매독균
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1. 개요
매독균은 매독, 풍토성 매독, 매종을 일으키는 세 가지 아종(T.P. pallidum, T.P. endemicum, T.P. pertenue)으로 분류되는 세균이다. 이들은 형태학적으로 구별되지 않으며, 주로 성적 접촉을 통해 전파된다. 매독균은 나선형 모양의 세균으로, 1998년 게놈 서열이 밝혀졌으며, 항원성을 제한하는 외막 구조를 가지고 있어 면역 회피 능력이 뛰어나다. 진단은 현미경 검사 및 혈청학적 검사를 통해 이루어지며, 페니실린이 주요 치료제로 사용된다. 현재 백신은 개발되지 않았으며, 감염 예방을 위해 사후 노출 예방 요법으로 독시사이클린을 사용할 수 있다.
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| 매독균 - [생물]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 학명 | Treponema pallidum |
| 명명자 | Schaudinn & Hoffmann, 1905 |
| 분류 | |
| 도메인 | 세균 |
| 문 | 스피로헤타문 |
| 강 | 스피로헤타강 |
| 목 | 스피로헤타목 |
| 과 | 스피로헤타과 |
| 속 | 트레포네마속 |
| 종 | 매독균 |
| 생태 및 병리학적 특징 | |
| 주요 특징 | 매독을 일으키는 스피로헤타 세균 |
| 병원성 | 매독 |
| 감염 경로 | 피부의 작은 상처를 통해 인체 감염 |
| 서식지 | 인간 (유일한 자연 숙주) |
| 치료 | 벤자틴 페니실린 |
| 생물학적 특징 | |
| 형태 | 스피로헤타 (나선형) |
| 대사 | 탄수화물 대사 (포도당 결합 단백질 보유) |
| 크기 | 매우 작음 |
| 연구 | |
| 연구 주제 | 병원성 메커니즘 유전체 서열 분석 기능적 활동 잠복 감염 |
2. 매독균의 아종
| 아종 | 질병 | 비고 |
|---|---|---|
| T.P. pallidum | 매독 | |
| T.P. endemicum | 풍토성 매독(베젤) | |
| T.P. pertenue | 매종(요스) |
매독균(''Treponema pallidum'')은 운동성이 높은 나선형 세균으로, 숙주 세포와의 상호작용 및 면역 회피에 중요한 역할을 하는 독특한 구조를 가지고 있다.
매종, 풍토성 매독, 매독을 일으키는 3가지 아종은 형태학적으로나 혈청학적으로 구별할 수 없다.[86] 이 박테리아는 원래 다른 종으로 분류되었지만, DNA 혼성화 분석에 따르면 동일한 종으로 판명되었다. 아종인 ''T.P. endemicum''과 ''T.P. pertenue''의 질병은 성병이 아닌 것으로 간주된다.[90] 숙주에 잘 침투하는 순으로 배열하면, ''T. P. pallidum''이 가장 잘하고, 그 다음은 ''T.P. endemicum''이며, ''T. p. carateum''은 침투를 잘 하지 못하는 편이다.[91]
3. 매독균의 특징
매독균은 사람만을 자연 숙주로 삼으며, 저산소 환경에서만 오래 생존할 수 있어 감염 경로는 제한적이다. 대부분 감염자와의 점막 접촉을 동반하는 성행위나 유사 성행위를 통해 이루어진다.[77] 감염자의 피부 및 점막 삼출액, 타액, 정액, 혈액, 질 분비액 등이 감염원이 될 수 있으며,[80] 성기, 항문, 입 등의 직접적인 접촉을 통해 감염된다.[81]
감염된 임산부로부터 태반을 통해 태아에게 감염되는 선천성 매독도 발생할 수 있다.[77] 과거에는 수혈로 인한 감염도 문제였으나, 최근에는 혈액 제제에 대한 대책 강화로 인해 발생하지 않고 있다.[77]
매독균 검출은 감염 확진에 필수적이지만, 실험실 분리가 불가능하여 현미경 관찰을 통해 "나선형 세균"을 검출한다. 그러나 조기 현증 매독 Ⅰ기와 피부 병변이 있는 Ⅱ기를 제외하고는 균 검출이 어렵다.[82] 매독은 수년에 걸쳐 진행되는 만성 질환이며, 무증상으로 진행되어 감염 사실을 인지하지 못하는 경우도 있다.[83]
치료에는 페니실린계 항생제가 효과적이며,[84] 병기에 따라 치료 방법을 결정한다. 일본에서는 오랫동안 세계 표준 치료약인 벤자틴 벤질페니실린 근주 제제를 사용할 수 없었으나, 2021년 9월부터 제조 판매가 승인되었다. 이 제제는 조기 매독, 후기 매독, 조기 선천성 매독에 효과가 있지만, 신경 매독에는 사용되지 않는다. 치료 시작 후 24시간 이내에 발열, 발진 등의 증상(Jarish-Herxheimer 반응)이 나타날 수 있다.
3. 1. 형태 및 생리
''Treponema pallidum''(트레포네마 팔리덤)은 바깥 막, 펩티도글리칸, 내막, 원형질 원통, 그리고 주변 공간으로 구성된 나선형 모양의 세균으로 운동성이 높다.[9] 흔히 그람 음성 세균으로 묘사되지만, 바깥 막에는 다른 그람 음성 세균의 바깥 막에서 발견되는 지질다당류가 없다.[17] 4개의 주요 폴리펩티드, 핵심 구조, 그리고 외피로 구성된 내편모(주변 편모)를 가지고 있으며, 편모는 주변 공간 내에 위치하며 원형질 원통을 감싸고 있다. 펩티도글리칸 층은 운동성에 도움이 될 수 있는 내편모와 상호 작용한다.[19] ''T. pallidum''의 바깥 막은 숙주 세포와 가장 많이 접촉하며 소수의 막단백질을 포함하고 있어 항원성을 제한하는 반면, 세포질 막은 지단백질로 덮여 있다.[20][21] 바깥 막의 트레포네마 리간드는 숙주 세포에 부착하는 것이 주요 기능이며, 리간드 간의 기능적 및 항원적 관련성이 있다.[22] ''Treponema'' 속은 세포질 막 바로 아래에 세포 전체 길이를 따라 뻗어 있는 세포 골격 세포질 섬유질 리본을 가지고 있다.
''T. pallidum''의 외막(OM)은 낮은 단백질 함량, 깨지기 쉬움, 그리고 다른 그람 음성 외막과 관련된 유전자 염기서열이 적다는 특징을 가지는데, 이는 역사적으로 연구를 어렵게 만들었다.[23] 그러나 유전체 시퀀싱과 진보된 계산 모델을 사용하여 진전이 있었다. 트레포네마 외막 단백질은 세균의 병원성, 생존 및 면역 회피 전략의 핵심 요소이다. 비교적 낮은 단백질 함량은 면역계의 항원 인식을 방해하며, 존재하는 단백질은 OM 밖으로 돌출되어 숙주와의 상호 작용을 가능하게 한다.[23] ''Treponema''가 "스텔스 병원체"라는 평판을 얻게 된 것은 주로 이러한 독특한 OM 구조 때문이며, 이는 면역 감시를 회피하는 역할을 한다.[23]
매독균은 직경 0.1-0.2µm(마이크로미터), 길이 6-20µm, 6~14회 회전하는 나선형 세균이다.[77] 푸른색을 띠는 성질이 있어, "푸른"을 의미하는 pallidum(라틴어, 영어에서는 pale)이라는 종명이 붙었다.[77] 저산소 상태에서만 오래 생존할 수 있다.[77] 일반적인 명시야 광학 현미경으로는 식별할 수 없으며, 암시야 현미경, 전자 현미경으로 관찰된다.[78]
1998년에 게놈 전체 염기 서열이 결정, 공개되었다.[77]
3. 2. 배양
지난 세기 동안, 매독균(''Treponema pallidum'')은 최초 발견 이후 시험관 내에서 배양하기 어려웠다.[38] 실험실 환경에서 배양 및 유지가 불가능하여, 이 세균의 대사 및 항균제 감수성에 대한 발견이 크게 저해되었다.[23] 그러나 2017년에 토끼의 Sf1Ep 상피 세포를 사용하여 ''T. pallidum''을 시험관 내에서 장기간 성공적으로 배양했다는 보고가 있었다.[38] 이는 시스템의 지속적인 증식과 생존에 필요한 조건이었다.[39] TpCM-2 배지가 사용되었는데, 이 배지는 이전에 몇 주 동안만 배양 성장을 보였던 더 단순한 배지를 변경한 것이다.[39] 이러한 성공은 최소 필수 배지(MEM)를 복잡한 조직 배양 배지인 CMRL 1066으로 교체한 결과였다.[38] 이 개발로 ''T. pallidum''의 성장 및 유전자 발현에 대한 새로운 발견이 가능해져, 숙주 밖에서 매독의 치료 및 예방에 유익한 연구를 낳을 수 있다.[40]
하지만 ''T. pallidum''을 무균 배양에서 배양하려는 지속적인 노력은 실패했으며, 이는 이 세균이 코흐의 가설을 만족시키지 못함을 나타낸다.[41] 이러한 어려움은 아마도 이 유기체가 포유류 조직에 서식하는 데 강하게 적응하여, 게놈이 감소하고 대사 및 생합성 기능이 현저히 손상되었기 때문일 것이다.[39]
매독균은 일반적인 명시야 광학 현미경으로는 식별할 수 없으며, 암시야 현미경, 전자 현미경으로 관찰된다.[78]
1998년에 게놈 전체 염기 서열이 결정, 공개되었다.[77]
매독균은 시험관 배양이 불가능하며, 토끼의 고환 내에서 배양하는 것 외에는 현실적인 방법이 없다.[79] 현재에도 매독균의 시험관 내 배양에 성공한 연구소는 어느 나라도 없으며, 매독균의 병원성 기구, 메커니즘은 거의 밝혀지지 않은 상태이다.[77]
3. 3. 유전체
''T. pallidum''의 게놈은 1998년에 처음 시퀀싱되었다.[42] DNA 염기서열은 99.7% 이상 동일하며, PCR 기반 분석으로 이러한 종을 효과적으로 구별할 수 있다.[44][45] DNA의 약 92.9%가 열린 읽기 틀로 밝혀졌으며, 이 중 55%는 생물학적 기능이 예측되었다.[20] ''T. pallidum''은 생합성 경로에서 일반적으로 제공되는 많은 분자를 숙주에 의존하며, 산화적 인산화와 트라이카르복실산 회로의 핵심 효소를 암호화하는 유전자가 결여되어 있다.[46] ''T. pallidum'' 그룹과 그 축소된 게놈은 다양한 적응의 결과일 가능성이 높으며, 지방산, 핵산, 아미노산을 더 이상 합성할 수 없게 되어 대신 이러한 물질을 포유류 숙주에 의존하게 되었다.[40]
''T. pallidum'' 종의 염색체는 약 1.14 Mbp로, 가장 작은 세균 게놈 중 하나이며 제한된 대사 능력을 가진다. 이는 포유류 조직의 풍부한 환경에 대한 게놈 축소를 통한 적응을 반영한다. 작은 게놈의 거의 99.8%를 보존하고 있으며, 끊임없이 변이하는 단백질 TprK를 사용하여 숙주의 면역 반응을 피한다.[50] 염색체는 약 1000 킬로베이스 쌍이며 원형이고 52.8% G + C 평균을 나타낸다.[42] 시퀀싱을 통해 12개의 단백질 묶음과 일부 추정 헤몰리신이 ''T. pallidum''의 잠재적 독성 인자로 밝혀졌다.[52]
1998년에 게놈 전체 염기 서열이 결정, 공개되었다.[77]
3. 4. 트레포네마 반복 단백질군 (Treponema repeat family of proteins, Tpr)
''Treponema'' 반복 단백질군(Tpr)은 감염 과정 동안 발현되는 단백질이다. Tpr은 보존된 N-말단 N-말단 도메인, 약 50개의 아미노산으로 구성된 아미노-말단 부분, 중심 가변 영역, 보존된 C-말단 C-말단 도메인으로 구성된다.[26] Tpr에는 TprA, TprB, TprC, TprD 및 TprE 등 많은 종류가 있지만, TprK의 가변성은 면역 회피 특성 때문에 가장 관련이 있다.[35]
TprK의 항원 변이는 유전자 전환에 의해 조절된다. TprK와 TprD의 53개 공여 부위에 존재하는 7개의 가변 영역(V1–V7)의 단편이 비상호 재조합에 의해 결합되어 새로운 구조적 서열을 생성할 수 있다.[36][37] TprK 항원 변이는 ''T. pallidum''이 강력한 숙주 면역 반응을 회피하는 데 도움이 될 수 있으며, 개인의 재감염을 허용할 수도 있다. 이는 새롭게 구조화된 단백질이 항체 특이적 인식을 피할 수 있기 때문이다.[35] 또한 TprK 단백질을 암호화하는 유전자가 매독 감염 중 병인에 필수적인 것으로 의심된다.[35]
더 많은 표현형 다양성을 도입하기 위해 ''T. pallidum''은 위상 변이를 겪을 수 있다. 이 과정은 주로 TprF, TprI, TprG, TprJ 및 TprL에서 발생하며, 중합체 반복의 가역적 확장 또는 수축으로 구성된다. 이러한 크기 변화는 박테리아가 미세 환경에 빠르게 적응하고, 면역 반응을 회피하거나 숙주에 대한 친화력을 증가시키는 데 도움이 될 수 있다.[37]
4. 매독균 감염 및 전파 경로
매독균의 주된 전파 경로는 성접촉이다. 1기 또는 2기 매독 환자와 성접촉을 하면 약 50%가 감염될 수 있다.[93] 매독균은 저산소 상태에서만 오래 생존할 수 있어 감염 경로는 제한적이다.[77]
매독균(''Treponema pallidum pallidum'')은 주로 성적 접촉을 통해 전파되는 운동성 스피로헤타(나선형 세균)이며, 피부나 점막의 미세한 틈새를 통해 침투한다.[53][9] 여성의 경우 음순, 질벽, 자궁경부에, 남성의 경우 음경 몸통이나 귀두에 초기 병변이 나타난다.[9]
감염자와의 점막 접촉을 동반하는 성행위나 유사 성행위가 주요 감염 경로이다.[77] 감염된 피부 및 점막의 삼출물, 타액, 정액, 혈액, 질 분비액 등이 감염원이 된다.[80] 성기 간, 성기와 항문(항문 성교), 성기와 입(구강 성교), 키스 등이 감염을 유발할 수 있다.[81]
그 외에 매독 환자인 산모에게서 태어난 아기나 혈액을 통한 감염도 매독 전파의 경로로 알려져 있다.[93] 임신 후반기에 태반을 통해 태아에게 전염될 수 있으며(선천성 매독),[53] 과거에는 수혈로 인한 감염도 문제였으나, 최근에는 혈액 제제 관련 사례는 보고되지 않고 있다.[77]
매독균은 일반적인 현미경으로는 관찰하기 어렵고, 암시야 현미경이나 전자 현미경으로 관찰해야 한다.[78]
4. 1. 임상 증상
매독균(''Treponema pallidum pallidum'') 감염의 잠복기는 일반적으로 약 21일이지만, 10일에서 90일까지 다양할 수 있다.[54] 매독은 임상 증상에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.- '''1기 매독''': 세균이 침범한 부위에 통증 없는 궤양이 나타난다. 여성의 경우 초기 병변은 주로 음순, 질벽 또는 자궁경부에 나타나며, 남성의 경우에는 음경의 몸통이나 귀두에 나타난다.[9]
- '''2기 매독''': 피부 발진, 점막의 병적인 변화가 나타난다.
- '''3기 혹은 후발 매독''': 눈, 심장, 대혈관, 뼈, 관절 등 다양한 내부 장기에 영향을 미친다.[13]
- '''신경매독''': 뇌막 자극, 뇌혈관 침범 증상이 나타날 수 있으며, 증상이 없을 수도 있다.[92]
매독은 초기 단계에서 피부 병변이 수 주 또는 수 개월 동안 지속될 수 있으며, 전염성이 매우 높다.[13] 직접적인 접촉을 통해 병변 내의 스피로헤타(매독균)가 전파된다. 면역 반응이 발달하면서 병변은 퇴행하며, 많은 경우 평생 지속될 수 있는 잠복기로 이어진다. 드물게 잠복기를 벗어나 3기 단계로 진행될 수 있으며, 이 단계에서는 피부, 뼈, 연골의 파괴적인 병변이 발생한다. 3기 매독은 심장, 눈, 신경계에도 영향을 미칠 수 있다.[13]
매독균은 성적 접촉을 통해 획득하는 운동성 스피로헤테이며, 편평 또는 원주 상피의 틈새를 통해 숙주에 침투한다. 이 유기체는 임신 후반기에 태반을 통해 태아에게 전염되어 선천성 매독을 유발할 수도 있다.[53] 매독균의 나선형 구조는 점막을 통해 코르크 마개처럼 움직이거나 피부의 미세한 틈새로 들어갈 수 있게 한다.[9] 조직과 점막을 통해 숙주의 혈액 및 림프 시스템에 접근하며, 더 심각한 경우에는 신체의 골격과 중추 신경계를 감염시킬 수 있다.[9]
5. 진단
매독균(''Treponema pallidum'')은 1905년 베를린의 샤리테에서 프리츠 샤우딘과 에리히 호프만이 매독성 경결에서 처음으로 현미경으로 확인하였다.[15] 이 박테리아는 디터르 염색과 같은 특수 염색으로 검출할 수 있다. ''T. pallidum''은 비트레포네마 항체 검사인 VDRL, 신속 혈장 레아진 반응, 트레포네마 항체 검사(FTA-ABS), ''T. pallidum'' 고정 반응, 매독 TPHA 검사를 포함한 혈청학적 검사로도 검출된다.[16]
매독균은 직경 0.1~0.2µm(마이크로미터), 길이 6~20µm이며, 6~14회 회전하는 나선형 세균이다.[77] 저산소 상태에서만 오래 생존할 수 있다.[77] 일반적인 명시야 광학 현미경으로는 식별할 수 없으며, 암시야 현미경이나 전자 현미경으로 관찰된다.[78]
매독균 병원체의 검출은 감염증 확진의 기본이지만, 실험실에서 매독균을 분리하는 것은 불가능하다. 그래서 현미경 관찰을 통해 "나선형 세균"을 검출한다. 그러나 조기 현증 매독 Ⅰ기와 피부 병변이 있는 Ⅱ기를 제외하고는 현재에도 매독균 검출이 어렵다.[82]
6. 치료
매독의 치료는 어느 단계에 해당하는지에 따라 결정된다.
- 1기, 2기, 그리고 초기 잠복 매독의 경우 페니실린 근육주사를 한 번 맞는 것으로 치료할 수 있다.
- 후기 잠복 매독의 경우 중추신경계 침범이 없다면 일주일에 한 번씩 페니실린을 주사하는 치료법을 3주 동안 시행한다.
- 신경 매독의 경우에는 수용성 페니실린을 정맥으로 주사하는 치료법을 10~14일간 시행한다.
환자가 페니실린에 의한 과민 반응이 있는 경우에는 적절한 대체 요법을 사용한다. 페니실린은 6~8시간 안에 ''T. pallidum''을 억제할 수 있지만, 세포는 여전히 림프절에 남아있어 재생된다.[65] 페니실린 외에도 β-락탐 항생제나 마크로라이드도 사용할 수 있다.[65] ''T. pallidum'' 균주 14는 에리스로마이신과 아지트로마이신을 포함한 일부 마크로라이드에 내성이 있다.[66] 많은 매독 치료법은 정균 효과만 나타내며, 살균 효과를 얻기 위해서는 더 높은 농도의 페니실린을 사용해야 한다.[65][66]
페니실린은 장기간 사용 시 가장 좋은 결과를 보여주기 때문에 질병통제예방센터(Centers for Disease Control)에서 전반적으로 가장 권장하는 항생제이다. 페니실린은 낮은 농도에서 높은 농도까지 ''T. pallidum''을 억제할 수 있으며 심지어 죽일 수도 있으며, 농도가 증가할수록 더욱 효과적이다.[66]
치료에는 페니실린계 등의 항생제가 유효하며[84], 치료 내용은 병기 등을 고려하여 결정한다. 일본에서는 매독의 세계적인 표준 치료약인 벤자틴 벤질페니실린 근주 제제를 사용할 수 없는 상황이 오랫동안 계속되었다. 그러나 2021년 9월에 일본 국내에서 판매 제조가 승인되었다. 해당 제제는 조기 매독, 후기 매독, 조기 선천성 매독에 적응증이 있지만, 신경 매독의 치료에는 사용되지 않는 것에 주의해야 한다. 또한, 치료 개시 후 24시간 이내에 Jarish-Herxheimer 반응이라고 불리는 발열, 발진 등의 증상이 일어나는 케이스가 자주 있다.
7. 백신
2024년 현재 매독에 대한 백신은 개발되지 않았지만, 감염 예방을 위해 사후 노출 예방 요법으로 독시사이클린을 사용할 수 있다.[68][69][70] T. pallidum의 외막에는 항체가 효과를 발휘하기에 표면 단백질이 너무 적다. 안전하고 효과적인 매독 백신 개발 노력은 체액성 및 세포성 면역 기전의 상대적 중요성에 대한 불확실성,[71] 그리고 T. pallidum 외막 단백질이 명확하게 밝혀지지 않았기 때문에 어려움을 겪고 있다.[72][73] 반면에, 알려진 일부 항원은 세포 내에 존재하며, 항체는 감염을 제거하는 데 효과가 없다.[74][75] 지난 세기 동안 여러 시제품이 개발되었지만, 이들 중 어떤 것도 감염으로부터 보호하지 못했지만, 일부는 세균이 원격 장기로 확산되는 것을 막고 치유를 촉진했다.[76]
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