이질균

3. 세균학적 특징

이질균은 장내세균과에 속하는 세균으로, 크기는 0.5×1-3μm 정도의 막대 모양이며, 편모가 없어 운동성이 없다.^[25]。 리신 탈탄산을 수행하지 않고, 대부분 락토스를 분해하지 않는다는 점에서 대장균, 살모넬라와 생화학적으로 감별된다.^[25]。 산에 대한 저항성이 비교적 높아^[25] 소량(10-100개 정도)의 균으로도 발병한다.^[25]。

DNA-DNA 분자 교잡법으로는 이질균속과 대장균속을 구별할 수 없으며, 유전자 기반 분류학상으로는 동종으로 취급된다.^[25]。 그러나 이질균은 대장균에 비해 심각한 질환의 원인이 되는 경우가 많아, 의학상 구별이 필요하여 다른 학명이 부여되어 별종으로 취급된다.^[26]。

이질균속은 생화학적 특징과 항원성의 차이로 A, B, C, D의 4개 아군(subgroup)으로 나뉘며, 각각 독립된 종으로 취급된다.^[25]

• A아군: ''S. dysenteriae'' (시가 이질균)
• B아군: ''S. flexneri'' (플렉스너 이질균)
• C아군: ''S. boydii'' (보이드 이질균)
• D아군: ''S. sonnei'' (손네 이질균)

4. 병원성

이질균은 세포 내 기생체(intracellular pathogen)로, 숙주의 세포 내외에서 모두 증식할 수 있다.^[27] 이질균의 병원성 기전은 다음과 같다.

=== 장관 상피세포 침입 ===

이질균은 소장 상피세포를 통해 숙주에게 침입한다.^[17] 이질균은 파이어판에 근접하는 M 세포를 통해 장 점막에 침입하여 대식세포에 포식된 후, Ipa-B에 의한 caspase-1 활성화를 통해 아폽토시스를 유도하여 탈출한다.^[27] 이후 장관의 기저막 측에 도달하여 장관 상피 세포 기저막 측에 존재하는 인테그린 α₅β₁과 결합하여 세포 표면에 부착한다.^[27]

상피 세포에 부착한 이질균은 III형 분비 장치(type III secretion system)를 숙주의 세포에 찔러 넣어, 플라스미드에 암호화된 Ipa라고 불리는 이펙터 분자(effector molecule)를 세포 내부에 직접 주입한다.^[27] 이펙터 분자는 세포 골격 액틴을 재구성하여 위족(pseudopod) 형성을 유도하며, 이는 상피세포의 엔도사이토시스(endocytosis)를 촉진하는 트리거 기작으로 작용한다.^[27]

이질균은 엔도솜(endosome)에서 탈출하여 세포질로 이동하고, icsB라고 불리는 균체 표면 단백질을 통해 오토파지(autophagy)를 억제하여 세포 내 증식을 한다.^[27]

=== 세포 내 이동 및 확산 ===

이질균은 IcsA(VirG) 단백질을 통해 액틴 섬유를 중합하여 세포질 내에서 이동한다.^[27] IcsA는 이질균 균체의 한쪽 끝에 위치하며 액틴을 재구성하고 중합시키는 작용을 한다.^[27] 이 단백질의 작용으로 IcsA가 있는 쪽에서는 액틴 섬유가 중합되어 쌓이고, 이를 발판 삼아 추진력을 얻어 이질균은 세포질 내를 이동한다.^[27] 이때, 이질균이 이동한 자리에 액틴 섬유가 남아 혜성의 꼬리나 로켓처럼 보이는데, 이를 코메트 테일, 액틴 로켓이라고도 부른다.^[27] 이질균은 마치 생화학적 주사기라 할 수 있는 제3형 분비체계를 통해 Ipa 단백질을 세포에 주입하여 침입을 개시하고 공포막(空胞幕)을 용해한다음, IcsA가 촉발하는 액틴 중합화를 이용해 운동성을 얻는다.^[32] 이러한 세포질 내 이동은, 이질균 외에도 리스테리아나 리케차 등의 세균에서 볼 수 있다.^[27]

이질균은 액틴 로켓을 뻗어 감염된 세포에서 인접한 세포로 관입하여 세포 간 확산을 일으킨다.^[27] IcsA 이펙터 단백질(자기 수송체, 3형 분비 시스템 이펙터 아님)은 N-WASP가 Arp2/3 복합체를 모집하여 액틴 재구성을 유발하여 세포 간 확산을 촉진한다.^[18]

=== 독소 생성 ===

이질균은 이질을 일으키는데 맹장, 직장의 장점막 상피세포를 파괴한다. 몇몇 균주는 내독소와 시가 독소(Stx)를 생산하는데 마치 대장균 O157:H7의 베로 독소와 유사하다.^[32] 시가 독소와 베로 독소 모두 용혈성 요독 증후군(HUS)을 일으키는 것과 관련되어 있다.^[32] ''S. flexneri'' 균주는 설사에 기여할 수 있는 ShET1 및 ShET2를 생성한다.^[12]

시가 독소(志賀毒素)는 A아군에 속하는 이질균의 일부(''S. dysenteriae'' 1)가 생성하여 균체 밖으로 분비하는 독소 단백질(외독소)이며, 장출혈성 대장균이 만드는 두 종류의 베로독소 중 베로독소 1과 동일하다(베로독소 2와도 유사성이 높다)^[28]。이질균의 시가 독소는 플라스미드상의 유전자에 코드되어 있기 때문에 베로독소와 시가 독소는 장출혈성 대장균과 이질균 사이에서 플라스미드를 통해 전달되었을 가능성이 높다고 생각된다^[28]。

시가 독소는 독소로서의 활성을 갖는 A 서브 유닛(Active 서브 유닛) 1개와 세포와의 결합 활성을 갖는 B 서브 유닛(Binding 서브 유닛) 5개로 구성된 A1B5형이라 불리는 독소 단백질이다^[28]。이질균에서 분비된 시가 독소는 5개의 B 서브 유닛에 의해 숙주 세포의 세포막에 있는 강글리오사이드 중 하나인 Gb3에 결합하여 엔도사이토시스에 의해 세포 내로 들어간 후, A 서브 유닛만 세포질로 들어간다^[28]。A 서브 유닛은 진핵 세포의 리보솜에 포함된 28S 리보솜 RNA 중 4324번째 아데노신에 작용하여 그 당쇄를 절단하여 아데닌을 잘라내는 활성(N-글리코시다아제 활성)을 갖는다^[28]。28S 리보솜 RNA의 이 영역은 리보솜에 중요한 영역이며, 이 1염기 변화로 새로운 아미노아실 tRNA가 리보솜에 결합할 수 없게 된다^[28]。이 때문에 단백질의 신장이 불가능해져 단백질 합성이 저해되고, 최종적으로 세포 손상이 일어난다^[28]。

시가 독소를 생성하는 이질균에서는 일반적인 이질 증상(출혈성 설사) 외에 소아에게서 장출혈성 대장균에서도 나타나는 용혈성 요독 증후군(HUS)이 발생하는 것으로 알려져 있다^[28]。

4. 1. 장관 상피세포 침입

4. 2. 세포 내 이동 및 확산

4. 3. 독소 생성

5. 임상 증상

이질균 감염의 가장 흔한 증상은 설사, 발열, 욕지기, 구토, 위경련, 장운동 시 힘쓰기 등이다.^[33] 대변에는 혈액, 점액, 혹은 고름 등이 섞여 나올 수 있다(예: 이질).^[33] 드물게 소아에서 간질 발작을 일으킨 사례가 보고되었다.^[33]

증상은 섭취 후 2일에서 4일 사이에 나타나는 것이 일반적이나, 최대 1주일까지 걸릴 수 있다.^[33] 증상은 보통 며칠간 지속되지만, 수 주간 지속되는 경우도 있다.^[33]

이질균은 맹장, 직장의 장점막 상피세포를 파괴하여 이질을 일으킨다.^[32] 일부 균주는 O157균(대장균 O157:H7)의 베로 독소와 유사한 시가 톡신을 생산하며, 시가 톡신과 베로 독소는 모두 용혈성 요독 증후군을 유발할 수 있다.^[32] 이질균은 반응성 관절염을 일으키는 원인균 중 하나로 추정된다.^[33]

심한 이질은 암피실린, 트리메토프림/설파메톡사졸, 퀴놀론(시프로플록사신 등)계 항생제로 치료할 수 있다.

6. 진단 및 치료

이질균 감염은 대변 배양 검사를 통해 진단한다. 치료에는 암피실린, 트리메토프림/설파메톡사졸, 퀴놀론(예: 시프로플록사신)계 항생제가 사용될 수 있다.^[33] 그러나 다제내성균(multidrug-resistant bacteria)이 증가하고 있어, 항생제 선택에 주의해야 한다. 심한 경우 수액 보충 등 대증 치료가 필요할 수 있다.

7. 역학 및 예방

8. 역사

''이질균''(Shigella) 속은 이질의 원인을 연구한 일본의 의사 시가 기요시의 이름을 따서 명명되었다.^[22] 시가는 1892년 도쿄 제국대학 의학부에 입학하여 기타사토 시바사부로의 강의를 들었다.^[22] 기타사토의 지성과 자신감에 깊은 인상을 받은 시가는 졸업 후 감염병연구소에서 연구 조교로 일하게 되었다.^[22] 1897년, 시가는 일본인들이 ''세키리''(이질)라고 부르는 발병에 집중했는데, 19세기 후반 일본에 매우 해로운 영향을 미치던 유행병이었다.^[22] 1897년 ''세키리'' 유행병은 91,000명 이상에게 영향을 미쳤으며 사망률은 20% 이상이었다.^[22] 시가는 32명의 이질 환자를 연구했으며, 코흐의 가설을 사용하여 질병을 일으키는 박테리아를 성공적으로 분리하고 확인했다.^[22]

9. 관련 질병

참조

_[1] 논문 Bacillus dysentericus (sic) 1897 was the first taxonomic rather than Bacillus dysenteriae 1898
_[2] 서적 Sherris medical microbiology: an introduction to infectious diseases McGraw-Hill Professional Med/Tech
_[3] 서적 Water recreation and disease. Plausibility of associated infections: Acute effects, sequelae and mortality https://www.who.int/[...] WHO
_[4] 웹사이트 Shigellosis http://www.eazwv.org[...] European Association of Zoo and Wildlife Veterinarians
_[5] 서적 Medical Microbiology Mosby
_[6] 서적 The Yellow Book: Health Information for International Travel CDC 2016-06-22
_[7] 논문 Status of vaccine research and development for Shigella 2016
_[8] 논문 Burden and aetiology of diarrhoeal disease in infants and young children in developing countries (the Global Enteric Multicenter Study, GEMS): a prospective, case-control study http://www.thelancet[...] 2013
_[9] 논문 Detection of provisional serovars of ''Shigella dysenteriae'' and designation as ''S. dysenteriae'' serotypes 14 and 15
_[10] 논문 O-Antigen Modifications Providing Antigenic Diversity of Shigella flexneri and Underlying Genetic Mechanisms
_[11] 논문 A new serotype of Shigella boydii
_[12] 서적 Medical microbiology University of Texas Medical Branch
_[13] 서적 State of the art of new vaccine research and development World Health Organization
_[14] 논문 Genome dynamics and diversity of ''Shigella'' species, the etiologic agents of bacillary dysentery
_[15] 논문 The evolution of the Escherichia coli phylogeny https://www.scienced[...] 2012-03-01
_[16] 서적 Review of Medical Microbiology and Immunology McGraw-Hill Medical Publishing Division
_[17] 논문 Shigella flexneri Enters Human Colonic Caco-2 Epithelial Cells through the Basolateral Pole 1992-01
_[18] 논문 N-WASP deficiency reveals distinct pathways for cell surface projections and microbial actin-based motility 2001-10
_[19] 웹사이트 ''Shigella'' and Shigellosis http://textbookofbac[...]
_[20] 논문 Molecular basis of the intracellular spreading of ''Shigella''
_[21] 논문 Arthritis associated with enteric infection
_[22] 논문 Dr. Kiyoshi Shiga: Discoverer of the Dysentery Bacillus 1999-11-01
_[23] 문서 吉田2007;1、N.A. Strockbine and A.T. Maurelli2005、荒川2004、IDWR、山口2008
_[24] 문서 竹田2008
_[25] 문서 吉田2007;1、N.A. Strockbine and A.T. Maurelli2005、荒川2004、IDWR、松下2008、竹田2008
_[26] 문서 吉田2007;2
_[27] 문서 吉田2007;1、N.A. Strockbine and A.T. Maurelli2005、荒川2004、IDWR、松下2008、竹田2008、芦田2009、小川2009
_[28] 문서 吉田2007;1、竹田2008
_[29] 서적 Sherris Medical Microbiology McGraw Hill
_[30] 서적 'Shigella': Structure, Classification, and Antigenic Types. in: Baron's Medical Microbiology (Baron S et al, eds.) http://www.ncbi.nlm.[...] Univ of Texas Medical Branch
_[31] 웹사이트 Shigellosis http://www.who.int/v[...]
_[32] 서적 Shigella. in: Baron's Medical Microbiology (Baron S et al, eds.) http://www.ncbi.nlm.[...] Univ of Texas Medical Branch
_[33] 논문 Arthritis associated with enteric infection