엔테로코커스 패칼리스

1. 개요

엔테로코커스 패칼리스(Enterococcus faecalis, E. faecalis)는 운동성이 없는 세균으로, 다양한 감염을 유발할 수 있으며 항생제 내성을 나타내는 경우가 많다. 생리학적으로는 다양한 에너지원을 대사하고 극한 환경에서도 생존하며, 병원성 관련 독성 인자를 가지고 있다. 다양한 항생제에 내성을 보이며, 특히 반코마이신 내성이 문제가 된다. 치료를 위해 여러 약물 조합이 연구되고 있으며, DNA 복구, 생물막 형성 등의 특징을 갖는다. 또한, 수질 지표로 사용되기도 하며, 인간 배출이 수역 오염의 원인이 될 수 있다.

2. 생리학

E. faecalis는 운동성이 없는 미생물이다. 가스를 생성하지 않고 포도당을 발효시키며, 과산화수소와 함께 카탈레이스 반응을 일으키지 않는다. 리트머스 우유를 환원시키지만, 젤라틴은 액화시키지 않는다. 통성 혐기성 세균으로 영양 배지에서 일관된 성장을 보인다. 글리세롤, 젖산, 말산, 구연산, 아르기닌, 아그마틴 및 많은 케토산을 비롯한 다양한 에너지원을 대사한다. 엔테로코커스(Enterococci)는 극한의 알칼리성 pH (9.6) 및 염 농도를 포함한 매우 혹독한 환경에서도 생존한다. 이 세균은 담즙산(bile salts), 세제, 중금속, 에탄올, 아지드 및 건조에 견딘다. 10~45°C 범위에서 생장할 수 있으며, 60°C에서 30분간 생존할 수 있다.

3. 병원성

E. faecalis는 대부분 건강한 사람에게서 발견되지만, 심내막염, 패혈증, 요로감염증(UTI), 수막염 등 다양한 감염을 유발할 수 있다. 이러한 감염에는 세포용해소, 응집 물질 등 플라스미드에 의해 암호화된 독성 인자들이 기여한다.

E. faecalis는 L-DOPA를 탈탄산화할 수 있는 티로신 탈카르복실라제 효소를 함유하고 있는데, 이는 파킨슨병 치료에 중요한 약물이다. L-DOPA가 장내 미생물군에서 탈탄산화되면 혈액뇌관문을 통과하여 뇌에서 도파민으로 탈탄산화될 수 없다.

3.1. 독성 인자

E. faecalis는 여러 독성 인자를 가지고 있어 감염을 유발할 수 있다. 플라스미드에 의해 암호화되는 세포용해소는 용혈소의 일종으로, 감염 동물 모델에서 병원성에 중요한 역할을 한다. 세포용해소는 고농도 젠타마이신 내성과 함께 인간 균혈증 환자의 사망 위험을 5배 증가시킨다. "응집 물질"이라고 불리는 플라스미드에 의해 암호화된 세균 부착소 또한 감염 동물 모델에서 독성에 중요한 역할을 한다.

그 외에도 다음과 같은 독성 인자들이 알려져 있다.

* 장기간의 영양 결핍을 견딜 수 있다.
* 상아질에 결합하여 상아 세관으로 침투한다.
* 숙주의 반응을 변화시킨다.
* 림프구의 작용을 억제한다.
* 용해 효소, 세포 용해소, 응집 물질, 페로몬, 지방산태호산을 가지고 있다.
* 혈청을 영양 공급원으로 사용한다.
* 세포 외 슈퍼옥사이드를 생성하여 염색체 불안정성을 유발할 수 있다.
* 근관 내 약제(예: 수산화 칼슘)에 저항성을 가진다.
* pH 항상성을 유지한다.
* 상아질의 특성으로 인해 수산화 칼슘의 효과가 감소한다.
* 다른 세포와 경쟁한다.
* 바이오필름을 형성한다.
* 숙주 프로테아제 플라스미노겐을 활성화하여 국소 조직 파괴를 증가시킨다.

4. 항생제 내성

E. faecalis는 아미노글리코사이드, 아즈트레오남, 세팔로스포린, 클린다마이신, 나프실린, 옥사실린, 트리메토프림/설파메톡사졸 등 많은 항균제에 내성을 보인다. 이러한 내성은 염색체 또는 플라스미드 내에 약물 내성과 관련된 여러 유전자의 존재에 의해 매개된다. 반코마이신 내성 E. faecalis는 점점 더 흔해지고 있다.

4.1. 다제내성 (Multi-drug resistance, MDR)

E. faecalis는 아미노글리코사이드, 아즈트레오남, 세팔로스포린, 클린다마이신, 반합성 페니실린류 나프실린과 옥사실린, 트리메토프림/설파메톡사졸 등 일반적으로 많이 사용되는 항균제에 저항성이 있다. E. faecalis에서 반코마이신에 대한 내성은 점점 더 보편화되고 있다.

반코마이신 내성 E. faecalis (VRE)에 대한 치료 옵션으로는 니트로푸란토인(합병증이 없는 요로감염증의 경우), 리네졸리드, 댑토마이신이 있으며, 박테리아가 감수성이 있는 경우에는 암피실린이 선호된다. 퀴누프리스틴/달포프리스틴은 E. faecalis가 아니라 Enterococcus faecium을 치료하는 데 사용된다.

치근관 치료에서 차아염소산 나트륨(NaOCl)과 클로르헥시딘(CHX)은 치근관을 분리하기 전에 E. faecalis 제거를 위해 사용되지만, 최근 연구에 따르면 차아염소산 나트륨 또는 클로르헥시딘은 E. faecalis를 제거하는 능력이 낮다는 것이 확인되었다.

4.2. 복합 약물 치료법

약물 감수성이 있는 엔테로코커스 패칼리스(E. faecalis)의 중증 감염(예: 심장 판막 감염)에는 복합 약물 치료법이 효과를 보일 수 있다. 암피실린과 반코마이신에 내성이 있는 균주(아미노글리코사이드에 대한 높은 내성이 없는)는 젠타마이신과 암피실린 항생제로 치료할 수 있다. 신독성이 덜한 암피실린과 세프트리악손 병용 요법은 암피실린에 민감한 E. faecalis에 대한 대안으로 사용될 수 있다.(E. faecalis는 세팔로스포린에 내성이 있지만 세프트리악손은 암피실린과 상승 작용을 한다.)

댑토마이신 또는 리네졸리드는 암피실린 및 반코마이신 내성의 경우 효능을 나타낼 수도 있다.

과거에는 페니실린과 스트렙토마이신 병용 요법을 사용했다.

4.3. DNA 복구

사람의 혈액 내에서 엔테로코커스 패칼리스는 DNA 손상을 일으키는 조건에 노출되지만, DNA 복구 과정을 통해 이러한 손상에서 살아남을 수 있다. 이러한 손상 내성은 DNA 이중 가닥 절단의 재조합 복구에 사용되는, 엔테로코커스 패칼리스 게놈에 의해 암호화된 두 단백질 복합체인 RexAB에 부분적으로 의존한다.

4.4. 생물막 형성

엔테로코커스 패칼리스(E. faecalis)의 생물막 형성은 극한 환경에서 생존하는 데 기여하며, 특히 다제 내성 균주의 경우 지속적인 세균 감염을 유발하는 데 관여한다. E. 패칼리스의 생물막 형성은 DNA 방출과 관련이 있으며, 이러한 방출은 생물막 형성의 근본적인 측면으로 부상했다. E. 패칼리스에서 접합 플라스미드 DNA 전달은 펩타이드 성 페로몬의 방출에 의해 강화된다.

5. 역사

1984년 이전에는 E. faecalis는 연쇄상구균(Streptococcus) 속의 구성원으로, Streptococcus faecalis로 알려졌다.

6. 게놈 구조

E. faecalis^영어 게놈은 322만 개의 염기쌍과 3,113개의 단백질 코딩 유전자로 구성된다.

7. 소형 RNA (Small RNA)

세균성 소형 RNA는 많은 세포 과정에서 중요한 역할을 한다. E. faecalis V583에서 11개의 소형 RNA가 실험적으로 특성화되었으며, 다양한 성장 단계에서 검출되었다. 이 중 5개는 스트레스 반응 및 독성과 관련된 것으로 나타났다.

전장 유전체 sRNA 연구에 따르면 일부 sRNA는 다른 Enterococcus인 E. faecium의 항생제 내성 및 스트레스 반응과 관련이 있는 것으로 나타났다.

8. 수영장 오염

엔테로코커스 패칼리스(E. faecalis)는 인간의 분변에 흔히 존재하는 박테리아로, 수영장이나 해변 등 레크리에이션 수역의 수질을 평가하는 지표로 사용된다.

8.1. 레크리에이션 수질 지표

E. 패칼리스는 인간에게 흔한 분변 박테리아이기 때문에, 레크리에이션용 수역 시설(수영장이나 바다에서 수영을 허용하는 해변 등)에서는 수질을 평가하기 위해 E. 패칼리스의 농도를 측정하며, 농도가 높을수록 수질이 나쁘다는 것을 의미한다. E. 패칼리스를 수질 지표로 사용하는 것은 여러 연구에서 E. 패칼리스의 농도가 높을수록 수영객의 질병 발생률이 높아진다는 보고에 따라 세계 보건 기구(WHO)와 많은 선진국에서 권장하고 있다. 이러한 상관 관계는 담수 및 해양 환경 모두에서 존재하므로, 모든 레크리에이션용 수역에 적용된다.

그러나 이러한 상관 관계가 E. 패칼리스가 수영객 질병의 궁극적인 원인임을 의미하는 것은 아니다. 한 가지 대안적인 설명은 E. 패칼리스의 높은 농도가 수영객에게 질병을 유발하는 수중 인체 바이러스의 높은 농도와 관련이 있다는 것이다. 이러한 주장이 그럴듯하게 들릴 수 있지만, 현재로서는 E. 패칼리스와 인체 바이러스(또는 기타 병원체) 수준 사이의 연관성을 확립하는 증거는 거의 없다. 따라서 E. 패칼리스와 수질 사이의 강한 상관 관계에도 불구하고, 이러한 상관 관계의 인과 관계를 결정하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다.

8.2. 인간 배출

해변 근처 또는 해변에 있는 레크리에이션 수역의 경우, E. faecalis는 모래와 인체와 같은 여러 출처에서 비롯될 수 있다. E. faecalis의 출처를 파악하는 것은 수질 오염을 제어하는 데 매우 중요하지만, 출처는 흔히 비점오염원(예: 수영하는 사람)이다. 따라서 한 연구에서는 해변에서 수영하는 사람들이 얼마나 많은 E. faecalis를 배출하는지 조사했다. 첫 번째 참가자 그룹은 해수가 담긴 대형 풀에 15분씩 4주기 동안, 미리 모래와 접촉한 경우와 그렇지 않은 경우를 모두 포함하여 몸을 담갔다. 그 결과 각 주기마다 E. faecalis 수치가 감소하여, 사람들이 처음 풀에 들어갈 때 가장 많은 세균을 배출한다는 것을 시사했다. 두 번째 참가자 그룹은 해변 모래와 접촉한 후 작은 개별 풀에 들어갔으며, 연구진은 풀의 E. faecalis가 참가자들이 가져온 모래에서 얼마나 유래했는지, 그리고 참가자들의 배출에서 얼마나 유래했는지에 대한 데이터를 수집했다. 그 결과, 모래에서 유래한 E. faecalis는 인간의 배출에서 유래한 것에 비해 매우 적다는 것을 보여주었다. 이 결과가 모든 종류의 모래에 적용될 수 있는 것은 아니지만, 인간의 배출이 레크리에이션 수역에서 E. faecalis의 주요 비점오염원이라는 잠정적인 결론을 내릴 수 있다.

9. 치료 연구

글루탐산 라세마제, 히드록시메틸글루타릴-CoA 합성효소, 디포스포메발론산 탈카복실화효소, 토포이소머라제 DNA 자이레이스 B, D-알라닌-D-세린 연결효소, 알라닌 라세마제, 인산 아세틸전이효소, NADH 과산화효소, 포스포판테테인 아데닐릴전이효소(PPAT), 아실 캐리어 단백질, 3-데하이드로퀴네이트 탈수소효소, 데옥시뉴클레오티드 삼인산 삼인산 가수분해효소는 모두 EF 감염 치료에 사용될 수 있는 잠재적인 분자이다.

바실루스 헤이네시(Bacillus haynesii) CD223과 아드베넬라 미미가르데포르덴시스(Advenella mimigardefordensis) SM421은 엔테로코커스 패칼리스(Enterococcus faecalis)의 성장을 억제할 수 있다.