르면 FQ 계열에 내성을 지니는 대부분의 C. difficile 균주에서 GyrA 유전자에서 Thr82Ile의 변이를 보이며 몇몇 균주에서는 GyrA와 GyrB 유전자 모두에서 변이가 발견되기도 한다.

4. Tetracycline (Tet) 내성 기작
   Tetracycline은 박테리아의 단백질 합성을 방해함으로써 박테리아 증식을 억제하는 항생제이다. Tetracycline도 Tn5397, Tn916, Tn916-family, Tn6164 등의 transposon을 통해 tet(M), tet(44), tet(W) 등의 tetracycline 내성과 관련된 유전자들을 획득한다. 이 유전자들은 efflux pump와 관련된 것으로 알려졌다.

5. Chloramphenicol 내성 기작
   Chloramphenicol은 박테리아의 23s rRNA와 50s ribosomal unit에 결합하여 peptide bond 형성을 방해하여 박테리아의 단백질 합성을 저해한다. Tn4453a와 Tn4454b의 transposon에 의해 항생제 내성 기능을 획득한다. Tn4453a 와Tn4453b에 의해 chloramphenicol acetyltransferase 가 chloramphenicol에 binding하여 chloramphenicol이 23s rRNA와 50s ribosomal unit과 결합하는 것으로 방해한다.

6. Vancomycin 내성 기작
   Vancomycin은 박테리아의 세포벽 합성을 저해한다. CDI 치료제로 사용되는 vancomycin에 대한 내성을 가진 C. difficile는 흔하게 발견되는 사례는 아니다. C. difficile의 Tn1594-like transposon에서는 Enterococci 등의 Tn1594 transposon과는 다르게 vancomycin 내성에 관련된 유전자들이 기능하지 않는 것으로 보인다. 다만, peptidoglycan 합성에 관여하는 MurG 유전자의 변이(Pro108leu) 에 의해 vancomycin에 대한 내성을 가지는 것으로 추정된다. Biofilm 또한 vancomycin 내성에 영향을 비칠 수 있다는 연구결과도 발표되고 있다.

7. Rifamycin 내성 기작
   Rifamycin은 박테리아의 RNA polymerase에 binding하여 transcription을 저해한다. RpoB 유전자의 변이 (위치는 다르지만, RT027 균주의 Arg505Lys 변이가 일반적임)에 의해 Rifamycin 내성을 가진다.

치료방법 #

증세가 가벼운 경우 별도의 치료를 진행하지 않는다. 물을 충분히 섭취하는 등 일반적으로 사용되는 설사 치료방법을 사용한다. 중증이나 전격성의 경우 항생제를 처방한다. 사용되는 항생제는 Metronidazole, Vancomycin이며, 대체로 vancomycin 쪽의 치료율이 높다. 다만, 재발률이 20~30% 정도로 이를 위한 치료 방법이 꾸준히 연구되고 있다. 보조적인 방법으로 건강한 사람의 장내 미생물을 이용한 프로바이오틱스를 이용한 치료법이 사용되고 있으며 이에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있으나 의학적 효과에 대해서는 논란의 여지가 있다.

참고문헌 #

1. Clostridium_difficile
2. Clostridium_difficile_infiection
3. C. difficile 감염: 진단과 치료의 최신 지견. 김지은
4. Recent advances in the understanding of antibiotic resistance in Clostridium difficile infection. Patrizia Spigaglia
5. 김상우. 난치성 또는 재발성 Clostridium difficile 감염의 치료
6. EONE laboratories News letter Vol.01303
7. 김영아 등 2017. Clostridium difficile 감염의 진단을 위한 글루탐산탈수소효소 효소면역분석법의 유효성에 대한 체계적인 문헌 고찰
8. Zhong Peng et al. 2017. Update on antimicrobial resistance in Clostridium difficile: Resisance mechanisms and antimicrobial susceptibility testing. Journal of Clinical Microbiology