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황색포도상구균

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목차

1. 개요

황색포도상구균(Staphylococcus aureus)은 조건 혐기성, 그람 양성 구균으로, 1880년 알렉산더 오그스턴에 의해 고름에서 발견되어 상처 감염의 원인으로 밝혀졌다. 페니실린이 치료제로 사용되었으나, 1940년대 말부터 페니실린 내성 균주가 등장하여 문제가 되었다. 황색포도상구균은 10가지 주요 인간 혈통으로 분류되며, 다양한 유전자 이동 요소를 통해 진화한다. 이 세균은 정상세균총으로 존재하지만, 피부 감염, 식중독, 뼈 및 관절 감염, 균혈증 등 다양한 질병을 유발할 수 있다. 감염은 고름과의 접촉, 오염된 물건과의 접촉을 통해 전파되며, 항생제 내성으로 치료가 어려워지는 경우가 많다. 진단은 그람 염색, 배양, 생화학적 검사 등을 통해 이루어지며, 최근에는 신속 진단 및 유형 분류 기술이 발전하고 있다. 현재까지 승인된 백신은 없으며, 대체 치료법 개발 연구가 진행 중이다.

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황색포도상구균 - [생물]에 관한 문서
기본 정보
"S. aureus"의 주사 전자 현미경 사진; 가짜 색상 추가됨
학명Staphylococcus aureus
명명자Rosenbach 1884
동의어Staph aureus
S. aureus
분류세균
필미쿠테스문
바실루스강
바실루스목
포도상구균과
포도상구균속
의학 정보
전문 분야감염병
유형메티실린 감수성 Staphylococcus aureus
메티실린 내성 Staphylococcus aureus
원인Staphylococcus aureus 박테리아
감별 진단다른 세균성, 바이러스성 및 곰팡이 감염
예방손 씻기, 표면 청소
약물 치료항생제
빈도인구의 20%에서 30%가 종종 증상 없이 보유
생물학적 특징
산소 반응호기성 및 혐기성 조건 모두에서 생존 가능
서식지인간의 비강, 피부, 질 등
관련 질병피부 감염, 패혈증, 폐렴, 식중독, 심내막염, 골수염, 독성 쇼크 증후군 등
상호 작용칸디다 알비칸스와 같은 곰팡이와 함께 감염을 유발할 수 있음
연구산소 반응과 관련된 유전자 연구 및 백신 개발 연구 진행 중
참고 문헌
참고 자료MedlinePlus의 포도상구균 감염
옥스포드 사전의 staphylococcus 정의
옥스포드 사전의 aureus 정의
NIH의 동물 연구에서 광범위하게 보호하는 실험적인 포도상구균 백신

2. 역사

1881년 스코틀랜드의 외과 의사 알렉산더 오그스턴 경은 수술 중 고름에서 포도상구균이 상처 감염을 일으킬 수 있음을 처음 발견했다. 이후 현미경으로 형태를 확인하여 포도알과 비슷하게 생겼다 하여 ''Staphylococcus''(''Staphylo-''는 포도알을 의미)라고 명명하였다. 이후 독일의 과학자 프리드리히 율리우스 로젠바흐는 백색포도상구균(`S. albus`, 현재 학명은 `S. epidermidis`)으로부터 황색포도상구균을 동정하였다. 1930년대 초, 의사들은 응고효소 검사를 통해 황색포도상구균을 더 효율적으로 검출하는 방법을 고안해냈다. 1940년대 이전까지만 해도 특별한 치료법이 없어 황색포도상구균 감염에 의한 사망률이 매우 높았는데, 이후 의사들은 페니실린이 효과를 보인다는 사실을 발견하고 치료제로 사용하였다. 그러나 1940년대 말에 페니실린에 저항성을 가진 균주가 등장함에 따라 현재에도 이 균주에 의한 집단 발병이 꾸준히 발생하고 있다.[159]

2. 1. 발견

1881년 스코틀랜드의 외과 의사 알렉산더 오그스턴 경은 수술 중 고름을 채취하여 검사한 결과, 포도상구균이 상처 감염을 일으킬 수 있음을 처음으로 발견했다. 이후 현미경을 통해 형태를 확인한 결과 포도알과 비슷하게 생겼다 하여 ''Staphylococcus''(''Staphylo-''는 포도알을 의미)라고 명명하였다. 이후 독일의 과학자 프리드리히 율리우스 로젠바흐는 백색포도상구균(`S. albus`, 현재 학명은 `S. epidermidis`)으로부터 황색포도상구균을 동정하였다. 1930년대 초, 의사들은 응고효소 검사를 통해 황색포도상구균을 더 효율적으로 검출하는 방법을 고안해냈다. 1940년대 이전까지만 해도 특별한 치료법이 없어 황색포도상구균 감염에 의한 사망률이 매우 높았는데, 이후 의사들은 페니실린이 효과를 보인다는 사실을 발견하고 치료제로 사용하였다. 그러나 1940년대 말에 페니실린에 저항성을 가진 균주가 등장함에 따라 현재에도 이 균주에 의한 집단 발병이 꾸준히 발생하고 있다.[159]

2. 2. 진화

1881년 스코틀랜드의 외과의사 알렉산더 오그스턴 경은 수술 중 고름에서 포도상구균이 상처 감염을 일으킬 수 있음을 처음 발견했다. 이후 현미경으로 형태를 확인하여 포도알과 비슷하게 생겼다 하여 ''Staphylococcus''(''Staphylo-'' : 포도알)이라 명명하였다. 이후 독일의 과학자 프리드리히 율리우스 로젠바흐가 백색포도상구균(''S. albus'', 현재 학명은 ''S. epidermidis'')으로부터 황색포도상구균을 동정하였다. 1930년대 초, 의사들은 응고효소 검사를 통해 황색포도상구균을 더 효율적으로 검출하는 방법을 고안했다. 1940년대 이전에는 특별한 치료법이 없어 황색포도상구균 감염에 의한 사망률이 매우 높았으나, 이후 의사들은 페니실린이 효과가 있다는 사실을 발견하고 치료제로 사용하였다. 그러나 1940년대 말에 페니실린에 저항성을 가진 균주가 등장하여 현재에도 이 균주에 의한 집단발병이 꾸준히 발생하고 있다.[159]

황색포도상구균은 10가지의 주요 인간 혈통으로 분류될 수 있다.[10] 수많은 소규모 혈통도 있지만, 이들은 인구집단에서 자주 발견되지 않는다. 같은 혈통 내 세균의 게놈은 대부분 보존되어 있지만, 유전자 이동 요소를 제외하고는 그렇다. 황색포도상구균에서 흔한 유전자 이동 요소에는 박테리오파지, 병원성 섬(pathogenicity island), 플라스미드, 전위인자, 그리고 포도상구균 카세트 염색체가 포함된다. 이러한 요소들은 황색포도상구균이 지속적으로 진화하고 새로운 형질을 얻을 수 있게 했다. 황색포도상구균 종 내에는 상당한 유전적 변이가 존재한다. Fitzgerald 등(2001)의 연구에 따르면 황색포도상구균 게놈의 약 22%는 비암호화 서열이며, 따라서 세균마다 다를 수 있다. 이러한 차이의 예는 종의 병독성에서 볼 수 있다. 황색포도상구균 균주 중 인간 감염과 관련된 것은 소수에 불과하다. 이는 이 종 내에 감염력의 범위가 매우 넓다는 것을 보여준다.[11]

이 종 내의 이질성이 큰 한 가지 가능한 이유는 이질적 감염에 대한 의존성 때문일 수 있다는 주장이 제기되었다. 이는 여러 종류의 황색포도상구균이 숙주 내에서 감염을 일으키는 경우 발생한다. 서로 다른 균주는 서로 다른 효소를 분비하거나 그룹에 다른 항생제 내성을 가져올 수 있어 병원성을 증가시킨다.[12] 따라서 많은 돌연변이와 유전자 이동 요소의 획득이 필요하다.

황색포도상구균 종 내에서 주목할 만한 또 다른 진화 과정은 인간 숙주와의 공진화이다. 시간이 지남에 따라 이러한 기생 관계는 세균이 증상이나 감염을 일으키지 않고 인간의 비인두에 서식할 수 있는 능력으로 이어졌다. 이를 통해 인구 전체에 전파될 수 있고, 종으로서의 적합성을 높인다.[13] 그러나 인구의 약 50%만이 황색포도상구균 보균자이며, 20%는 지속적 보균자이고 30%는 간헐적 보균자이다. 이는 과학자들로 하여금 황색포도상구균이 인간에게 무증상으로 보균되는지 여부를 결정하는 많은 요인이 있으며, 여기에는 개인 특이적 요인도 포함된다고 믿게 한다. Hofman 등(1995)의 연구에 따르면 이러한 요인에는 나이, 성별, 당뇨병, 그리고 흡연이 포함될 수 있다. 또한 황색포도상구균의 집락 형성 능력을 증가시키는 인간의 유전적 변이를 밝혀냈는데, 특히 글루코코르티코이드 수용체 유전자의 다형성으로 인해 더 많은 코르티코스테로이드가 생성된다. 결론적으로, 이 세균의 어떤 균주든 인간 요인에 크게 의존하기 때문에 침입성이 될 수 있다는 증거가 있다.[14]

황색포도상구균은 빠른 번식률과 미세 진화율을 가지고 있지만, 종 내 진화를 막는 여러 장벽이 존재한다. 그러한 장벽 중 하나는 세균 내 전반적인 부속 유전자 조절인자(AGR)이다. 이러한 조절인자는 세균의 병독성 수준과 관련이 있다. 이 유전자 내 기능 상실 돌연변이는 이를 포함하는 세균의 적합성을 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 따라서 황색포도상구균은 종으로서의 성공을 높이기 위해 병독성 감소와 항생제 내성 증가 사이에서 절충해야 한다. 진화의 또 다른 장벽은 Sau1 I형 제한-변형(RM) 시스템이다. 이 시스템은 외래 DNA를 분해하여 세균을 보호한다. 같은 혈통 사이의 DNA 교환은 동일한 효소를 가지고 있고 RM 시스템이 새로운 DNA를 외래 DNA로 인식하지 않기 때문에 차단되지 않지만, 다른 혈통 사이의 전달은 차단된다.[12]

3. 미생물학

포도상구균과 연쇄상구균은 이름과 의학적 증상이 유사하지만 다른 속이다. 황색포도상구균은 조건혐기성 미생물, 그람 양성균, 구균으로 분류되며 운동성이 없고 내생포자를 만들지 않는다.[160] 서적에서는 ''S. aureus'', ''Staph aureus'', ''Staph a.'' 등으로 줄여 부르기도 한다.[161]

현미경으로 보면 포도송이처럼 여러 개체가 모여 있으며, 혈액 한천 배지에서 자랄 때 크고 둥근 황색 콜로니를 형성하고 때때로 용혈 현상을 보인다.[162] 분열법을 통해 무성으로 생식하며, 분열 마지막 단계에서 자가분해효소를 분비해 두 딸세포가 분리되는데, 이 효소가 충분히 분비되지 못하면 포도송이처럼 뭉쳐 자란다.[163]

카탈레이스를 합성하여 과산화 수소를 물과 산소로 분리한다. 장내구균, 연쇄상구균에서 황색포도상구균을 구분하기 위해 카탈레이스 합성 여부를 검사하기도 한다. 과거에는 응고효소 분비 여부로 연쇄상구균과 구분했으나, 모든 황색포도상구균주가 응고효소를 분비하는 것이 아니고,[162][164] 정확한 구분이 이루어지지 않으면 치료가 제대로 되지 않을 수 있어 현재는 지양된다.[165]

형질전환을 통해 다른 박테리아와 상동 재조합을 하여 유전적 다양성을 갖추기도 한다. 자연에서는 형질전환이 활발하지만, 실험실에서는 잘 이루어지지 않는다.[166] 자연적인 형질 전환이 잘 일어나는 환경이 있을 것으로 추정되지만, 아직 발견되지 않았다.[167]

황색포도상구균의 주요 특징

4. 병리학

황색포도상구균(''S. aureus'')은 인구의 약 30%에서 정상세균총으로 작용하여 무증상 감염으로 세균 집락을 형성하지만, 때때로 질병을 유발할 수 있다.[26] 특히 황색포도상구균은 균혈증과 감염성 심내막염의 주요 원인 중 하나이며, 피부나 점막 장벽이 손상되었을 때 다양한 피부 감염과 연조직 감염을 일으킬 수 있다.[26]

골수염 뼈의 3D 의료 애니메이션 스틸 샷
골수염 뼈의 3D 의료 애니메이션 스틸 샷


황색포도상구균 감염은 감염된 상처의 고름과의 접촉, 감염된 사람과의 피부 접촉, 그리고 감염된 사람이 사용한 수건, 시트, 의류 또는 운동 장비와 같은 물건과의 접촉을 통해 전파될 수 있다. 관절 치환술은 패혈성 관절염, 포도알균 심내막염(심장 판막 감염) 및 폐렴의 위험을 증가시킨다.[27]

황색포도상구균은 의료용 임플란트의 만성 생체막 감염의 중요한 원인이며, 독소의 억제인자는 감염 경로의 일부이다.[28] 수년 동안 신체에 잠복해 있다가 발견되지 않을 수 있으며, 증상이 나타나기 시작하면 2주 동안 전염성을 가지며, 질병은 몇 주 동안 지속된다. 치료하지 않으면 질병이 치명적일 수 있다.[29]

황색포도상구균에 의한 질병은 크게 감염병원성과 독소병원성으로 나뉜다.

  • 감염병원성: 포도상구균이 체내에서 감염, 증식하여 발생하며, 각종 화농성 질환, 폐렴, 급성 심내막염, 균혈증이 포함된다.
  • 독소병원성: 황색포도상구균이 생성하는 독소에 의한 증상이며, 식중독, 독소성쇼크증후군(TSS), 화상양 피부증후군이 해당된다.

4. 1. 피부 감염

주사전자현미경이 수많은 메티실린 내성 황색포도상구균 군집을 보여주고 있다.


피부 감염은 황색포도상구균 감염의 가장 흔한 형태이다. 작은 양성 종기, 모낭염, 농가진, 봉소염, 그리고 더 심각한 침습성 연조직 감염 등 다양한 방식으로 나타날 수 있다.[6][26]

황색포도상구균(Staphylococcus aureus)은 아토피성 피부염(AD), 즉 일반적으로 습진으로 알려진 질환을 가진 사람들에게서 매우 흔하게 발견된다.[30] 주로 겨드랑이, 털, 두피 등의 부위에서 발견된다. 이러한 부위에 나타나는 큰 여드름은 찢어지면 감염을 악화시킬 수 있다. 황색포도상구균의 정착은 아토피성 피부염의 염증을 유발한다.[31][30] 황색포도상구균은 아토피성 피부염 환자의 피부 장벽 결함을 이용하여 사이토카인 발현을 촉진하고 증상을 악화시키는 것으로 여겨진다.[32] 이는 표피 박탈성 피부 증후군을 유발할 수 있으며, 심한 경우 신생아에서 관찰될 수 있다.[33]

황색포도상구균 감염은 대부분 피부 및 그 바로 아래 조직에 국한된 부위에서 발생한다. 모공이나 상처를 통해 감염이 발생하면 전염성농가진(임페티고), 종기(봉와직염), 옹(카르부нку르), 봉소염 등 피부 국한성 화농성 질환의 원인이 된다.

피부 감염증 중 가장 표면 가까이에서 발생하는 것이 전염성농가진(Impetigo)이다. 피부 표면에 끈적끈적한 노란색 고름딱지(딱지)를 동반한 궤양이 나타난다. 궤양은 통증과 가려움을 동반하기 때문에, 특히 소아의 경우 이 궤양을 긁어버린다. 궤양을 긁은 손톱으로 다른 건강한 피부 부위를 긁음으로써, 그 건강한 피부 부위에 새로운 궤양을 형성한다.

모공으로부터 감염되어 모낭 및 그 주위의 진피·피하조직 일부에 염증을 일으키는 것이 종기(Furuncle)이다. 종기가 여러 모공에 걸쳐서 유합된 것을 옹종(Carbuncle)이라고 부른다. 특히 얼굴에 생긴 종기나 옹종은 면정이라고 불리며, 방치하면 수막염을 일으킬 위험이 있으므로 확실한 치료가 필요하다.

표피 내부에 감염을 일으키는 것이 봉와직염(봉소염)이다. 정상적인 세포 구조를 세균 및 염증 세포가 파괴하여 「벌집」 모양의 병리 조직을 형성하는 것이 이 이름의 유래이다. 봉와직염의 국소는 발적·종창하고 열감과 동통을 수반한다. 경계는 다소 불명확한 경우가 많다(A군 β용혈성 연쇄구균에 의해 발생하는 단독에서는 경계가 명확하다).

농가진은 국소를 소독하고 긁지 않도록 주의하기만 해도 낫는 경우가 있다. 다른 피부 감염증에는 항균제 투여가 필요하다. 페니실린계의 클록사실린(MCIPC), 설박탐/암피실린 합제(SBT/ABPC), 제1세대 세펨계인 세파졸린(CEZ) 등이 일반적으로 사용된다. 정상적인 면역력을 가진 환자에서는 MRSA에 의한 피부 감염의 빈도가 낮아 치료 초기에 항MRSA제를 사용하지 않는다.

4. 2. 식중독

황색포도상구균은 음식물 속에서 독소를 생성하여 사람이 섭취함으로써 식중독을 일으킨다.[37] 잠복기는 30분에서 8시간이며,[38] 증상은 30분에서 3일간 지속된다.[39] 질병 확산을 예방하기 위해 음식을 준비하기 전에 비누와 물로 손을 철저히 씻고, 아픈 경우 음식을 만들지 않으며, 손이나 손목에 상처가 있는 경우 장갑을 착용해야 한다. 미국 질병통제예방센터는 음식을 2시간 이상 보관하는 경우 4.4°C 이하 또는 60°C 이상으로 유지할 것을 권장한다.[40]

황색포도상구균에 의한 식중독은 식품 내에서 증식하여 황색포도상구균 엔테로톡신(독소)을 생성하기 때문에 발생한다. 이 독소는 내열성이어서 식품을 가열하여 황색포도상구균 자체는 사멸하더라도 독소는 그대로 남아 있다.[157] 이를 섭취하면 심한 구토를 동반하는 식중독(독소형 식중독)을 일으킨다. 살모넬라나 병원성 대장균의 경우 살아있는 세균이 장내에 감염됨으로써 감염형 식중독을 일으키는 것과 달리, 황색포도상구균에 의한 식중독은 감염병이 아니고 독버섯을 먹는 경우와 가깝다.

황색포도상구균에 의한 식중독은 잠복기가 짧아 오염된 식품을 먹은 후 2~3시간(엔테로톡신 농도가 높으면 수십 분) 후에 발병하고, 신속하게 종식된다. 증상이 심한 경우에는 쇼크 상태에 빠질 수도 있으므로 건강에 이상을 느끼면 의료기관을 방문하는 것이 좋다. 주로 메스꺼움과 구토가 나타나고, 경우에 따라 복통, 설사, 점액혈변을 동반하기도 한다. 발열은 적다. 황색포도상구균에 의한 식중독은 증상이 구토에 집중되는 것이 특징이며, 항균제 투여는 불필요하고 수액으로 수분, 당, 전해질을 보충하여 증상 호전을 기다린다.

4. 3. 뼈 및 관절 감염

황색포도상구균(''Staphylococcus aureus'')은 골수염, 화농성 관절염, 그리고 인공관절 수술 후 감염을 포함한 주요 골관절 감염의 흔한 원인이다.[42][26][41] 인공관절을 이식한 이후 이 세균으로 인해 화농성 관절염, 포도상구균성 심장내막염, 폐렴 등이 발생할 수 있다.[169] 이식물 등 보철물에 생물막을 만드는 가장 큰 원인이 되며, 억제자 등 독소를 통해 감염증세를 일으킨다.[170]

인공판막, 인공관절, 중심정맥카테터 등 체내에 이물질이 존재하는 환자의 경우, 혈류를 통해 침입한 황색포도상구균이 이러한 이물질에 부착하여 감염증을 일으킬 수 있다. 또한, 이물질이 없더라도 골수염이나 관절염 등의 특수한 병소 감염증을 일으키는 경우가 있다. 황색포도상구균에 의한 이러한 병소 감염증에서는 항균제 투여만으로는 부족한 경우가 많으며, 병소에 대한 외과적 처치가 필요하다(인공판막 교체, 카테터 제거, 관절강의 절개 배농 등).

4. 4. 균혈증



황색포도상구균은 균혈증과 감염성심내막염을 일으키는 가장 큰 원인 중 하나이다.[168] 피부나 점막에 틈이 생겼을 때 비집고 들어와 피부 및 유조직을 감염시키기도 한다.[168] 감염된 사람에게서 상처에서 흘러나온 고름과 접촉하거나, 수건, 침대 커버, 의류, 운동기구 등 물체를 통해 간접 접촉하여 감염될 수 있다. 인공관절을 이식한 이후 이 세균으로 인해 화농성 관절염, 포도상구균성 심장내막염, 폐렴 등이 발생할 수 있다.[169]

황색포도상구균은 산업화된 세계의 많은 지역에서 혈류 감염의 주요 원인이다.[42] 수술, 부상 또는 카테터, 혈액투석 기계, 주사 바늘과 같은 혈관 내 기구 사용으로 인해 피부 또는 점막에 손상이 생기면 감염될 수 있다.[26][42] 세균이 혈류에 들어가면 다양한 장기를 감염시켜 감염성 심내막염, 패혈성 관절염 및 골수염을 유발할 수 있다.[42] 이 질환은 특히 매우 어린 영아와 노인에게서 흔하고 심각하다.[26]

항생제 치료 없이 황색포도상구균 균혈증의 사망률은 약 80%이다.[26] 항생제 치료를 받더라도 환자의 연령과 건강 상태, 황색포도상구균 균주의 항생제 내성에 따라 사망률은 15%에서 50%까지 다양하다.[26]

황색포도상구균에 의한 질병은 감염병원성과 독소병원성으로 크게 나뉘며, 각종 화농성 질환, 폐렴, 급성 심내막염, 균혈증이 감염병원성에 포함된다. 세균 증식이 더 진행되면 스타필로키나제와 여러 가지 프로테아제의 작용에 의해 병소 주변 조직을 파괴하면서 주위로 침윤하고, 때로는 혈류를 타고 균혈증이나 패혈증을 일으킬 수 있다.

4. 5. 의료기기 관련 감염



메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)은 인공관절 이식 후 화농성 관절염, 포도상구균성 심장내막염, 폐렴 등을 일으킬 수 있다.[169] 이식물 등 보철물에 생물막을 만드는 가장 큰 원인이며, 억제자 등 독소를 통해 감염 증세를 일으킨다.[170]

황색포도상구균 생물막은 정형외과 이식 관련 감염의 주요 원인이지만, 심장 이식, 혈관 바이패스 이식편, 다양한 카테터 및 미용 수술 이식편에서도 발견된다.[44][45] 이식 후, 이러한 기기의 표면은 숙주 단백질로 코팅되어 박테리아 부착 및 생물막 형성에 유리한 표면을 제공한다. 일단 기기가 감염되면 황색포도상구균 생물막은 항생제 치료로 파괴될 수 없으므로 완전히 제거해야 한다.[45]

현재 황색포도상구균 생물막 매개 감염에 대한 치료법은 감염된 기기를 외과적으로 제거한 다음 항생제 치료를 하는 것이다. 기존의 항생제 치료만으로는 이러한 감염을 근절하는 데 효과적이지 않다.[44] 수술 후 항생제 치료의 대안으로 의료기기와 함께 이식되는 항생제가 포함된 용해성 황산칼슘 구슬을 사용하는 방법이 있다. 이러한 구슬은 원하는 부위에 고농도의 항생제를 방출하여 초기 감염을 예방할 수 있다.[45]

인공판막, 인공관절, 중심정맥카테터 등 체내 이물질이 존재하는 환자의 경우, 혈류를 통해 침입한 황색포도상구균이 이러한 이물질에 부착하여 감염증을 일으킬 수 있다. 이물질이 없더라도 골수염이나 관절염 등의 특수한 병소 감염증을 일으키는 경우도 있다. 황색포도상구균에 의한 이러한 병소 감염증에서는 항균제 투여만으로는 부족한 경우가 많으며, 병소에 대한 외과적 처치(인공판막 교체, 카테터 제거, 관절강의 절개 배농 등)가 필요하다.

4. 6. 동물 감염

황색포도상구균은 개,[48] 고양이,[49] 말[50]에서 생존할 수 있으며, 닭의 발가락 피부염을 유발할 수 있다.[51] 일부에서는 의료 종사자의 개가 항생제 내성 황색포도상구균의 주요 원인으로 간주되어야 한다고 생각한다.[48] 2008년 Boost, O'Donoghue, James의 연구에 따르면, 애완견에 정착한 황색포도상구균의 약 90%가 적어도 하나 이상의 항생제에 내성을 보이는 것으로 나타났다. 개와 사람 간 전파의 가장 중요한 부위는 코 부위로 밝혀졌다.[52]

황색포도상구균은 유제품 생산용 젖소의 유방염을 유발하는 원인균 중 하나이다. 황색포도상구균의 큰 다당류 캡슐은 젖소의 면역 방어 체계에 의한 인식을 방지한다.[53]

5. 병원성 인자

황색포도상구균의 병원인자


황색포도상구균의 병원성에 관여하는 인자는 다음과 같다.

  • 세포에 국재하는 병원인자
  • * 프로테인 A: 항체(면역글로불린)의 Fc 영역에 결합하여 항체의 생물학적 활성을 억제함으로써 세균이 면역계에 의해 제거되는 것을 방지한다.
  • * 피브로넥틴 결합인자: 피브로넥틴과 결합하여 체내 정착을 돕는다(정착인자).
  • * 테이코산: 숙주 세포와의 결합을 증가시킨다(정착인자).
  • 외독소(세포 외부로 방출되는 독소)
  • * 엔테로톡신군: 식중독의 원인이 되며, 설사와 복통을 유발한다. 구토 중추에도 작용하여 구토를 일으키기도 하는 슈퍼항원이다.
  • * TSST-1(독소성 쇼크 증후군 독소-1): 독소성 쇼크 증후군의 원인 독소로, 강력한 슈퍼항원 활성을 통해 발열, 오심, 쇼크 증상을 일으킨다. 흡수성이 높은 생리대나 비강용 탐폰 사용 시 생성이 증가한다.
  • * 표피박탈독소: 슈퍼항원의 일종이다.
  • * 용혈소(헤모리진): 적혈구를 파괴하는 용혈 활성을 가진 독소군[156]으로, 특히 α독소가 중요하다. 면역세포를 파괴하여 세균 제거를 방해하고, 조직 파괴를 통해 병소에서 주변 조직으로 침입할 때 작용한다.
  • * 류코시딘: 백혈구를 죽이는 독소[156]로, 면역세포 파괴를 통해 세균 제거에 대항한다.
  • 효소 (병원성에 관여하는 효소군)
  • * 응고효소, 클럼핑 인자: 혈장을 응고시켜 피브린 형성을 일으켜 세균 증식 장소인 응집괴를 만들고, 백혈구나 혈장 내 항체에 의한 제거를 방지한다.
  • * 스타필로키나제: 석출된 피브린을 용해시켜 세균이 응집괴에서 증식 후 주변으로 감염을 확대할 때 작용한다.
  • * 프로테아제, DNase, 리파제: 단백질, 핵산, 지질을 분해하여 주변 조직을 파괴하고 감염 확산에 관여한다.

5. 1. 세포에 존재하는 병원성 인자


  • 프로테인 A: 황색포도상구균 대부분이 가지고 있는 세포벽 단백질로, 항체(면역글로불린)의 Fc 영역에 결합한다. 이를 통해 항체의 생물학적 활성을 억제하여 세균이 면역계에 의해 제거되는 것을 막는다.
  • 피브로넥틴 결합인자: 세포벽에 존재하는 단백질로, 피브로넥틴과 결합하여 체내 정착을 돕는다(정착인자).
  • 테이코산: 세포벽에 존재하며 숙주 세포와의 결합을 증가시킨다(정착인자).

5. 2. 효소

황색포도상구균은 카탈레이스를 합성하여 과산화 수소를 물과 산소로 분리한다. 장내구균, 연쇄상구균과의 구분을 위해 카탈레이스 합성 여부를 검사하기도 한다.[162] 과거에는 응고효소 분비 여부로 구분했으나, 모든 황색포도상구균주가 응고효소를 분비하는 것은 아니며[164] 구분 오류 시 치료에 문제가 생길 수 있어 현재는 지양된다.[165]

황색포도상구균은 다음과 같은 다양한 효소를 생성한다.[54]

효소설명
응고효소(coagulase)피브리노겐을 피브린으로 전환시켜 혈전을 형성한다.[54]
히알루로니다제(hyaluronidase)히알루론산을 분해하여 확산을 돕는다.
데옥시리보뉴클레아제(deoxyribonuclease)DNA를 분해하여 황색포도상구균을 호중구 세포외덫(neutrophil extracellular trap, NET)으로부터 보호한다.[55][56]
리파제(lipase)지질을 소화한다.
스타필로키나제(staphylokinase)피브린을 용해하고 확산을 돕는다.[57]
베타락타마제(beta-lactamase)약물 내성을 위한 효소이다.[57]



병원성에 관여하는 효소는 다음과 같다.

효소설명
응고효소, 클럼핑 인자혈장을 응고시켜 피브린 형성을 일으킨다. 세균 증식 장소가 되는 응집괴를 만들고, 백혈구나 혈장 내 항체에 의한 제거를 방지한다.
스타필로키나제석출된 피브린을 용해시킨다. 세균이 응집괴에서 증식 후, 응집괴를 분해하여 주변으로 감염을 확대할 때 작용한다.
프로테아제, DNase, 리파제단백질, 핵산, 지질을 분해하여 주변 조직을 분해하고 감염 확대에 관여한다.


5. 3. 외독소

황색포도상구균은 여러 종류의 외독소를 분비할 수 있으며, 이는 세 가지 그룹으로 분류할 수 있다. 이러한 독소의 대부분은 특정 질병과 관련이 있다.[58]

; 슈퍼항원

항원인 슈퍼항원은 독성쇼크증후군(TSS)을 유발할 수 있다. 이 그룹에는 현재까지 확인된 25가지의 포도상구균 장독소(SEs)가 있으며, 알파벳 순서로 명명되었다(SEA - SEZ).[59] 여기에는 B형 장독소와 탐폰 사용과 관련된 TSS를 유발하는 독성쇼크증후군 독소 TSST-1이 포함된다. 독성쇼크증후군은 발열, 홍반 발진, 저혈압, 쇼크(순환기계), 다기관부전증후군, 그리고 탈피 등으로 특징지어진다. TSST-1에 대한 항체 부족은 TSS 발병에 일부 관여한다. 다른 황색포도상구균 균주는 장독소를 생성할 수 있으며, 이는 일종의 장염의 원인 물질이다. 이러한 형태의 장염은 자연 치유되며, 독소 섭취 후 1~6시간 이내에 구토와 설사가 나타나고 8~24시간 이내에 회복되는 것이 특징이다. 증상으로는 메스꺼움, 구토, 설사, 심한 복통이 있다.[60][61]

; 표피박탈독소

표피박탈독소는 표피박탈성 피부증후군(SSSS) 질환과 관련된 외독소이며, 주로 유아와 어린아이에게서 가장 흔하게 발생한다. 또한 병원 신생아실에서 유행성으로 발생할 수도 있다. 표피박탈독소의 단백질분해효소 활성은 SSSS에서 관찰되는 피부 박리의 원인이 된다.[61]

; 기타 독소

세포막에 작용하는 포도상구균 독소에는 알파독소, 베타독소, 델타독소 및 여러 이성분 독소가 포함된다. 황색포도상구균 균주는 파지(예: 프로파지 Φ-PVL)를 숙주할 수 있으며, 이는 판톤-밸런타인 백혈구독소(PVL)를 생성하여 독성을 증가시킨다. 이성분 독소인 PVL은 어린이의 심각한 괴사성 폐렴과 관련이 있다.[62][63]

5. 4. Type VII 분비 시스템

분비 시스템은 세포 외피에 삽입되어 세포 내부에서 세포 외 공간 또는 표적 숙주 세포질로 효과 단백질을 이동시키는 기능을 하는 고도로 특수화된 다중 단백질 단위체이다. T7SS의 정확한 구조와 기능은 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 현재 네 가지 단백질이 황색포도상구균(''Staphylococcus aureus'') 7종 분비 시스템의 구성 요소로 알려져 있다. EssC는 큰 막관통 ATPase이며, 이는 분비 시스템을 구동하는 역할을 할 가능성이 가장 높으며, 이는 이동 채널의 일부를 형성하는 것으로 가정되었다. 다른 단백질은 EsaA, EssB, EssA이며, 이들은 단백질 분비를 매개하기 위해 EssC와 함께 기능하는 막 단백질이다. 기질이 세포 표면에 도달하는 정확한 메커니즘은 알려져 있지 않으며, 세 가지 막 단백질이 서로와 EssC와 상호 작용하는 방식 또한 알려져 있지 않다.[64]

'''T7 의존성 효과 단백질'''

EsaD는 황색포도상구균에 의해 분비되는 DNA 핵산분해효소 독소이며, ''in vitro''에서 경쟁 황색포도상구균 균주의 성장을 억제하는 것으로 나타났다.[65] EsaD는 샤페론 EsaE와 함께 분비되며, 이는 EsaD 구조를 안정화시키고 EsaD를 분비를 위해 EssC로 가져온다.[65][64] EsaD를 생성하는 균주는 EsaD의 독성으로부터 생성 균주를 보호하는 세포질 항독소인 EsaG도 함께 생성한다.[65]

TspA는 종내 경쟁을 매개하는 또 다른 독소이다. 이것은 C-말단 도메인에 의해 촉진되는 막 탈분극 활성을 갖는 정균성 독소이다. Tsai는 TspA 생성 균주뿐만 아니라 공격받는 균주에도 내성을 부여하는 막관통 단백질이다. TspA의 C-말단 도메인에는 유전적 변이가 있으므로, 균주는 경쟁력을 높이기 위해 다른 TspA 변이체를 생성하는 것으로 보인다.[66]

종내 경쟁에서 역할을 하는 독소는 비강인두와 폐와 같은 다미생물 군집에서 경쟁력이 낮은 균주를 제압하여 성공적인 정착을 촉진함으로써 이점을 제공한다.[66]

병원성에서 역할을 하는 T7 효과 단백질도 있다. 예를 들어, 황색포도상구균의 돌연변이 연구에 따르면 EsxB와 EsxC는 생쥐 농양 모델에서 지속적인 감염에 기여하는 것으로 제안되었다.[67]

EsxX는 호중구 용해와 관련되어 있으므로, 숙주 면역 체계 회피에 기여하는 것으로 제안되었다. 황색포도상구균에서 ''essX''를 삭제하면 호중구에 대한 저항성이 현저히 감소하고 생쥐 피부 및 혈액 감염 모델에서 독성이 감소했다.[68]

전반적으로 T7SS와 알려진 분비 효과 단백질은 경쟁 황색포도상구균 종에 대한 적합성을 향상시키고 선천적 면역 체계를 회피하고 지속적인 감염을 최적화함으로써 독성을 증가시키는 병원성 전략이다.

5. 5. Small RNA

황색포도상구균(''S. aureus'')의 병독성 조절에 관여하는 small RNA 목록이 증가하고 있다. 이는 이러한 small RNA의 수치 증가 시 생물막 형성 증가와 같은 요인에 의해 촉진될 수 있다.[69] 예를 들어, RNAIII,[70] SprD,[71] SprC,[72][73] RsaE,[74] SprA1,[75] SSR42,[76] ArtR,[77] SprX, 및 Teg49 등이 있다.[69]

5. 6. DNA 복구

숙주의 호중구는 활성산소종 생성을 통해 ''황색포도상구균''에서 DNA 이중 가닥 절단을 유발한다.[78] 숙주 감염이 성공하려면 ''황색포도상구균''은 숙주의 방어 기전에 의해 발생하는 이러한 손상에서 살아남아야 한다. ''황색포도상구균''에 의해 암호화된 RexAB라는 두 개의 단백질 복합체는 DNA 이중 가닥 절단의 재조합 복구에 사용된다.[9]

5. 7. 3' 비번역 영역에 의한 번역 후 조절 전략

많은 황색포도상구균(''Staphylococcus aureus'')의 mRNA는 100개 이상의 뉴클레오타이드로 이루어진 3' 비번역 영역(3'UTR)을 가지고 있으며, 이는 잠재적으로 조절 기능을 가질 수 있다.[79]

''icaR'' mRNA(세균 생물막 기질의 주요 다당류의 억제인자를 코딩하는 mRNA)에 대한 추가 연구는 3'UTR이 5' 비번역 영역(5'UTR)에 결합하여 번역 개시 복합체를 방해하고 RNase III에 대한 이중 가닥 기질을 생성할 수 있음을 보여주었다. 이 상호작용은 3'UTR의 UCCCCUG 모티프와 5'UTR의 샤인-달가르노 서열 영역 사이에서 일어난다. 이 모티프의 삭제는 IcaR 억제제 축적 및 생물막 발달 억제를 초래하였다.[94] 생물막 형성은 황색포도상구균의 이식 감염의 주요 원인이다.[80]

5. 8. 생물막

생물막은 세균과 같은 미생물들이 서로 부착하여 습한 표면에서 자라는 집합체이다.[81] 황색포도상구균 생물막은 당단백질층 점액층에 묻혀 있으며, 테이코산, 숙주 단백질, 세포외 DNA(eDNA) 및 때때로 다당류 세포 간 항원(PIA)으로 구성될 수 있다. 황색포도상구균 생물막은 항생제 내성과 면역계 회피에 기여할 수 있으므로 질병 발병 기전에 중요한 역할을 한다.[45]

황색포도상구균 생물막은 항생제 치료 및 숙주 면역 반응에 대한 저항성이 높다.[81] 이를 설명하는 가설은 다음과 같다.

  • 생물막 기질이 항생제 침투를 방지하는 장벽 역할을 하여 내부 세포를 보호한다. 그러나 생물막 기질은 많은 수로 구성되어 있어 이 가설은 점점 설득력을 잃고 있다.
  • 생물막 기질에는 β-락타마제와 같은 항생제 분해 효소가 포함되어 항생제 침투를 방지할 수 있다.[82]
  • 생물막 기질의 조건이 고도로 항생제 내성을 가진 휴면 상태의 세균 세포인 지속 세포 형성을 선호한다.[45]


황색포도상구균 생물막은 숙주 면역 반응에 대한 저항성 또한 높은데, 정확한 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았다. 다만, 황색포도상구균 생물막은 숙주 면역 반응에 의해 생성된 사이토카인이 존재하는 경우 성장이 증가하는 것으로 알려져 있다.[83] 숙주 항체는 항원이 생물막의 일부 영역에는 존재하지만 다른 영역에는 완전히 없을 수 있는 이질적인 항원 분포로 인해 황색포도상구균 생물막에 대해 효과가 떨어진다.[45]

생물막 발달에 대한 연구는 유전자 발현 변화와 관련이 있는 것으로 나타났다. 다양한 생물막 성장 단계에서 중요한 것으로 밝혀진 특정 유전자가 있다. 이러한 유전자 중 두 가지는 아미노산 대사에 중요한 효소인 오르니틴-옥소산 트랜스아미나제와 글루탐산 탈수소효소를 암호화하는 rocD와 gudB이다. 연구에 따르면 생물막 발달은 적절한 대사 기능을 위해 글루타민과 글루탐산과 같은 아미노산에 의존하는 것으로 나타났다.[84]

5. 9. 기타 면역 회피 전략

; 단백질 A

단백질 A는 포도상구균 펩티도글리칸 펜타글리신 브리지(5개의 글리신 잔기 사슬)에 트랜스펩티다제 소르타제 A에 의해 고정된다.[85] 단백질 A는 IgG 결합 단백질로, 항체의 Fc 영역에 결합한다. 단백질 A를 암호화하는 유전자의 돌연변이를 통해 연구한 결과, 혈액 내 생존율이 낮아지는 것으로 나타났다. 이는 단백질 A가 기여하는 독성에 항체 Fc 영역의 결합이 필요하다는 것을 보여준다.[86]

다양한 재조합 형태의 단백질 A는 수십 년 동안 면역친화 크로마토그래피를 통해 광범위한 항체를 결합하고 정제하는 데 사용되어 왔다. 단백질 A와 같은 인자를 포도상구균 펩티도글리칸에 고정하는 데 관여하는 소르타제와 같은 트랜스펩티다제는 MRSA 감염을 표적으로 하는 새로운 항생제 개발의 가능성을 보여주고 있다.[87]

; 포도상구균 색소

일부 ''황색포도상구균'' 균주는 금색의 카로티노이드 색소인 스타필록산틴을 생성할 수 있다. 이 색소는 주로 박테리아 항산화제 역할을 하여 숙주 면역 체계가 병원균을 죽이는 데 사용하는 활성산소종을 회피하는 데 도움으로써 독성 인자로 작용한다.[88][89]

스타필록산틴이 없는 것으로 변형된 ''황색포도상구균''의 돌연변이체는 색소를 생성하는 균주보다 과산화 수소와 같은 산화 화학 물질과의 배양 생존율이 낮다. 돌연변이 콜로니는 인간 호중구에 노출되면 빠르게 사멸하지만, 많은 색소를 생성하는 콜로니는 생존한다.[88] 마우스에서 색소를 생성하는 균주는 상처에 접종했을 때 지속적인 농양을 유발하는 반면, 색소를 생성하지 않는 균주로 감염된 상처는 빠르게 치유된다.

이러한 검사는 ''포도상구균'' 균주가 정상적인 인간 면역 체계에 대한 방어 수단으로 스타필록산틴을 사용한다는 것을 시사한다. 스타필록산틴 생성을 억제하도록 설계된 약물은 박테리아를 약화시키고 항생제에 대한 감수성을 회복시킬 수 있다.[89] 실제로 스타필록산틴과 인간 콜레스테롤의 생합성 경로 유사성 때문에 콜레스테롤 저하 치료를 위해 개발된 약물이 ''황색포도상구균''의 색소 생성과 마우스 감염 모델에서 질병 진행을 차단하는 것으로 나타났다.[90]

6. 진단

황색포도상구균에 의한 질병은 크게 감염병원성과 독소병원성으로 나뉜다. 감염병원성은 포도상구균이 체내에서 감염 및 증식하여 발생하는 질병으로, 각종 화농성 질환, 폐렴, 급성 심내막염, 균혈증 등이 있다. 독소병원성은 황색포도상구균이 생성하는 독소에 의한 증상으로, 식중독, 독소성쇼크증후군(TSS), 화상양 피부증후군 등이 해당된다.

6. 1. 고전적 진단

가래 샘플에서 그람 염색으로 확인한 전형적인 그람 양성 구균(cluster 형태)


감염 종류에 따라 적절한 검체를 채취하여 생화학적 또는 효소 기반 검사를 통해 최종적으로 동정할 수 있도록 실험실로 보낸다. 먼저 그람 염색을 수행하여 방향을 잡는데, 전형적인 그람 양성 세균인 클러스터 형태의 구균이 나타나야 한다. 다음으로, 균주를 만니톨 염 한천배지에 배양한다. 이 배지는 7.5% NaCl을 함유한 선택 배지로, ''황색포도상구균''이 자랄 수 있게 하며, 만니톨 발효와 그에 따른 배지 pH의 감소로 인해 노란색 집락을 생성한다.[91][92]

또한, 종 수준에서의 감별을 위해 카탈라아제(모든 ''포도상구균'' 종에서 양성), 응고효소(섬유소 응고 형성, ''황색포도상구균''에서 양성), DNAase(DNAase 한천배지에서 투명대 형성), 리파아제(황색과 쩐내), 그리고 포스파타아제(분홍색) 검사를 모두 실시한다. 포도상구균 식중독의 경우, 식품에서 회수된 포도상구균이 감염의 원인인지 확인하기 위해 파지 타이핑을 수행할 수 있다.[93]

6. 2. 신속 진단 및 유형 분류

진단 미생물학 검사실 및 참조 검사실은 황색포도상구균의 발생과 새로운 균주의 확인에 중요한 역할을 한다. 최근 유전체학의 발전으로 임상에서 분리된 황색포도상구균을 실시간으로 신뢰할 수 있고 빠르게 확인하고 특성을 분석하는 기술이 가능해졌다. 이러한 도구는 세균 확산을 제한하고 항생제를 적절하게 사용하기 위한 감염 관리 전략을 지원한다. 정량 PCR은 감염 발생을 확인하는 데 점점 더 많이 사용되고 있다.[94][95]

황색포도상구균의 진화와 변형된 항생제에 적응하는 능력을 관찰할 때 "밴드 기반" 또는 "시퀀스 기반"으로 알려진 두 가지 기본적인 방법이 사용된다.[96] 이 두 가지 방법을 염두에 두고, 다좌위 서열 분석법(MLST), 펄스 필드 겔 전기영동(PFGE), 박테리오파지 타이핑, spa 유전자좌 타이핑 및 SCCmec 타이핑과 같은 다른 방법들이 더 자주 수행된다.[97] 이러한 방법을 통해 MRSA 균주가 어디에서 유래했고 현재 어디에 있는지 확인할 수 있다.[98]

MLST는 ''aroE, glpF, gmk, pta, tip'' 및 ''yqiL''과 같이 여러 하우스키핑 유전자의 단편을 사용하는 타이핑 기술이다. 이러한 서열에는 번호가 지정되며, 이는 대립형질 프로필로 작용하는 여러 숫자의 문자열을 제공한다. 이것은 일반적인 방법이지만, 이 방법의 한계는 새롭게 나타나는 대립형질 프로필을 검출하는 마이크로어레이의 유지 관리로, 비용이 많이 들고 시간이 오래 걸리는 실험이 된다는 점이다.[96]

1980년대 최초의 성공 이후로 여전히 많이 사용되는 PFGE 방법은 MRSA 균주를 구별하는 데 도움이 된다.[98] 이 기술은 분자의 명확한 분해능을 보여주는 전압 기울기와 함께 다중 겔 전기영동을 사용한다. 그런 다음 황색포도상구균 단편이 겔을 따라 이동하여 특정 밴드 패턴을 생성하고, 이는 나중에 관련 균주를 확인하기 위해 다른 균주와 비교된다. 이 방법의 한계에는 균일한 밴드 패턴과 전반적인 PFGE 민감도의 실질적인 어려움이 포함된다.

Spa 유전자좌 타이핑은 황색포도상구균의 다형성 영역에 있는 단일 유전자좌 영역을 사용하여 모든 형태의 돌연변이를 구별하는 인기 있는 기술로 간주된다.[98] 이 기술은 종종 비용이 저렴하고 시간이 덜 걸리지만, 판별력을 잃어 MLST 클론 복합체를 구별하기 어렵게 만드는 가능성이 중요한 한계이다.

7. 치료

페니실린은 펩티도글리칸 가교 결합 형성을 억제하여 세균 세포벽을 약화시켜 *황색포도상구균* 감염 치료에 효과적이었다. 그러나 대부분의 국가에서 페니실린 내성이 90% 이상으로 매우 흔하며, 1차 치료는 주로 페니실리나제 내성 β-락탐계 항생제 (예: 옥사실린, 플루클록사실린) 또는 반코마이신을 사용한다. 겐타마이신과의 병용 요법은 심내막염과 같은 심각한 감염에 사용될 수 있지만, 신장 손상 위험 때문에 논란의 여지가 있다.[99][100][101] 치료 기간은 감염 부위와 중증도에 따라 달라진다. 리팜피신은 과거 *황색포도상구균* 균혈증 관리에 사용되었지만, 표준 항생제 치료보다 전반적인 이점이 없는 것으로 나타났다.[102]

1943년 페니실린이 처음 도입되었을 때는 *황색포도상구균*의 항생제 내성이 드물었으나, 1950년에는 병원 균주의 40%, 1960년에는 80%가 페니실린 내성을 나타냈다.[103] 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)은 대부분의 β-락탐계 항생제에 내성을 가진 *황색포도상구균* 균주이며, 글리코펩티드 항생제인 반코마이신이 MRSA 치료에 사용된다. 반코마이신은 β-락탐계 항생제와 달리 세포벽의 아미노산에 결합하여 펩티도글리칸 가교 결합 형성을 방지한다. MRSA는 병원 감염과 관련이 깊지만, 지역사회 획득 감염에서도 점점 더 흔해지고 있다.

경미한 피부 감염은 삼중 항생제 연고로 치료할 수 있다.[104] 처방되는 국소제 중 하나인 무피로신은 *황색포도상구균* 비강 보균 치료에 효과적이다.[45]


  • 황색포도상구균*에 의한 질병은 크게 감염병원성과 독소병원성으로 나뉜다.
  • 감염병원성: 포도상구균이 체내에서 감염·증식하여 발생하며, 각종 화농성 질환, 폐렴, 급성 심내막염, 균혈증 등이 있다.
  • 독소병원성: 황색포도상구균이 생성하는 독소에 의한 증상이며, 식중독, 독소성쇼크증후군(TSS), 황색포도알균 열상양 피부증후군(SSSS) 등이 있다.


황색포도알균 열상양 피부증후군(SSSS)은 주로 영유아에게 나타나는 독소성 질환으로, 황색포도알균이 생성하는 박리 독소 A, B가 원인이다. 이 독소는 표피 세포 간 결합을 파괴하여 전신 피부 궤양, 수포 형성을 유발하며, 심한 통증을 동반한다. 니콜스키 징후가 나타나며, 구강 주위 농가진에서 황색포도알균이 검출되기도 한다. 특이적인 치료법은 없지만, 세파졸린 등의 항생제를 사용하거나 수액 치료가 필요할 수 있다. SSSS는 수일 내에 자연 회복된다.

신생아 TSS 유사 발진증(NTED)은 생후 수일 이내의 신생아에게 발생하는 독소성 질환으로, 대부분 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)이 원인균이다. TSST-1 유사 독소가 초항원으로 작용하여 발진, 경미한 발열, 수유 불량 등의 증상을 일으킨다. 혈액 검사상 혈소판 감소와 경미한 염증 반응이 나타나며, 독성쇼크증후군(TSS)와 달리 예후가 양호하다. 특이적인 치료법은 없지만, 항MRSA제가 투여된다.

감수성이 있는 항생물질로 치료하며, 여러 약제에 대한 내성을 획득한 균주도 있다. 황색포도상구균은 원래 페니실린에 감수성이었지만, 현재는 대부분 페니실린 내성이며, 세팔로스포린계 및 스트렙토마이신 등에도 내성인 경우가 많다. 따라서 해당 균에 감수성이 있는 약제를 사용하는 것이 바람직하다.

7. 1. 항생제 내성

황색포도상구균은 2019년 항생제 내성 관련 사망 원인 중 두 번째로 많은 비중을 차지했다.[105]

황색포도상구균의 페니실린 내성은 페니실리나아제(베타락탐분해효소의 일종) 생성에 의해 나타난다. 이 효소는 페니실린 분자의 베타락탐 고리를 절단하여 항생제를 무력화시킨다. 메티실린, 나프실린, 옥사실린, 클록사실린, 딕록사실린, 플루클록사실린과 같은 페니실리나아제 내성 베타락탐계 항생제는 황색포도상구균의 페니실리나아제에 의한 분해를 견딜 수 있다.

메티실린 내성은 황색포도상구균 카세트 염색체 mec (SCCmec)의 일부인 ''mec'' 오페론을 통해 나타난다. SCCmec는 이동성 유전 요소 계열이며, 황색포도상구균 진화의 주요 원동력이다.[96] 내성은 변형된 페니실린 결합 단백질(PBP2a 또는 PBP2')을 암호화하는 ''mecA'' 유전자에 의해 부여된다. 이 단백질은 베타락탐(페니실린, 세팔로스포린, 카바페넘)과의 결합 친화력이 낮아 모든 베타락탐계 항생제에 대한 내성을 갖게 하며, 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA) 감염 시 임상적 사용을 불필요하게 만든다. 연구에 따르면 이 이동성 유전 요소는 별개의 유전자 전달 사건에서 서로 다른 계통에 의해 획득되었으며, 따라서 서로 다른 MRSA 균주의 공통 조상이 없음을 나타낸다.[106] 한 연구에 따르면 MRSA는 생존과 생물막 형성을 위해 독성(예: 독소 생성 및 침습성)을 희생한다.[107]

카나마이신, 겐타마이신, 스트렙토마이신과 같은 아미노글리코사이드계 항생제는 황색포도상구균 감염에 대해 효과적이었지만, 균주가 아미노글리코사이드 작용을 억제하는 메커니즘을 진화시켰다. 이는 세균 리보솜의 30S 리보솜 소단위체의 리보솜 RNA와의 양성자화된 아민 및/또는 히드록실 상호 작용을 통해 발생한다.[108] 현재 아미노글리코사이드 내성 메커니즘은 아미노글리코사이드 변형 효소, 리보솜 돌연변이 및 항생제의 능동적 유출의 세 가지가 널리 받아들여지고 있다. 아미노글리코사이드 변형 효소는 인산기, 뉴클레오타이드, 또는 아세틸 모이어티를 항생제의 아민 또는 알코올 주요 작용기에 공유 결합하여 아미노글리코사이드를 불활성화시킨다. 이는 전하를 변화시키거나 항생제를 입체적으로 방해하여 리보솜 결합 친화력을 감소시킨다. 황색포도상구균에서 가장 잘 특징 지어진 아미노글리코사이드 변형 효소는 아미노글리코사이드 아데닐릴트랜스퍼라아제 4' IA(ANT(4')IA)이다. 이 효소는 X선 결정학으로 규명되었으며,[109] 카나마이신과 겐타마이신을 포함한 많은 아미노글리코사이드의 4' 히드록실기에 아데닐 모이어티를 부착할 수 있다.

글리코펩타이드 내성은 일반적으로 장구균의 플라스미드에서 발견되는 Tn1546 전좌인자에 있는 ''vanA'' 유전자의 획득에 의해 매개되며, 이 유전자는 반코마이신이 결합하지 않는 대체 펩티도글리칸을 생성하는 효소를 암호화한다.[110]

오늘날 황색포도상구균은 일반적으로 사용되는 많은 항생제에 내성이 생겼다. 영국에서는 모든 황색포도상구균 균주의 2%만이 페니실린에 감수성이 있으며, 전 세계적으로도 비슷한 상황이다. 베타락탐분해효소 내성 페니실린(메티실린, 옥사실린, 클록사실린, 플루클록사실린)은 페니실린 내성 황색포도상구균을 치료하기 위해 개발되었으며, 여전히 1차 치료제로 사용된다. 메티실린은 이 계열의 첫 번째 항생제였지만(1959년에 도입됨), 불과 2년 후 영국에서 최초의 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA) 사례가 보고되었다.[111] 그럼에도 불구하고 MRSA는 1990년대까지 병원 환경에서도 드문 경우였지만, 이후 MRSA의 유병률이 급증하여 현재는 풍토병이 되었다.[112] 현재 MRSA는 피부 및 연조직 감염, 폐렴, 패혈증과 같은 다양한 감염을 일으키는 인간 병원체일 뿐만 아니라, 가축 관련 MRSA(LA-MRSA)로 알려진 동물 질병을 유발할 수도 있다.[113]

병원 및 지역사회 환경 모두에서 MRSA 감염은 일반적으로 클린다마이신(린코사마이드계) 및 코트리목사졸(일반적으로 트리메토프림/설파메톡사졸로 알려짐)과 같은 비베타락탐계 항생제로 치료된다. 이러한 항생제에 대한 내성으로 인해 경구 약물로 이용 가능하다는 점 때문에 리네졸리드와 같은 새로운 광범위 그람 양성균 항생제가 사용되고 있다. 현재 MRSA로 인한 심각한 침습성 감염의 1차 치료는 글리코펩타이드계 항생제(반코마이신과 테이코플라닌)이다. 이러한 항생제에는 정맥 투여가 필요하고(경구용 제제가 없음), 독성이 있으며, 혈액 검사를 통해 약물 수치를 정기적으로 모니터링해야 하는 등 여러 가지 문제점이 있다. 또한 글리코펩타이드계 항생제는 감염된 조직에 잘 침투하지 못한다(이는 뇌 및 수막 감염 및 심내막염에서 특히 우려되는 사항이다). 글리코펩타이드는 메티실린 감수성 황색포도상구균(MSSA) 치료에는 사용해서는 안 된다. 결과가 좋지 않기 때문이다.[114]

답토마이신은 주로 황색포도상구균에 의한 감염을 포함한 그람 양성 세균 감염 치료에 사용되는 시클릭 리포펩타이드계 항생제이다. 2003년에 처음 승인되었으며, 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA) 및 반코마이신 내성 황색포도상구균(VRSA)과 같은 내성 균주에 특히 효과적이다. 답토마이신은 다른 항생제와 비교하여 독특한 방식으로 작용하는데, 칼슘 의존성 막 결합, 막 전위의 파괴 및 세균 세포 사멸을 포함한다. 답토마이신은 복잡한 피부 및 연조직 감염, 혈류 감염 및 황색포도상구균에 의한 우측 심내막염 치료에 FDA 승인을 받았다.[115]

혈청은 리포펩타이드계 항생제인 답토마이신과 다른 여러 종류의 항생제에 대한 높은 수준의 내성을 유발한다. 혈청 유도 답토마이신 내성은 GraRS 두 성분 시스템의 활성화[116]와 막에서의 카디오리핀 풍부도 증가[117]의 두 가지 독립적인 메커니즘 때문이다. GraRS 활성화는 숙주 방어 카텔리시딘 항균 펩타이드(LL-37)에 의해 유발되어 세균이 세포벽을 더 두껍게 만들기 위해 더 많은 펩티도글리칸을 만들 수 있게 하고, 이는 세균의 내성을 증가시킨다. 혈청 적응 세균은 막 구성을 변화시켜 답토마이신이 세균 막에 결합하는 것을 감소시킬 수 있다.

페니실린에 대한 높은 수준의 내성과 MRSA가 반코마이신에 대한 내성을 개발할 가능성 때문에 미국 질병통제예방센터는 반코마이신의 적절한 사용에 대한 지침을 발표했다. MRSA 감염 발생률이 높은 것으로 알려진 상황에서는 주치의가 감염 미생물의 종류를 알 때까지 글리코펩타이드계 항생제를 사용하도록 선택할 수 있다. 감염이 메티실린 감수성 황색포도상구균 균주에 의한 것임이 확인되면 적절하게 플루클록사실린 또는 페니실린으로 치료를 변경할 수 있다.

반코마이신 내성 황색포도상구균(VRSA)은 글리코펩타이드에 내성이 생긴 황색포도상구균 균주이다. 최초의 반코마이신 중간 내성 황색포도상구균(VISA) 사례는 1996년 일본에서 보고되었지만,[118] 글리코펩타이드계 항생제에 실제로 내성이 있는 황색포도상구균의 첫 번째 사례는 2002년에 보고되었다.[119] 2005년까지 미국에서 VRSA 감염 사례 3건이 보고되었다.[120] 황색포도상구균의 항생제 내성은 적응 능력으로 설명할 수 있다. 여러 두 성분 신호 전달 경로는 항균 스트레스 하에서 생존하는 데 필요한 유전자를 발현하는 데 황색포도상구균을 돕는다.[121]

매년 미국에서는 50만 명이 황색포도상구균 감염증으로 의료기관을 찾는다. 항생제의 남용으로 인해 황색포도상구균은 특히 많은 일반적으로 사용되는 항생제에 내성(저항성)을 가진 변종을 만들어왔다. 특히 문제가 되는 것은 그러한 내성균에 대해 개발된 약제에 대한 내성균이 출현하는 것이다. 단일 약제에 대해 내성을 획득한 균은 내성을 가진 약제명을 붙여 페니실린 내성균, 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA), 반코마이신 내성 황색포도상구균(VRSA)라고 불린다. 또한 여러 약제에 대해 내성을 획득한 균은 다제내성균이라고 불린다. 메티실린에 대한 감수성이 있는 균은 MSSA라고 불린다.

신생아 TSS 유사 발진증(NTED)은 생후 수일 이내의 신생아에게 발생하는 독소성 질환으로, 원인균은 대부분 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)이다. TSST-1 유사 독소가 초항원으로 작용하여 발병한다. 발진, 경미한 발열, 때때로 수유 불량이 증상이며, 혈액 검사상 혈소판 감소와 경미한 염증 반응을 동반한다. 때때로 혈소판 수혈이 필요한 경우도 있지만, TSS(독성쇼크증후군)와는 달리 대체로 예후가 양호한 질환이다. 특이적인 치료법은 없지만, 대부분 항MRSA제가 투여된다.

감수성이 있는 항생물질로 치료한다. 여러 약제에 대한 내성을 획득한 균주도 있다. 황색포도상구균은 원래 페니실린 감수성이었지만, 현재 분리되는 것의 대부분은 페니실린 내성이다. 세팔로스포린계 및 스트렙토마이신 등의 약제에도 내성인 것이 많다. 이러한 상황에서 사용하는 약제는 해당 균에 감수성이 있는 약제를 사용하는 것이 바람직하다.

7. 1. 1. 유출 펌프

다양한 항생제 내성 획득 기전(예: 약물 불활성화, 표적 변형, 투과성 감소) 중에서 유출 펌프의 과발현도 있다. 유출 펌프는 세포 내에서 이물질(xenobiotic compounds)의 배출에 생리적으로 필요한 막 통합 단백질이다. 이들은 여섯 가지 계열로 나뉘며, 각 계열은 구조, 기능 및 에너지 수송이 다르다. 황색포도상구균(*S. aureus*)의 주요 유출 펌프는 MdeA 펌프와 NorA 펌프를 포함하는 MFS(주요 촉진자 상과(Major Facilitator Superfamily))와 MepA 펌프가 속한 MATE(다중 약물 및 독소 배출(Multidrug and Toxin Extrusion))이다. 이러한 계열은 수송을 위해 전기화학적 전위와 이온 농도 기울기를 사용하는 반면, ATP 결합 카세트(ABC) 계열은 ATP의 가수분해에서 에너지를 얻는다.

이러한 펌프는 다제내성 황색포도상구균(다제내성 *S. aureus*(Multidrug resistant *S. aureus*))에 의해 과발현되며, 그 결과 항생제가 세포 외부로 과도하게 배출되어 항생제의 작용이 비효과적으로 된다. 유출 펌프는 또한 불투과성 생체막의 형성에 상당히 기여한다.

유출 펌프의 활성을 직접 조절하거나 발현을 감소시킴으로써, 내성 표현형을 수정하고 기존 항생제의 효과를 회복할 수 있을 것이다.[122]

8. 보균

미국 인구의 약 33%가 황색포도상구균 보균자이며, 약 2%는 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA) 보균자이다.[123] 의료 종사자들도 MRSA를 보유할 수 있다.[124]

황색포도상구균 보균은 원내 감염(병원 감염)과 지역사회 획득 MRSA의 중요한 원인이다. 황색포도상구균은 숙주의 피부에 존재할 수 있지만, 상당 부분은 코 안쪽의 전방 비강[2]을 통해 보균되며, 귀에도 존재할 수 있다.[125] 비강이 황색포도상구균을 보유할 수 있는 능력은 숙주 면역의 약화 또는 결함과 박테리아가 숙주 선천 면역을 회피하는 능력의 조합 때문이다.[126] 비강 보균은 또한 포도상구균 감염의 발생과 관련이 있다.[127]

9. 감염 관리

황색포도상구균( *S. aureus*, MRSA 포함)의 전파는 일반적으로 사람 간 접촉을 통해 이루어지지만, 최근 일부 수의사들은 애완동물을 통한 감염 전파 가능성을 발견했으며, 환경 오염은 상대적으로 중요성이 낮은 것으로 생각된다.[128] 따라서 기본적인 손씻기 기술을 강조하는 것은 전파 예방에 효과적이다. 일회용 앞치마와 장갑을 사용하면 피부 접촉이 줄어 감염 전파 위험이 더 감소한다.[130]

최근(2023년 8월 기준) 미국 전역의 병원에서 수많은 황색포도상구균 감염 사례가 보고되었다. 의료 종사자의 위생이 불충분한 의료 환경에서는 병원균의 전파가 용이해진다. 황색포도상구균은 매우 강한 박테리아로, 한 연구에서 폴리에스터 표면에서 거의 3개월 동안 생존하는 것으로 나타났다.[131] 폴리에스터는 병원 개인용 커튼에 주로 사용되는 재료이다.

박테리아는 의료 종사자의 손에 옮겨지며, 이들은 무해하거나 공생하는 황색포도상구균 균주를 보유한 건강한 환자로부터 박테리아를 옮겨 다음 환자에게 전파할 수 있다. 박테리아가 혈류로 유입되면 심내막염, 수막염, 그리고 광범위하게 퍼지면 패혈증을 포함한 다양한 합병증이 발생할 수 있다.

에탄올은 MRSA에 대한 효과적인 국소 소독제로 판명되었다. 4급 암모늄 화합물은 에탄올과 함께 사용하여 소독 작용의 지속 시간을 늘릴 수 있다. 원내 감염 예방에는 정기적인 종말 소독이 포함된다. CO₂를 이용한 불연성 알코올 증기(NAV-CO₂) 시스템은 의료 환경에서 사용되는 금속이나 플라스틱을 손상시키지 않고 항균 내성에 기여하지 않는다는 장점이 있다.

주목받지 못했던 중요한 MRSA 집락화 및 전파 경로는 성 접촉이다.[132]

황색포도상구균( *Staphylococcus aureus*)은 78°C에서 1분, 64°C에서 10분 만에 사멸하지만 냉동에는 저항성이 있다.[133][134]

일부 황색포도상구균 균주는 염소 소독에 내성이 있는 것으로 보고되었다.[135][136]

무피로신 연고를 사용하면 비강에 황색포도상구균이 존재하는 것으로 인한 감염률을 낮출 수 있다.[137] 항생제나 소독제를 사용한 황색포도상구균 비강 제균이 수술 부위 감염률을 낮춘다는 증거는 제한적이다.[138]

10. 연구

2021년 기준으로 황색포도상구균에 대해 승인된 백신은 없다. 나비(Nabi)의 StaphVax와 PentaStaph, 인터셀/머크의 V710, VRi의 SA75 등 여러 백신 후보에 대한 초기 임상 시험이 진행되었다.[140] 그러나 일부 백신 후보는 면역 반응을 보였지만, 다른 후보들은 황색포도상구균 감염을 악화시켰다. 현재까지 이들 후보 중 어떤 것도 황색포도상구균 감염으로부터 보호 효과를 제공하지 못했다.

나비의 StaphVax 개발은 3상 시험 실패 후 2005년에 중단되었다.[141] 인터셀의 첫 번째 V710 백신 변종은 황색포도상구균 감염이 발생한 환자들 사이에서 사망률과 이환율이 더 높게 관찰된 후 2상/3상에서 중단되었다.[142] 나비의 개선된 황색포도상구균 백신 후보인 PentaStaph는 2011년에 글락소스미스클라인 바이올로지컬스 S.A.에 매각되었으며,[143] PentaStaph의 현재 상태는 불분명하다. WHO 문서에 따르면 PentaStaph는 3상 시험 단계에서 실패했다.[144]

2010년, 글락소스미스클라인(GlaxoSmithKline)은 자사의 GSK2392103A 백신을 평가하기 위한 1상 맹검 연구를 시작했으나,[145] 2016년 기준으로 더 이상 개발 중이 아니다.[146]

화이자의 황색포도상구균 4항원 백신 SA4Ag는 2014년 2월 미국 식품의약국(FDA)으로부터 신속 심사 지정을 받았다.[147] 2015년, 화이자는 SA4Ag 백신에 대한 2b상 시험을 시작했다.[148] 2017년 2월에 발표된 1상 결과는 SA4Ag의 매우 강력하고 안전한 면역원성을 보여주었다.[149] 이 백신은 2019년 6월까지 임상 시험을 거쳤으며, 2020년 9월에 발표된 결과는 수술 후 혈류 감염의 감소를 의미 있게 보여주지 못했다.[9]

2015년, 노바티스(Novartis)의 전 부서이자 현재 글락소스미스클라인의 일부인 노바티스 백신 및 진단(Novartis Vaccines and Diagnostics)은 4가 황색포도상구균 백신인 4C-staph의 유망한 전임상 결과를 발표했다.[150]

백신 개발 외에도, MRSA를 포함한 항생제 내성 균주에 효과적인 대체 치료법을 개발하기 위한 연구가 진행되고 있다. 대체 치료의 예로는 파지 치료법, 항균 펩타이드 및 숙주 지향 치료가 있다.[151][152]

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