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클로스트리디움 보툴리눔

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목차

1. 개요

클로스트리디움 보툴리눔(Clostridium botulinum)은 그람 양성의, 포자를 형성하는 세균으로, 산소가 없는 환경에서 생존하며 보툴리누스 독소를 생성한다. 이 세균은 네 개의 표현형 그룹과 일곱 개의 혈청형으로 분류되며, 보툴리누스 독소는 이 종의 특징이다. 이 독소는 인간에게 보툴리누스 중독증을 유발하며, A, B, E, F, H형이 질병과 관련이 있다.

보툴리누스 중독은 주로 독소를 함유한 음식 섭취, 상처 감염, 또는 영아의 경우 꿀 섭취로 인해 발생한다. 식중독 보툴리즘은 섭취 후 18~36시간 내에 증상이 나타나며, 상처 보툴리즘은 주사 약물 사용과 관련이 있다. 영아 보툴리즘은 변비 등의 소화기 증상 후 전신 쇠약으로 이어진다.

진단은 임상 증상, 병력 청취, 생물학적 검사, 세균 분리 등을 통해 이루어진다. 치료는 항독소 투여와 호흡 부전 관리를 포함하며, 백신은 현재 개발 중이다. 보툴리누스 독소는 보톡스 등의 의약품 제조에 사용되며, 생물 무기로서의 잠재력도 가지고 있다.

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클로스트리디움 보툴리눔
개요
겐티안 바이올렛으로 염색된 클로스트리디움 보툴리눔
겐티안 바이올렛으로 염색된 클로스트리디움 보툴리눔
명명자van Ermengem, 1896
분류
도메인세균 Bacteria
문후벽균문
강클로스트리디움강
목클로스트리디움목
과클로스트리디움과
속클로스트리디움속
특징
종류내생포자 형성 세균
설명보툴리누스균은 van Ermengem에 의해 1896년에 명명되었다.
질병보툴리누스 중독증을 일으키는 신경독소를 생성
진단보툴리누스 중독증의 실험실 진단은 Clinical Microbiology Reviews에 상세히 설명되어 있음
추가 정보Tiwari A, Nagalli S에 의해 기술됨
참고 문헌
참고 문헌 정보Schneider KR, Silverberg R, Chang A, Goodrich Schneider RM, Preventing Foodborne Illness: Clostridium botulinum
Peck MW, Biology and genomic analysis of Clostridium botulinum
Lindström M, Korkeala H, Laboratory diagnostics of botulism
Košenina S, Masuyer G, Zhang S, Dong M, Stenmark P, Crystal structure of the catalytic domain of the Weissella oryzae botulinum-like toxin

2. 미생물학

''클로스트리디움 보툴리눔''(''C. botulinum'')은 그람 양성의 막대 모양이며, 포자를 형성하고 산소가 없는 환경에서 살아가는 절대 혐기성 세균이다.[1] 하지만 슈퍼옥사이드 불균등화 효소라는 효소 덕분에 미량의 산소는 견딜 수 있다.[7] 이 세균은 포자를 형성할 때만 신경독소를 생성하는데, 이는 산소가 없는 환경에서만 가능하다.

''C. botulinum''은 생산하는 보툴리눔 독소의 항원성에 따라 7개의 혈청형(A–G)으로 분류되며, 4개의 뚜렷한 표현형 그룹(I-IV)으로 나뉜다.[8][9] DNA 염기 서열 수준에서 표현형 그룹은 전체 게놈 및 rRNA 분석 결과와 일치하며,[27][55] 혈청형 그룹은 독소 서열에 특화된 분석 결과와 대략 일치한다. 그러나 독소 유전자 클러스터가 수평적으로 이동할 수 있기 때문에 두 개의 계통 발생 나무는 일치하지 않는다.[10]

보툴리누스라는 이름은 라틴어 botulus|보툴루스la(소시지)에서 유래했는데, 19세기 유럽에서 소시지나 햄을 먹은 사람들에게서 식중독이 발생했기 때문이다.[1] 독일의 의사이자 시인이었던 유스티누스 케르너는 이러한 중독이 지방 속 독성 물질 때문이라고 생각했고, 1896년 벨기에의 의학자 에밀 반 에르멩겜이 원인균과 독성 물질을 발견하여 이름을 붙였다. 햄이나 소시지에 발색제로 첨가되는 아질산염은 발색 작용보다는 보툴리누스균의 번식을 억제하기 위해 사용된다.

처음에는 속으로 생각되어 botulus|보툴루스la에 형용사 어미 "-inus|-이누스la"를 붙여 라고 불렀다. 보툴리누스균이라는 이름은 여기서 유래한다. 1923년 속으로 변경되면서 중성 명사인 Clostridium|클로스트리디움la에 맞춰 으로 바뀌었다. 라틴어로 보면 "소시지의 클로스트리듐균"이라는 뜻이다.

2. 1. 형태 및 생리적 특징

그람 양성의 막대 모양, 포자를 형성하는 세균이다.[1] 이 세균은 절대 혐기성 세균으로, 산소가 없는 환경에서 생존한다. 하지만, ''C. botulinum''은 거의 모든 산소 노출 세포에서 중요한 항산화 방어 기작인 효소 슈퍼옥사이드 불균등화 효소 덕분에 미량의 산소도 견딜 수 있다.[7] ''C. botulinum''은 포자 형성 동안에만 신경독소를 생성할 수 있으며, 이는 혐기성 환경에서만 가능하다.

2. 2. 분류

''클로스트리디움 보툴리눔''은 생산되는 보툴리눔 독소의 항원성을 기준으로 일곱 개의 혈청형(A–G)으로 분류되며, 네 개의 뚜렷한 표현형 그룹(I-IV)으로 나뉜다.[8][9] DNA 염기 서열 수준에서 표현형 그룹은 전체 게놈 및 rRNA 분석 결과와 일치하며,[27][55] 혈청형 그룹은 독소 서열에 특화된 분석 결과와 대략 일치한다. 두 개의 계통 발생 나무가 일치하지 않는 이유는 독소 유전자 클러스터가 수평적으로 이동할 수 있기 때문이다.[10]

2. 3. 혈청형 (Serotypes)

보툴리누스 신경독소(BoNT) 생산은 이 종의 통일된 특징이다. 7가지 혈청형 독소가 확인되었으며, 각 혈청형에는 문자(A–G)가 할당되어 있다. 이들은 위장관에서 발견되는 효소에 의한 분해에 저항성이 있어, 섭취된 독소는 장에서 혈류로 흡수될 수 있다.[5] 독소는 더 작은 변이를 기반으로 아형으로 세분화될 수 있다.[11]

모든 종류의 보툴리누스 독소는 100 °C에서 15분(900초) 동안 가열하면 빠르게 파괴된다. 80 °C에서 30분 동안 가열해도 BoNT는 파괴된다.[12][13]

대부분의 균주는 한 가지 유형의 BoNT를 생성하지만, 여러 독소를 생성하는 균주도 보고되었다. B형과 F형 독소를 생성하는 ''클로스트리디움 보툴리눔''(C. botulinum)은 뉴멕시코와 캘리포니아에서 발생한 인간 보툴리즘 사례에서 분리되었으며, 독소 유형은 Bf로 지정되었다. 마찬가지로, Ab 및 Af 독소를 생성하는 균주도 보고되었다.[10]

신경독소 유전자는 수평 유전자 이동의 대상이 되었으며, 이는 바이러스(박테리오파지) 기원에서 비롯되었을 가능성이 있다. 일부 ''C. botulinum'' 균주에서 독소를 감싸는 통합 부위의 존재가 이 이론을 뒷받침한다. 그러나 이러한 통합 부위는 (C형과 D형을 제외하고) 분해되어, ''C. botulinum''이 진화 과정에서 상당히 오래 전에 독소 유전자를 획득했음을 나타낸다. 유전자가 위치한 플라스미드 및 기타 이동성 요소를 통해 추가적인 전달이 여전히 발생한다.[15]

2. 3. 1. 질병과 관련된 독소 유형

보툴리누스 신경독소(BoNT)는 이 종의 통일된 특징으로, A–G까지 7가지 혈청형 독소가 확인되었다. 이 중 A, B, E, F, H형(FA)이 인간에게 질병을 일으킬 수 있다. 이 독소들은 위장관 효소에 의한 분해에 저항성이 있어 섭취 시 장에서 혈류로 흡수된다.[5] 독소는 더 작은 변이를 기반으로 아형으로 세분화될 수 있다.[11]

A, B형은 식중독과 관련이 있으며, E형은 특히 어류 제품과 관련이 있다. C형은 조류에게 연경(limber-neck)을 유발하고, D형은 다른 포유류에게 보툴리즘을 유발한다.[16] G형은 질병과 관련이 없으며,[17] "H"형은 A형과 F형의 재조합 독소로 A형 항독소로 중화될 수 있어 별개의 유형으로 간주되지 않는다.[19]

정량적 PCR을 사용하여 A, B, E, F형의 유전자를 쉽게 구별할 수 있다.[18]

다른 ''Clostridium'' 종 균주도 인간 보툴리즘을 유발하는데, ''C. butyricum''은 E형 독소를,[20] ''C. baratii''는 F형 독소를 생성했다.[21] ''C. botulinum''이 다른 클로스트리디아로 신경독소 유전자를 자연적으로 전달하는 능력은 식품 산업에서 우려를 낳고 있다.[10]

2. 4. 대사 (Metabolism)

''클로스트리디움 보툴리눔''의 많은 유전자는 필수 탄수화물의 분해와 당 대사에 관여한다. 키틴은 ''클로스트리디움 보툴리눔''에게 선호되는 탄소와 질소 공급원이다.[22] ''클로스트리디움 보툴리눔'' Hall 균주는 키틴 분해를 돕는 활성적인 키틴 분해 시스템을 가지고 있다.[22] ''클로스트리디움 보툴리눔'' A형과 B형의 보툴리눔 독소 생산은 질소와 탄소 영양에 영향을 받는다.[23][24][25] 이러한 과정은 또한 카타볼라이트 억제 하에 있다는 증거가 있다.[26]

2. 5. 생리적 그룹 (Groups)

생리적 차이 및 16S rRNA 유전자 염기 서열 분석 결과, ''클로스트리디움 보툴리눔'' (C. botulinum) 종은 그룹 I-IV로 세분화된다.[27] 독소를 생성하는 ''C. baratii''와 ''C. butyricum''을 그룹 V와 VI로 간략하게 칭하기도 한다. 과거 그룹 IV는 현재 ''C. argentinense''로 불린다.[50]

독소를 생성하는 ''Clostridium''의 표현형 그룹[55][50]
속성그룹 I그룹 II그룹 IIIC. argentinenseC. baratiiC. butyricum
단백질 분해(카세인)+--+--
당 분해-+--++
리파아제+++---
독소 유형A, B, FB, E, FC, DGFE
독소 유전자염색체/플라스미드염색체/플라스미드박테리오파지플라스미드염색체[28]염색체[29]
근연종해당 없음(이미 종)



그룹 II는 카세인, 응고된 달걀 흰자, 조리된 고기 입자와 같은 천연 단백질을 분해할 수 없지만, 젤라틴은 분해할 수 있다.[30]

인간 보툴리누스 중독증은 주로 그룹 I 또는 II ''C. botulinum''에 의해 발생한다.[30] 그룹 III 유기체는 주로 인간이 아닌 동물에게 질병을 유발한다.[30]

2. 6. 실험실 분리 (Laboratory isolation)

클로스트리디움 보툴리눔은 실험실에서 분리할 때 일반적으로 2% 미만의 산소 환경인 혐기성 환경에서 트립토스 아황산염 사이클로세린 (TSC) 배지를 사용한다.[31] 이러한 환경은 O2를 CO2로 대체하는 화학 반응을 이용하는 여러 상업용 키트를 통해 만들 수 있다.[31]

리파아제 양성 미생물인 클로스트리디움 보툴리눔 (그룹 I~III)은 pH 4.8~7.0 사이에서 생장하며, 락토스를 주요 탄소원으로 사용할 수 없다.[31] 이러한 특징은 생화학적 동정에 중요하다.[31]

2. 7. 전파 및 포자 형성 (Transmission and sporulation)

''클로스트리디움 보툴리눔''(''C. botulinum'')은 포자를 형성하는 세균으로, 산소가 없는 환경에서 생존하는 절대 혐기성 세균이다. 하지만 슈퍼옥사이드 불균등화 효소 덕분에 미량의 산소는 견딜 수 있다.[7] 이 세균은 포자 형성 중에만 신경독소를 생성하며, 이는 혐기성 환경에서만 가능하다.

''클로스트리디움 보툴리눔''의 포자 형성 메커니즘은 정확히 알려져 있지 않다. ''클로스트리디움 보툴리눔'' 균주는 내열성, 온도, 생물군계와 같은 환경 조건에 따라 I군, II군, III군으로 나눌 수 있다.[32] 각 군 내에서 서로 다른 균주는 생존을 위해 환경에 적응하기 위한 다른 전략을 사용한다.[32] 다른 클로스트리디움 종과 달리, ''클로스트리디움 보툴리눔''은 정지기에 들어가면 포자를 형성한다.[33] ''클로스트리디움 보툴리눔''은 포자 형성 과정을 시작하기 위해 쿼럼 감지에 의존한다.[33]

''클로스트리디움 보툴리눔'' 포자는 개인이 보툴리누스 중독에 걸리지 않는 한 사람의 대변에서 발견되지 않지만,[34] ''클로스트리디움 보툴리눔''은 사람 간에 전파될 수 없다.[35]

2. 8. 운동성 구조 (Motility structures)

''클로스트리디움 보툴리눔''의 가장 흔한 운동성은 편모이다. 이 구조는 모든 ''클로스트리디움 보툴리눔'' 균주에서 발견되지는 않지만, 대부분의 균주에서 주모성 편모를 생성한다.[36] 서로 다른 균주를 비교했을 때, 편모의 길이와 세포에 존재하는 편모의 수에도 차이가 있다.[36]

3. 생장 조건 및 예방

''C. 보툴리눔''(Clostridium botulinum)은 토양에 존재하는 박테리아이다. 이 박테리아가 생성하는 포자는 대부분의 환경에서 생존할 수 있으며, 끓는 물에서도 살아남을 정도로 매우 강하다.[37][38] 따라서 포자를 제거하기 위해서는 압력을 가해 끓이는 방식(가압 끓임)으로 통조림을 만들어야 한다.[37][38]

''C. 보툴리눔''의 최적 성장 온도는 중온 범위에 속한다. 포자 형태에서는 저산성 식품에서도 생존하여 독소를 생성할 수 있다. 이 독소는 신경계를 공격하며, 약 75 ng만으로도 성인을 사망에 이르게 할 수 있다.[39] 미국 FDA는 보툴리누스 독소를 파괴하기 위해 100 °C에서 10분 동안 식품을 가열할 것을 권장하지만, 독성이 매우 강하여 권장하지 않는다.[40]

보툴리누스 중독은 주로 가정에서 만든 통조림이나 보존 식품이 적절한 시간과 압력으로 처리되지 않았을 때 발생할 수 있다.[41]

''C. 보툴리눔''의 성장을 예방하는 방법은 다음과 같다.


  • 높은 산도
  • 높은 용해 당 비율
  • 높은 산소 수준
  • 매우 낮은 수분 수준
  • 낮은 온도 (A형의 경우 3 °C 미만)[42]


예를 들어, 강낭콩과 같이 산도가 낮은 통조림 채소는 포자가 성장하여 독소를 생성할 수 있는 환경을 제공할 수 있지만, 피클은 산도가 높아 성장을 억제한다.[42]

꿀, 옥수수 시럽 등에는 포자가 존재할 수 있지만, 고농축 설탕 용액에서는 성장할 수 없다. 하지만, 이러한 감미료가 유아의 소화 시스템에서 희석되면 포자가 성장하여 독소를 생성할 수 있다. 유아가 고형식을 섭취하기 시작하면 소화액이 산성화되어 박테리아 성장이 억제된다.[43]

''C. 보툴리눔''으로 인한 식중독을 예방하기 위해서는 포자를 열로 파괴하거나, 포자 발아를 억제하여 독소 생성을 막는 것이 중요하다. pH 4.6 이상인 저산성 식품에서 ''C. 보툴리눔'' 성장이 위험하며,[44] pH 4.9 미만에서는 성장이 억제된다.[45]

햄이나 소시지에 첨가되는 아질산염은 발색제 역할보다는 보툴리누스균의 번식을 억제하기 위해 사용된다.

영아의 경우 장내 세균총이 미발달되어 꿀, 흑설탕 등에 포함된 보툴리누스균의 포자를 섭취하면 보툴리누스 중독이 발생할 수 있다. 따라서, '''1세 미만의 영아에게는 꿀을 먹여서는 안 된다''' (1987년 10월 20일, 후생성 통지).[102]

보툴리누스균은 고온에 강하지만, 보툴리누스 독소 자체는 100℃에서 1-2분 가열하면 비활성화된다.[104] 따라서 보툴리누스균에 의한 식중독을 예방하려면, 먹기 직전에 식품을 가열하는 것이 효과적이다.

아질산나트륨은 햄, 소시지, 베이컨, 콘비프, 명란젓, 대구알 등 식품 가공 분야에서 보툴리누스균의 증식을 억제하는 효과가 있다.[105]

4. 분류학적 역사 (Taxonomic history)

''C. 보툴리눔''은 1895년 에밀 반 에르멩겜에 의해 처음 인식되고 분리되었으며, 가정에서 훈제한 햄에서 발생한 보툴리누스 중독증 사고와 관련이 있었다.[46] 이 분리주는 원래 소시지를 뜻하는 라틴어 단어 botulusla를 따서 ''Bacillus botulinusla''로 명명되었다. ("소시지 중독"은 18세기와 19세기 독일에서 흔한 문제였으며, 보툴리누스 중독에 의해 발생했을 가능성이 높다.)[47] 그러나 이후 발생한 중독 사고에서 분리된 균주는 항상 혐기성 생물의 포자 형성체였기 때문에 이다 A. 벵츠손은 두 종을 모두 Clostridiumla 속에 배치할 것을 제안했다. 왜냐하면 속 ''Bacillus''는 호기성 생물의 포자 형성 간균으로 제한되었기 때문이다.[48]

1959년 이후, 보툴리누스 신경독소(A~G형)를 생성하는 모든 종은 ''C. botulinum''으로 지정되었다. 이 종 내에서 실질적인 표현형 및 유전자형 증거가 존재하여 이질성을 입증하며, 다른 종에 걸쳐 최소 4개의 명확하게 정의된 "그룹"이 존재한다.[49][50]

2018년 현재 상황은 다음과 같다.[50]


  • ''C. botulinum'' G형 (= 그룹 IV) 균주는 1988년 이후 자체 종인 ''C. 아르겐티넨세''이다.[51]
  • 보툴리누스 독소를 생성하지 않는 그룹 I ''C. botulinum'' 균주는 ''C. 스포로게네스''라고 한다. 두 이름 모두 1999년부터 보존된 이름이다.[52] 그룹 I에는 또한 ''C. 콤베시''가 포함된다.[53]
  • 다른 방식으로 ''C. baratii'' 또는 ''C. butyricum''으로 분류되지 않은 다른 모든 보툴리누스 독소 생성 박테리아는[54] ''C. botulinum''이라고 한다. 이 그룹은 여전히 3개의 유전자 그룹을 포함한다.[50]


Smith ''et al.'' (2018)은 그룹 I을 ''C. 파라보툴리눔''이라고 하고 그룹 III을 ''C. 노비'' ''sensu lato''라고 불러 그룹 II만 ''C. botulinum''에 남겨야 한다고 주장한다. 이 주장은 LPSN에서 받아들여지지 않으며 원핵생물 코드에 따라 표준 균주의 부당한 변경을 초래할 것이다. (현재 표준 균주 ATCC 25763은 그룹 I에 속한다.)[50] Dobritsa ''et al.'' (2018)은 공식적인 설명 없이, 그룹 II가 잠재적으로 두 개의 새로운 종으로 만들어질 수 있다고 주장한다.[55]

''C. botulinum'' ATCC 3502의 전체 유전체는 2007년 웰컴 트러스트 생어 연구소에서 시퀀싱되었다. 이 균주는 "A"형 독소를 암호화한다.[56]

5. 진단 (Diagnosis)

의사들은 환자의 임상 증상을 통해 보툴리누스 중독증 진단을 고려할 수 있다. 여기에는 양측성 뇌신경병증의 급성 발병과 대칭적인 하행성 쇠약이 포함된다.[57][58] 보툴리누스 중독증의 주요 특징은 다음과 같다.[59][60]


  • 발열 없음
  • 대칭적인 신경학적 결손
  • 정상 또는 느린 심박수 및 정상 혈압
  • 흐린 시야를 제외한 감각 결손 없음


길랭-바레 증후군, 뇌졸중, 중증 근무력증과 같이 유사한 증상을 보이는 다른 질환을 배제하고 보툴리누스 중독증 유형을 진단하기 위해서는 자세한 병력 청취 및 신체 검사가 필수적이다.[61] 보툴리누스 중독증 유형에 따라 다음과 같은 검사들이 필요할 수 있다.

  • 식중독 보툴리누스 중독증: 혈청 내 독소 분석을 수행한다. 독소의 증명이 진단에 중요하다.[62]
  • 상처 보툴리누스 중독증: 상처 부위에서 ''C. botulinum''균 분리를 시도한다. 세균의 증식이 진단에 중요하다.[63]
  • 성인 장내 보툴리누스 중독증 및 영아 보툴리누스 중독증: 대변 검체에서 ''C. botulinum''균을 분리 및 증식시킨다. 이는 진단에 중요하다.[64] 영아 보툴리누스 중독증은 응급실에서 종종 놓치는 진단이다.[65]


다른 질환을 배제하기 위한 추가 검사는 다음과 같다.

  • 근전도 검사(EMG) 또는 항체 검사: 중증 근무력증 및 람베르트-이튼 근무력 증후군(LEMS) 배제에 도움을 준다.[66]
  • 뇌척수액(CSF) 단백질 및 혈액 검사: 길랭-바레 증후군 및 뇌졸중 배제에 도움을 준다.[67]
  • 발진이나 진드기 존재 여부에 대한 상세한 신체 검사: 진드기에 의해 전염되는 진드기 마비 배제에 도움을 준다.[68]

6. 병리학 (Pathology)

클로스트리디움 보툴리눔(''C. botulinum'')은 그람 양성 세균으로, 막대 모양이며 포자를 형성한다.[1] 이 세균은 절대 혐기성 세균으로 산소가 없는 환경에서 생존하지만, 슈퍼옥사이드 불균등화 효소 덕분에 미량의 산소는 견딜 수 있다.[7] ''C. botulinum''은 포자 형성 동안에만 신경독소를 생성할 수 있으며, 이는 혐기성 환경에서만 가능하다.

보툴리누스 신경독소(BoNT) 생산은 이 종의 통일된 특징이다. 7가지 혈청형 독소(A–G)가 확인되었으며, 이 중 A, B, E, F, H(FA)형이 인간에게 질병을 일으킬 수 있다. 이들은 위장관 효소에 의한 분해에 저항성이 있어, 섭취 시 장에서 혈류로 흡수될 수 있다.[5] 독소는 더 작은 변이를 기반으로 아형으로 세분화될 수 있다.[11]

대부분의 균주는 한 가지 유형의 BoNT를 생성하지만, 여러 독소를 생성하는 균주도 보고되었다. B형과 F형 독소를 생성하는 ''C. botulinum''은 뉴멕시코와 캘리포니아에서 발생한 인간 보툴리즘 사례에서 분리되었으며, B형 독소가 더 많이 발견되어 Bf로 지정되었다.[14] Ab 및 Af 독소를 생성하는 균주도 보고되었다.[10]

모든 종류의 보툴리누스 독소는 100 °C에서 15분(900초) 동안 가열하거나 80 °C에서 30분 동안 가열하면 파괴된다.[12][13]

''C. botulinum''은 유전적, 생리학적 차이에 따라 그룹 I-IV로 분류된다. 일부 다른 ''Clostridium'' 종도 보툴리누스 독소를 생성하여 인간 보툴리즘을 유발할 수 있다.

독소를 생성하는 ''Clostridium''의 표현형 그룹[55][50]
속성그룹 I그룹 II그룹 IIIC. argentinenseC. baratiiC. butyricum
단백질 분해(카세인)
당 분해
리파아제
독소 유형A, B, FB, E, FC, DGFE
독소 유전자염색체/플라스미드염색체/플라스미드박테리오파지플라스미드염색체[28]염색체[29]
근연종해당 없음(이미 종)



그룹 II는 카세인과 같은 천연 단백질은 분해할 수 없지만, 젤라틴은 분해할 수 있다.[30]

인간 보툴리누스 중독증은 주로 그룹 I 또는 II ''C. botulinum''에 의해 발생하며,[30] 그룹 III 유기체는 주로 동물에게 질병을 유발한다.[30]

보툴리눔 독소는 신경 종말에 작용하여 아세틸콜린 방출을 억제한다. 신경 지배를 받는 근육은 이완성 마비와 부교감 신경 차단 증상을 일으킨다. 이 작용은 비가역적이며, 신경 종말이 재생될 때까지 회복되지 않는다. 정제된 보툴리눔 독소는 희석하여 치료 목적으로 사용되기도 한다.[73]

6. 1. 식중독 보툴리즘 (Foodborne botulism)

보툴리누스 신경독소(BoNT)를 섭취하여 발생하는 식중독 보툴리즘의 증상은 일반적으로 독소가 체내에 들어간 후 18~36시간 사이에 시작되지만,[69][70] 섭취한 독소의 양에 따라 몇 시간에서 며칠까지 걸릴 수 있다. 증상은 다음과 같다:[69][70]

  • 복시
  • 흐린 시야
  • 안검하수
  • 메스꺼움, 구토 및 복부 경련
  • 어눌한 발음
  • 호흡 곤란
  • 삼키기 어려움
  • 구강 건조
  • 근육 약화
  • 변비
  • 무릎 반사 등 심부 건 반사 감소 또는 소실


대부분은 보툴리누스 독소를 포함한 음식을 섭취함으로써 발생한다. ''클로스트리디움 보툴리눔''이 주 원인균이며, 드물게 ''C. butyricum'', ''C. baratii''가 원인이 되기도 한다.

6. 2. 상처 보툴리즘 (Wound botulism)

상처 보툴리즘은 대부분 하루에 여러 번 약물을 주사하는 사람들에게서 발생하기 때문에, 증상이 처음 나타난 시점과 독소가 체내에 들어온 시점을 파악하기 어렵다. 이는 검은 타르 헤로인을 주사하는 사람들에게서 더 흔하게 나타난다.[71] 상처 보툴리즘의 징후 및 증상은 다음과 같다:[70][72]

  • 삼키거나 말하기 어려움
  • 얼굴 양쪽의 근력 약화
  • 흐릿하거나 복시
  • 눈꺼풀 처짐
  • 호흡 곤란
  • 마비

6. 3. 영아 보툴리즘 (Infant botulism)

영아 보툴리즘은 일반적으로 독소가 아기의 몸에 들어간 후 18~36시간 이내에 문제가 시작되며, 다음과 같은 징후와 증상이 나타난다.[65][70]

  • 변비 (종종 첫 번째 징후)
  • 근육 약화로 인한 흐느적거리는 움직임과 머리 제어 곤란
  • 약한 울음소리
  • 과민성
  • 침 흘림
  • 안검하수
  • 피로
  • 젖을 빨거나 음식을 먹는 어려움
  • 마비[70]


장내 세균총이 미발달된 영아는 보툴리누스균의 포자를 함유한 꿀, 흑설탕 등을 섭취하면 보툴리즘에 걸릴 수 있다. 보툴리누스균의 포자는 고온에 견디기 때문에 일반적인 가열 조리로는 꿀 속의 포자를 제거할 수 없다. 영아는 성인에 비해 장내 세균총이 미발달되어 있고 소화관이 짧기 때문에, 성인에서는 위에서 불활성화되는 보툴리누스균이 영아에서는 소장까지 도달하여 발병하는 것으로 생각된다.

포자는 영아의 체내에서 발아하여 보툴리누스 독소를 생성한다. 원인이 되는 음식으로는 흑설탕[98][99] 등이 있지만, 꿀과의 인과 관계가 명확하게 밝혀졌다.[100][101] 따라서 '''1세 미만의 영아에게 꿀을 먹여서는 안 된다.'''[102] (1987년 10월 20일, 후생성 통지)

영아 보툴리누스증은 변비 등의 소화기 증상[103]에 이어 전신 쇠약이 나타나 목을 가누지 못하게 되는 증상을 보인다.

6. 4. 보툴리눔 독소의 유익한 효과 (Beneficial effects of botulinum toxin)

정제된 보툴리눔 독소는 희석하여 치료 목적으로 사용된다.[73]

질환설명
선천성 골반 기울기
연축성 발성 장애후두 근육의 무력증
무이완증식도 협착
사시눈의 엇갈림
안면 근육 마비
자궁 경부 부전
빈번한 눈 깜빡임
항암제 전달[74]



보툴리눔 독소는 신경 종말에 작용하여 아세틸콜린 방출을 억제한다. 신경 지배를 받는 근육은 이완성 마비와 부교감 신경 차단 증상을 일으킨다. 이 작용은 비가역적이며, 신경 종말이 재생될 때까지 회복되지 않는다.

6. 5. 성인 장 독소증 (Adult intestinal toxemia)

성인 장 독소증은 영아 보툴리누스증과 동일한 경로로 발생하는 매우 드문 형태의 보툴리누스증이다. 드물게 산발적으로 발생한다. 징후 및 증상은 다음과 같다.[75]

  • 복통
  • 흐릿한 시야
  • 설사
  • 구음 장애
  • 불균형
  • 팔과 손 부위의 쇠약[76]

7. 치료 (Treatment)

보툴리즘 진단 또는 의심 시, 환자는 즉시 입원해야 하며, 검사 결과와 관계없이 항독소 치료를 즉시 시작하여 사망률을 낮춰야 한다.[77][78][79] 보툴리즘으로 인한 주요 사망 원인은 호흡 부전이므로, 즉시 기관 삽관을 하는 것이 좋다.[77][78][79]

북미에서는 자연 발생 보툴리즘(비유아)의 모든 혈청형 치료에 말 유래 7가 보툴리눔 항독소를 사용한다. 1세 미만 영아의 경우 A형 또는 B형 치료를 위해 보툴리즘 면역 글로불린을 사용한다.[80][81]

치료 결과는 1~3개월로 다양하지만, 신속한 치료를 통해 보툴리즘 사망률을 5%~8%까지 낮출 수 있다.[82]

중독 증상이 나타나면 항독소(말 혈청)를 투여한다. (영아 보툴리누스증은 치사율이 낮아 일반적으로 사용하지 않는다.) 독소 유형별로 항독소가 있으며, 식중독성 보툴리누스증의 경우 발병 후 24시간 이내에 항독소를 투여하는 것이 좋다고 알려져 있지만, 24시간이 지난 후에도 효과가 있다는 보고가 있다.[112]

백신은 연구자용으로 보툴리누스 톡소이드가 개발되었지만, 중독 후에는 효과가 없다. 미국에서는 보툴리누스 면역 글로불린이 개발되었다.

8. 백신 (Vaccination)

과거에는 보툴리즘에 대한 포르말린 처리된 톡소이드 백신(혈청형 A-E)이 있었지만, 톡소이드 재고의 효능 저하로 인해 2011년에 중단되었다. 이 백신은 원래 노출 위험이 있는 사람들을 위해 개발되었다.[83] 현재 몇 가지 새로운 백신이 개발 중이다.[83]

연구자용으로 보툴리누스 톡소이드 백신이 개발되었지만, 중독된 후에는 효과가 없다. 또한, 미국에서 보툴리누스 면역 글로불린이 개발되었다.

9. 이용 및 검출 (Use and detection)

''클로스트리디움 보툴리눔''(''C. botulinum'')은 보톡스, 디스포트, 제오민, 뉴로블록 등의 의약품 제조에 사용된다. 이 의약품들은 근육을 선택적으로 마비시켜 근육 기능을 일시적으로 완화한다.[84] 또한 삼차 신경통으로 인한 심한 안면 통증 등 다른 "라벨 외 사용" 의학적 목적으로도 사용된다.[84]

''클로스트리디움 보툴리눔''에서 생성된 보툴리누스 독소는 매우 강력하여 잠재적인 생물 무기로 간주된다. 사람을 죽이는 데 약 75 나노그램 (LD50 1 ng/kg, 평균 체중 ~75 kg 기준)이 필요하며, 1 킬로그램으로 전 인류를 살상할 수 있다. 보툴리누스 독소의 치사량은 체중 70kg인 사람에게 가장 독성이 강한 A형 독소를 경구 투여했을 경우 약 70 μg[96][97]이며, 1g은 약 14,300명분의 치사량에 해당한다. (청산가리는 경구 투여 시 1g당 5명). 이는 자연계에 존재하는 독소 중 가장 강력한 것이다.

''클로스트리디움 보툴리눔''(''C. botulinum'') 독소 유형은 "마우스 보호" 또는 "마우스 생물 검정" 테스트를 통해 단일클론 항체를 사용하여 결정한다. 디곡시게닌으로 표지된 항체를 사용한 효소 면역 측정법 (ELISA)으로도 독소를 검출할 수 있으며,[85] 정량적 PCR은 유기체에서 독소 유전자를 검출할 수 있다.[18]

2006년 7월 12일, 경찰청과 산업기술종합연구소는 보툴리누스 독소를 10분 만에 검출하는 방법을 공동 개발했다. (기존 방법은 1~4일 소요) 이 신기술은 당과 보툴리누스 독소를 결합하여 레이저로 검출한다.

10. 지역별 분포 (C. botulinum in different geographical locations)

환경 내 ''C. 보툴리눔'' 포자에 대한 다수의 정량적 통계 조사는 특정 지리적 지역에서 특정 독소 유형의 유병률을 시사했지만, 그 이유는 아직 설명되지 않았다.[86]

위치내용
북아메리카
유럽
오스트레일리아


11. 중독 사례


  • 일본에서는 이즈시[106], 숙성 스시(나레즈시), 키리코미 등의 요리로 인한 중독이 홋카이도・도호쿠 지방을 중심으로 보고되고 있다(E형). 1969년 미야자키현청 식당에서 회식한 현 직원 등 수십 명이 보툴리누스균에 의한 식중독을 일으켜 2명이 사망했는데, 서독에서 수입된 캐비어가 원인으로 의심되었다[107]. 1984년에는 구마모토현에서 제조된 진공 포장된 겨자 연근을 먹은 36명이 보툴리누스균(A형)에 감염되어 11명이 사망했다.
  • 2006년 12월 8일 후생노동성은 우물 물을 마신 미야기현의 0세 남자아이에게서 영아 보툴리누스증이 발병했다고 발표했다[108]. 2012년 3월 24일에는 돗토리현요나고시의 60대 부부가 이와테현미야코시의 하니 식품이 제조하는 아즈키밧토를 먹고 보툴리누스증을 발병했다[109]. 2017년 4월 7일, 도쿄도는 생후 6개월 된 남자아이가 이유식으로 제공된 꿀로 인해 영아 보툴리누스증으로 사망했다고 발표했다[110].
  • 2006년 3월 22일, WHO는 태국 북부 난 주에서 발생한 식중독성 보툴리누스증 집단 발병 사례를 보고했다.[111] 이는 수제 죽순 통조림이 원인이었으며, 역사상 최대 규모의 집단 발병이었다.
  • 2006년 9월 20일, WHO는 대한민국 서울특별시에서 식중독성 보툴리누스증 의심 환자 1명이 발생했으나, 원인 식품은 밝혀지지 않았다고 보고했다.[112]

11. 1. 일본


  • 일본에서는 이즈시[106], 숙성 스시(나레즈시), 키리코미 등의 요리로 인한 중독이 홋카이도・도호쿠 지방을 중심으로 보고되고 있다(E형).
  • 1969년, 미야자키현청 식당에서 회식한 현 직원 등 수십 명이 보툴리누스균에 의한 식중독을 일으켰다. 2명이 사망했다. 원인으로 서독에서 수입된 캐비어가 의심되었다[107].
  • 1984년, 구마모토현에서 제조된 진공 포장된 겨자 연근을 먹은 36명(1도 12현)이 보툴리누스균(A형)에 감염되었고, 그 중 11명이 사망했다. 원료인 연근을 가공할 때 멸균 처리를 소홀히 하고, 게다가 진공 포장하여 상온에서 보관 유통했기 때문에, 흙 속에 번식하는 혐기성 보툴리누스균이 팩 내에서 번식한 것이 밝혀졌다.
  • 2006년 12월 8일 후생노동성은 우물 물을 마신 미야기현의 0세 남자아이에게서 영아 보툴리누스증이 발병했다고 발표했다[108]. 후생노동성에 따르면, 음료수에 의한 영아 보툴리누스증 확인은 세계에서 처음이라고 한다. 영아 보툴리누스증은 일본 국내에서 1986년 지바현에서의 첫 발병 사례 이후 약 20례(생후 1-9개월) 보고되었다. 그러나 반수 이상은 꿀을 먹고 발병한 경우이다. 환자 집의 우물에서 검출된 보툴리누스균의 오염원은 특정되지 않았다. 어떤 음료수가 영아 보툴리누스증의 발병 위험이 높은지는 명확히 밝혀지지 않았다. 대상 우물에 균열이 있어 강우 시 물이 탁해졌기 때문에, 이 우물 고유의 문제이며, 모든 우물・지하수가 문제가 되는 것은 아니다.
  • 2012년 3월 24일, 돗토리현요나고시의 60대 부부가 이와테현미야코시의 하니 식품이 제조하는 아즈키밧토(이와테현의 향토 요리. 밀가루 경단 「핫토」를 팥물로 끓인, 단팥죽과 같은 것)를 먹고 보툴리누스증을 발병했다[109]. 5년 만의 발병 사례 보고에 따라, 후생노동성은 3월 26일 전국 자치단체에 주의를 촉구하는 문서를 보냈다.
  • 2017년 4월 7일, 도쿄도는 생후 6개월 된 남자아이가 이유식으로 제공된 꿀(꿀 라벨에 그려진 주의 사항을 인지하지 못했다)로 인해 영아 보툴리누스증으로 3월 30일에 사망했다고 발표했다[110]. 영아의 사망은 일본 국내에서는 첫 사례이다.

11. 2. 해외 지원

2006년 3월 22일, WHO는 태국 북부 난 주에서 발생한 식중독성 보툴리누스증 집단 발병 사례를 보고했다.[111] 이는 수제 죽순 통조림이 원인이었으며, 역사상 최대 규모의 집단 발병이었다. 최종 환자 수는 209명, 입원 환자는 134명, 인공 호흡 관리가 필요한 환자는 42명이었다. 당시 태국에는 보툴리누스 항독소 제제가 비축되어 있지 않아 영국, 미국, 일본 등에서 항독소 제제를 제공받았다.[112]

2006년 9월 20일, WHO는 대한민국 서울특별시에서 식중독성 보툴리누스증 의심 환자 1명이 발생했으나, 원인 식품은 밝혀지지 않았다고 보고했다.[112]

12. 병기로서의 역사

보툴리누스 독소는 매우 강력하여 사람을 죽이는 데 약 75ng이 필요할 정도로 잠재적인 생물 무기로 여겨진다. (LD50 1ng/kg[39]이며, 평균 체중이 75kg인 사람을 기준으로 계산한 것이다.) 1kg이면 전 인류를 죽일 수 있다.


  • 1995년, 이라크는 생물 무기로서 보유하고 있던 약 19000L의 보툴리누스 독소를 폐기했다고 발표했다. 그러나 이는 당시 사담 후세인 정권의 자체 보고였으며, 이를 뒷받침할 만한 근거는 확인되지 않았다.[113]
  • 옴진리교(현 알레프)도 보툴리누스 독소를 연구했으며, 여러 차례 살포를 시도했지만 피해는 없었다. (옴진리교의 국가 전복 계획, 엔도 세이이치 참조)

13. 검출

경찰청과 산업기술종합연구소는 2006년 7월 12일에 보툴리누스 독소를 10분 만에 검출하는 방법을 공동 개발했다. 이는 기존의 1~4일이 걸리던 검출 시간을 획기적으로 단축시킨 것이다. 이 신기술은 당과 보툴리누스 독소의 결합을 레이저로 검출하는 방식을 사용한다.[1]

14. 관련 법규

대한민국의 감염병법에 근거하여 검사, 치료, 의약품, 그 외 후생노동성령으로 정하는 제품의 제조 또는 시험 연구 목적으로 보툴리누스균 및 독소를 소지하는 자는 "감염증 발생 예방 규정의 신고", "병원체 등 취급 주임자의 선정", "교육 훈련" 등이 의무화되어 있다.

미국 CDC에서는 생물 무기로 이용될 가능성이 높은 병원체로 보툴리누스균을 가장 위험도, 우선순위가 높은 카테고리 A로 분류하고 있다. 카테고리 A에는 보툴리누스균 외에 페스트균, 탄저균, 야토병균, 천연두 바이러스, 에볼라 바이러스 등의 출혈열 바이러스도 지정되어 있다.

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[106] 논문 いわなのいずしによるボツリヌス中毒 https://doi.org/10.3[...] 1998
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[108] 간행물 井戸水を原因食品とする乳児ボツリヌス症の報告について https://www.mhlw.go.[...] 厚生労働省
[109] 간행물 鳥取県で発生した国内５年ぶりとなる食餌性ボツリヌス症 http://www.nih.go.jp[...] 国立感染症研究所
[110] 뉴스 蜂蜜にボツリヌス菌 男児死亡で改めて注意喚起「１歳未満の乳児に与えないように」 https://www.sankei.c[...] 産経ニュース 2017-10-22
[111] 웹사이트 Botulism in Thailand 22 March 2006 http://www.who.int/c[...] WHO
[112] 간행물 タイ、韓国における食餌性ボツリヌス症発生に対する日本の抗毒素供給支援 http://idsc.nih.go.j[...] 国立感染症研究所
[113] 간행물 ＵＮＳＣＯＭ／ＵＮＭＯＶＩＣ報告による主なイラクの大量破壊兵器疑惑 https://www.mofa.go.[...] 外務省


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