탄저균
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
탄저균은 바실러스속에 속하는 그람 양성 포자 형성 간균으로, 탄저병을 일으키는 병원체이다. 1876년 로베르트 코흐에 의해 병원균임이 증명되었으며, 숯을 뜻하는 그리스어에서 유래된 종명 'anthracis'를 갖는다. 탄저균은 생물학적 무기로 사용될 수 있을 만큼 강력한 내성을 지닌 포자를 형성하며, 캡슐과 외독소를 통해 숙주를 공격한다. 탄저균은 피부, 호흡기, 소화기를 통해 감염될 수 있으며, 백신과 항생제로 예방 및 치료가 가능하다. 역사적으로 생물무기로 사용되거나 테러에 악용된 사례가 있으며, 2001년 미국 탄저균 사건은 전 세계적으로 탄저균에 대한 공포를 확산시켰다.
더 읽어볼만한 페이지
- 1872년 기재된 세균 - 녹농균
녹농균은 다양한 환경에서 발견되는 그람 음성 세균으로, 녹색 색소를 생성하여 청록색을 띠며 면역력이 저하된 환자에게 기회 감염을 일으켜 치료가 어려운 다제내성 감염증을 유발한다. - 1872년 기재된 세균 - 고초균
고초균은 극한 환경에서 내생포자를 형성하는 호기성 그람 양성균으로, 유전자 조작이 용이하여 모델 생물로 사용되며, 낫토 제조, 효소 생산, 살균제 등 다양한 분야에 활용되고 안전성이 평가되어 식품 및 우주 비행 연구에도 사용된다. - 게놈 해독이 완료된 세균 - 나균
나균(Mycobacterium leprae)은 나병을 유발하는 세포 내 기생 세균으로, 1873년 게르하르트 아르마우어 한센에 의해 발견되었으며, 인공 배양에는 성공하지 못했고, 다제요법(MDT)으로 치료한다. - 게놈 해독이 완료된 세균 - 바킬루스 세레우스
바실루스 세레우스는 1887년 푸르쉬에 의해 분리된, 식품 오염과 관련이 깊은 막대 모양의 그람 양성균으로, 포자 형성, 생물막 형성, 운동성, 다양한 대사 작용, 항생제 내성 유전자 보유 등의 특징을 가지며, 식중독 및 다양한 질병을 유발할 수 있고, 위생 관리를 통해 예방이 가능하다. - 간균속 - 고초균
고초균은 극한 환경에서 내생포자를 형성하는 호기성 그람 양성균으로, 유전자 조작이 용이하여 모델 생물로 사용되며, 낫토 제조, 효소 생산, 살균제 등 다양한 분야에 활용되고 안전성이 평가되어 식품 및 우주 비행 연구에도 사용된다. - 간균속 - 바킬루스 투링기엔시스
바킬루스 투링기엔시스(Bt)는 곤충에 독성을 나타내는 결정성 단백질을 생성하여 생물 농약으로 사용되는 세균으로, 다양한 곤충에 살충 효과를 나타내고 유전자 변형 작물 개발에 활용되지만, 저항성 증가 및 안전성 논란도 있다.
| 탄저균 - [생물]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 학명 | Bacillus anthracis |
| 명명자 | Cohn 1872 |
| 속 | Bacillus |
| 생물 분류 | |
| 역 | 세균역 |
| 문 | 후벽균문 |
| 강 | 바킬루스강 |
| 목 | 바킬루스목 |
| 과 | 바킬루스과 |
| 속 | Bacillus |
| 종 | 탄저균 |
| 로마자 표기 | Bacillus anthracis |
| 기타 정보 | |
| 참고 게놈 | Bacillus anthracis str. 'Ames Ancestor' NCBI 게놈 |
| 저널 | Bacillus anthracis Journal of Clinical Pathology |
| 내생포자 | 내생포자 |
2. 역사적 배경
까지미르 다벤느는 탄저의 증상이 늘 ''B. anthracis''라는 미생물과 동반하고 있음을 입증하였다.[45] 알로이스 폴렌더 또한 이 발견에 기여하였다. ''B. anthracis''는 1876년에 로베르트 코흐가 최종적으로 병인을 입증한 최초의 박테리아이다.[46] ''anthracis''라는 종의 이름은 숯이라는 뜻의 그리스어 낱말 ''anthrakis'' (ἄνθραξ)에서 나왔다.
탄저균(''Bacillus anthracis'')은 바실러스속에 속하는 그람 양성 포자 형성 간균이다. 종소명 ''anthracis''는 "탄저(anthrax)"를 의미하며, 이는 고대 그리스어의 "숯 (ἄνθραξgrc)"에서 유래하여 탄저 병변 부위가 숯처럼 검게 변색되는 데서 유래했다.
로베르트 코흐는 코흐의 원칙에 따라 탄저병 동물로부터 탄저균을 분리하고, 그것이 건강한 동물에 탄저병을 발병시키는 것, 그리고 그 병변부로부터 탄저균이 재분리되는 것을 보임으로써 세균 등의 미생물이 질병을 매개한다는 것을 증명했다. 이것은 세균이 병원체임을 보여준 최초의 발견이며, 이후 의학 분야에서 세균학, 감염병학이 발전하는 계기가 되었다.[34]
1881년, 루이 파스퇴르는 실험실에서 고온(40℃) 배양한 탄저균을 실험 동물에 접종하면 탄저병을 발병시키지 않을 뿐만 아니라, 그 동물에 나중에 신선한 탄저균을 접종해도 탄저병을 발병시키지 않는다는 것, 즉 탄저균에 대한 면역이 획득된다는 것을 발견했다. 이는 특정 병원체에 대한 면역을 약독성 병원체를 미리 접종함으로써 인공적으로 얻는다는 백신 개념의 중요한 발전이었다. 파스퇴르가 개발한 살아있는 약독성 세균을 접종하는 수법은 「'''약독 생균 백신'''」이라고 불린다.
3. 생물학적 분류 및 특징
탄저균은 호기성 혹은 혐기성 조건을 따지지 않고 일반적인 영양 상태에서 성장할 수 있다.[42] 세포막 내부에 형성되는 두꺼운 외벽 및 추가 층을 갖는 탈수된 세포인 내생 포자는 죽지 않은 상태로 수년 동안 비활성 상태를 유지하고, 생존에 유리한 환경이 조성되면 다시 자라날 수 있다.
''B. anthracis''는 약 3um~5um 길이와 1um~1.2um 너비의 막대 모양 세균이다.[4] 배양 시에는 긴 사슬 모양으로 자라는 경향이 있다. 한천 배지에서는 일반적으로 흰색 또는 크림색의 지름 수 밀리미터의 큰 집락을 형성한다.[4] 대부분의 ''B. anthracis'' 균주는 점액성의 끈적끈적한 외관을 집락에 부여하는 캡슐을 생성한다.[4]
탄저균은 숙주 면역계로부터 식물성 세균을 위장하는 약한 면역원성 및 항식작용 단백질 캡슐(poly-D-gamma-glutamic acid)을 합성하는 것으로 알려진 몇 안 되는 세균 중 하나이다.[5] 캡슐 구성의 차이는 또한 중요한데, poly-g-D-glutamic acid는 음전하를 생성하여 세균의 영양 생장기를 대식세포에 의한 식작용으로부터 보호한다는 가설이 있다.[6]
백일해균과 마찬가지로, 칼모듈린 의존성 아데닐산 고리화효소 외독소(anthrax edema factor)와 탄저균 치사인자로 알려진 외독소를 형성한다. ''바실러스 세레우스''와 ''바실러스 투링기엔시스''와 유전형 및 표현형이 매우 유사하다.
내생포자는 두꺼운 세포벽과 세포막 내부에 형성되는 추가적인 층을 가진 탈수된 세포이다. 수년 동안 비활성 상태로 남아 있을 수 있지만, 적합한 환경에 놓이면 다시 성장하기 시작한다. 매우 굴절률이 높다고 디피콜린산을 포함한다. 전자 현미경 단면은 얇은 외피, 두꺼운 포자 피질, 그리고 내생포자 내용물을 둘러싸는 내부 포자막을 가지고 있음을 보여준다. 내생포자는 열, 건조 및 많은 소독제(95% 에탄올 포함)에 대한 저항성이 있다.[8] 이러한 특성 때문에 ''B. anthracis'' 내생포자는 (분말 및 에어로졸 형태로) 생물학 무기로 사용하기에 매우 적합하다.
''B. anthracis''는 5,227,293 bp 크기의 환형 이중나선 DNA 분자인 하나의 염색체를 가지고 있다.[10] 또한 두 개의 환형 염색체 외(extrachromosomal) 이중나선 DNA 플라스미드, pXO1과 pXO2를 가지고 있다. pXO1과 pXO2 플라스미드는 모두 완전한 독성에 필요하며, 두 개의 서로 다른 플라스미드 계열을 나타낸다.[11]특징 염색체 pXO1 pXO2 크기 (bp) 5,227,293 181,677 94,829 유전자 수 5,508 217 113 복제단위 코딩 (%) 84.3 77.1 76.2 평균 유전자 길이 (nt) 800 645 639 G+C 함량 (%) 35.4 32.5 33.0 rRNA 오페론 11 0 0 tRNA 95 0 0 sRNA 3 2 0 파지 유전자 62 0 0 전위인자 유전자 18 15 6 손상된 해독틀 37 5 7 기능이 할당된 유전자 2,762 65 38 보존된 가상 유전자 1,212 22 19 기능이 알려지지 않은 유전자 657 8 5 가상 유전자 877 122 51
''B. anthracis''의 게놈이 시퀀싱된 이후로, 이 질병에 맞서 싸우는 대안적인 방법들이 연구되고 있다.
현미경으로 관찰하면 개별 간균은 원통형이며, 마치 대나무 마디를 직각으로 잘라낸 것처럼 보이며, 이것이 직선상에 배열된 '''연쇄상 간균'''으로 관찰된다. 그 주위를 '''협막'''이라는 구조가 둘러싸고 있다. 탄저균의 협막은 다른 세균이 가지는 것과 비교하여 경계가 명확하다. 편모나 섬모는 가지고 있지 않다.
탄저균은 포자 형성균으로, 생육 환경이 악화되면 세포체 중앙 부근에 타원형의 포자를 형성한다. 포자는 열이나 화학 물질 등에 대해 매우 높은 내구성을 가진 구조체이며, 이 때문에 탄저균이 서식하는 환경에서 균을 제거하는 것은 매우 어렵다.
2002년 이후, 세균 종의 분류에는 DNA-DNA 분자교잡법을 이용한 유전학적 방법이 채택되었는데, 이 방식에 따르면, 탄저균 (''B. anthracis'')과 세레우스균 (''B. cereus''), 추락병균 (''B. thuringiensis'')의 3종의 유전자는 각각 70% 이상의 상동성을 가지므로 동일한 생물종으로 취급된다. 그러나 의학적 관점에서는 이 3종이 혼동되었을 때의 위험성이 크기 때문에, 의학적 중요성을 고려하여 각각 별개의 종으로 명명·분류되고 있다.
탄저균은 토양에 서식하거나 포자 형태로 존재하며, 양 등 동물의 체모에도 토양 유래의 균이나 포자가 부착되어 존재하고 있어, 세계적으로 분리되는 보편적인 자연 환경의 상재균이다. 다만, 특히 탄저 발생이 많은 지역은 세계에 두 곳이 존재하며, 이 지역에서는 탄저균의 생존 밀도가 특히 높다고 생각된다. 하나는 스페인 중부에서 그리스, 지중해를 사이에 두고 터키, 이란, 파키스탄에 이르는 지역이며, 특히 터키에서 파키스탄에 걸쳐서는 '''탄저 벨트'''라고 불리기도 한다. 또 하나는 적도 아프리카 지역이다.
3. 1. 주요 균주
현재까지 알려진 탄저균(Bacillus anthracis) 균주는 89가지이며, 1000종류 이상이 있다.[36] 주요 균주는 다음과 같다.
4. 병원성
탄저균(''Bacillus anthracis'')은 바실러스속에 속하는 그람 양성 포자 형성 간균으로, 양 등 동물의 체모에 부착된 흙이나 포자 형태로 존재하며 전 세계적으로 발견되는 자연 환경 상재균이다. 하지만 가축이나 사람에게 감염되면 '''탄저병'''을 일으킨다.
탄저균은 전자 현미경으로 관찰하면 얇은 외부 내생 포자 코트, 두꺼운 포자 피질 및 내생 포자 내용물을 둘러싸는 내부 포자 막을 확인할 수 있다. 내생 포자는 열, 건조, 95% 에탄올을 포함한 소독제에 강하여[43] 가루나 에어로졸 형태로 쉽게 배포할 수 있어 생물학적 무기로 사용하기 적합하다. 실제로 영국, 일본, 미국, 러시아, 이라크 등에서 생물학적 무기 프로그램을 통해 탄저균을 무기화했으며, 다른 여러 나라도 시도하고 있다고 알려져 있다.[44]
탄저병의 증상은 감염 유형에 따라 다르며, 1일에서 2개월 이상 걸릴 수 있다. 치료하지 않으면 모든 유형의 탄저병은 신체 전체로 퍼져 심각한 질병을 일으키고 심지어 사망에 이를 수 있다.[23]
인체 탄저병은 침입 경로에 따라 네 가지 형태로 구분된다.
| 형태 | 특징 | 증상 | 발생 시기 |
|---|---|---|---|
| 피부탄저 | 가장 흔한 형태(95%), 국소적인 염증성 흑색 괴사 병변(농양) 유발, 얼굴, 목, 팔, 손에 주로 발생 | 노출 후 1~7일 이내 | |
| 흡입형 | 드물지만 치사율이 매우 높음, 유행성 감기 증상, 가슴 통증, 발한, 전신 통증 | 노출 후 보통 1주일 후 (최대 2개월) | |
| 위장관형 | 드물지만 치사율 높음(25% 사망), 포자 섭취로 발생 | 발열, 오한, 목 부종, 연하곤란, 쉰 목소리, 메스꺼움, 구토(혈액 구토), 설사, 안면 홍조, 충혈, 복부 팽만 | 1~7일 이내 |
| 주사형 | 피부형과 유사하지만, 더 빨리 퍼지고 치료가 어려움, 미국에서는 발견된 적 없음 | 발열, 오한, 가려운 융기/물집, 통증 없는 궤양(검은 중심부), 궤양 주변 부종, 피부/근육 깊숙한 곳 농양 |
탄저균은 숙주 환경에서 성장하고 증식하기 위해 철을 획득해야 한다. 헤모글로빈에서 철을 빼앗기 위해 IsdX1과 IsdX2라는 두 가지 사이드로포어 단백질을 사용한다. 이 단백질들은 헤모글로빈에서 헴을 분리하여 탄저균 표면 단백질이 세포 내로 수송할 수 있도록 돕는다.[30]
탄저균은 면역 체계를 회피하기 위해, 포자 상태로 숙주에 들어가면 대식세포와 수지상세포에 의해 식세포 작용을 받는다. 수지상세포는 효과적으로 제거할 수 있지만, 대식세포는 얇은 층을 통과하여 순환계에 도달함으로써 박테리아를 숙주 내부로 운반한다.[31] 탄저균 포자는 대식세포의 기능을 빼앗아 숙주 면역 체계의 인식을 회피한다. CD14는 탄저균 외포자의 당단백질인 BclA의 람노스 잔기에 결합하여 인테그린 Mac-1의 활성화를 촉진, 대식세포에 의한 포자 내재화를 향상시킨다. 이러한 연쇄 반응은 식세포 세포 활성화 및 염증 반응 유도를 초래한다.[32]
4. 1. 병원 인자
''B. anthracis''는 약 3~5 μm 길이와 1~1.2 μm 너비의 막대 모양 세균이다.[4] 대부분의 ''B. anthracis'' 균주는 점액성의 끈적끈적한 외관을 집락에 부여하는 캡슐을 생성한다.[4]숙주 면역계로부터 식물성 세균을 위장하는 약한 면역원성 및 항식작용 단백질 캡슐(poly-D-gamma-glutamic acid)을 합성하는 것으로 알려진 몇 안 되는 세균 중 하나이다.[5] 캡슐 구성의 차이는 또한 중요한데, poly-g-D-glutamic acid는 음전하를 생성하여 세균의 영양 생장기를 대식세포에 의한 식작용으로부터 보호한다는 가설이 있다.[6]
백일해균과 마찬가지로, 칼모듈린 의존성 아데닐산 고리화효소 외독소(anthrax edema factor)와 탄저균 치사인자로 알려진 외독소를 형성한다. ''바실러스 세레우스''와 ''바실러스 투링기엔시스''와 유전형 및 표현형이 매우 유사하다.
pXO1 플라스미드(182 kb)는 균체외독소(anthrax toxin) 구성 요소를 암호화하는 유전자들을 포함하고 있다. 이 구성 요소들은 보호항원(protective antigen, PA)을 암호화하는 ''pag'' 유전자, 치사인자(lethal factor, LF)를 암호화하는 ''lef'' 유전자, 그리고 부종인자(edema factor, EF)를 암호화하는 ''cya'' 유전자이다. 이러한 인자들은 44.8 kb 크기의 병원성 섬(pathogenicity island, PAI) 안에 존재한다. 치사 독소는 PA와 LF의 결합체이고, 부종 독소는 PA와 EF의 결합체이다. PAI는 또한 균체외독소 유전자의 발현을 조절하는 전사 활성인자(transcriptional activator) AtxA와 억제인자(repressor) PagR을 암호화하는 유전자들을 포함한다.[11]
pXO2는 폴리-γ-D-글루탐산(폴리글루탐산) 캡슐을 합성하는 5개 유전자 오페론(''capBCADE'')을 암호화한다. 이 캡슐은 ''B. anthracis''가 식세포작용으로부터 자신을 보호함으로써 숙주 면역계를 회피할 수 있게 한다. 캡슐 오페론의 발현은 pXO2 병원성 섬(35 kb)에 위치한 전사 조절인자 AcpA와 AcpB에 의해 활성화된다.[11]
''plcR''은 ''B. cereus''와 ''B. thuringiensis''에서 분비되는 대부분의 독성 인자들을 조절하는 전사 조절 유전자이다. 염색체에 존재하며 세포 전체에 널리 분포한다.[18] 그러나 ''B. anthracis''에서는 ''plcR'' 유전자의 640번째 위치에 단일 염기 변화(nonsense mutation)가 있어 기능하지 않는 단백질을 생성한다. ''plcR'' 유전자는 ''papR'' 유전자와 함께 두 유전자 오페론을 구성한다.[20][21] ''papR'' 유전자는 세포 밖으로 분비된 후 다시 세포 내로 재수입되어 7개의 아미노산으로 구성된 펩타이드를 형성하는 작은 단백질을 암호화하며, 이는 쿼럼 센싱 시스템을 형성한다.[21][22] ''B. anthracis''에서 PlcR의 부재는 다른 ''B. cereus'' 그룹 구성원과의 주요 차이점이다. ''B. cereus''와 ''B. thuringiensis''는 독성 인자 발현에 ''plcR'' 유전자에 의존하는 반면, ''B. anthracis''는 그 독성에 pXO1과 pXO2 플라스미드에 의존한다.[11]
''B. anthracis''는 완전한 병독성에 필수적인 항식작용 캡슐을 가지고 있다. 이 세균은 또한 플라스미드에 의해 암호화된 세 가지 외독소를 생성한다. 부종 인자는 칼모듈린 의존성 아데닐산 고리화효소로 세포 내 cAMP를 증가시키고, ''B. anthracis'' 감염에서 일반적으로 관찰되는 심각한 부종을 유발한다. 치사 인자는 조직 괴사를 유발하는 원인이며, 보호 항원은 그 이름에서 알 수 있듯이 보호용 탄저병 백신 생산에 사용되며, 부종 인자와 치사 인자의 세포 내 유입을 매개한다.
탄저균의 병원성에 관여하는 인자로는, '''협막'''과 세 종류의 '''외독소'''가 알려져 있다.
- 협막 플라스미드(pXO2), 독소 플라스미드(pXO1)이라고 불리는, 탄저균 게놈과는 독립적인 플라스미드 상에 존재하는 유전자로부터 만들어진다.
- 탄저균의 협막은 폴리글루탐산 펩타이드를 주성분으로 한다.
- 바실러스속(Bacillus) 이외의 세균에서 협막을 가진 것에는 다당류를 주성분으로 하는 것이 많으며, 이 점은 탄저균 협막의 특징 중 하나라고 할 수 있다.
- 이 분자를 구성하는 아미노산이 L체뿐만 아니라 D체의 광학이성질체(D-아미노산)를 많이 포함하고 있다는 점에서도 특징적이다.
- 일반적으로 협막은 세균이 동물의 체내에 침입했을 때, 백혈구의 식균작용 등으로부터 벗어나는 역할을 담당하고 있으며, 탄저균의 협막도 이러한 역할을 하고 있다.
- 협막에 의해 숙주의 면역 기구에 의한 제거를 피하고, 생체 내에 정착하기 쉬워진다고 생각된다.
탄저균은 3종류의 독소 단백질을 세포 밖으로 분비하며, 이것이 탄저병으로 인한 여러 증상의 직접적인 원인이 된다. 외독소는 각각, '''보호항원''' ('''PA''', protective antigen), '''부종인자''' ('''EF''', edema factor), '''치사인자''' ('''LF''', lethal factor)라고 불린다. 이들을 코드하는 유전자는 모두 독소 플라스미드 pXO1 상에 존재한다.
5. 예방 및 치료
사람과 가축의 탄저병 예방을 위한 백신이 여러 종류 개발되어 있다. 탄저병 백신은 피부 침투나 흡입을 통한 탄저균 감염을 예방할 수 있다. 그러나 이 백신은 탄저균에 노출되기 전 위험군에 속하는 성인에게만 사용되며, 노출 후에는 사용이 승인되지 않는다.[47] 일반적인 탄저병은 페니실린 같은 그람 양성 박테리아 항생제로 치료할 수 있다.[48] 페니실린에 내성이 생긴 탄저병은 시프로플록사신과 같은 플루오로퀴놀론 또는 독시사이클린과 같은 테트라사이클린 항생제로 치료할 수 있다.
가축과 사람을 위한 예방 목적으로 여러 종류의 탄저병 백신이 개발되었다. 흡착 탄저균 백신(AVA)은 피부 탄저병과 흡입성 탄저병으로부터 보호할 수 있다. 그러나 이 백신은 탄저균에 노출되기 전 고위험군 성인에게만 사용되며, 노출 후 사용은 승인되지 않았다.[24] ''B. anthracis'' 감염은 β-락탐계 항생제인 페니실린과 그람 양성균에 효과적인 다른 항생제로 치료할 수 있다.[25] 페니실린에 내성이 있는 ''B. anthracis''는 시프로플록사신과 같은 플루오로퀴놀론 계열 또는 독시사이클린과 같은 테트라사이클린 계열 항생제로 치료할 수 있다.
탄저균은 그람 양성 간균이며, 많은 항생물질에 감수성이 있어 항생물질 치료가 효과적이고, 약제 내성을 자연적으로 획득한 경우는 드물다고 알려져 있다.
동물과 사람에게는 각각 효과적인 백신이 개발되어 있다. 동물에게는 약독생균백신이 사용된다. 이것은 파스퇴르가 개발한 것을 바탕으로, 스턴이 1930년대에 만들어낸 것이다. 한편, 사람에게는 성분 백신이 사용되고 있으며, 이것은 외독소의 하나인 보호항원(PA)을 이용한 것이다. 그러나 어느 쪽도 사람에 대한 부작용과 유효성에 문제가 남아 있기 때문에, 새로운 백신 개발이 계속되고 있다. 참고로 일본에서는 사람에 대한 성분백신이 승인되지 않았기 때문에, 생물 테러에 대한 대비가 불충분하다는 지적이 제기되고 있다.
6. 생물무기로서의 탄저균
탄저균은 잘 구부러지고 디피콜린산을 함유하고 있다. 전자 현미경 사진을 통해 얇은 외부 내생 포자 코트, 두꺼운 포자 피질 및 내생 포자 내용물을 둘러싸는 내부 포자 막을 확인할 수 있다. 내생 포자는 열, 건조 및 95% 에탄올을 포함한 많은 소독제에 잘 견디며 생존할 수 있다.[43] 이러한 특성으로 인해 탄저균은 가루나 에어로졸 형태로 쉽게 배포할 수 있어 생물학적 무기로 사용하기에 매우 적합하다. 과거 영국, 일본, 미국, 러시아, 이라크 등 5개국 이상의 생물학적 무기 프로그램에서 탄저균을 무기화했으며, 여러 다른 나라들도 시도하고 있다고 한다.[44]
생물무기로 사용 가능한 병원체는 단기간에 치명적인 감염병을 일으키고, 사람 간에 감염(전염)되지 않으며, 효과적인 치료제와 백신이 있고, 사용 후 환경 복구가 용이해야 한다. 탄저균은 배양이 비교적 용이하여 제2차 세계 대전 무렵부터 각국 군사 기관에서 생물무기로서의 응용이 연구되었으나, 국제법에 따라 생물무기가 금지되었다. 또한 탄저균은 포자 형성으로 토양 오염이 반영구적으로 지속되어 사용 후 토지 재이용이 어렵고, 백신의 효능이 충분하지 않다는 단점이 있다.
탄저균은 세계 어디에나 존재하는 상재균이므로 획득이 용이하고, 배양이 비교적 저렴하게 이루어질 수 있다는 점에서 빈곤국이나 소규모 테러 집단에 의해서도 사용될 위험성이 지적된다. 그러나 치사율이 높은 폐탄저를 발병시키기 위해 탄저균 포자를 에어로졸화하거나, 치료제를 특정할 수 없도록 약제 내성 유전자를 도입하는 등 생물무기로서 더욱 위험하게 만들기 위해서는 고도의 과학 기술이 필요하다.
일본에서는 탄저균을 생물안전등급 3(BSL-3) 병원체로 취급하며, 연구 시설에서의 사용 및 보관 상황을 엄격하게 감시하고 있다. 감염병예방법에서는 특정 제2종 병원체로 지정하여 소지, 수입, 양도 및 양수에 후생노동대신의 허가가 필요하며, 운반에는 도도부현 공안위원회에 신고해야 한다. 미국 CDC에서는 탄저균을 가장 위험도와 우선순위가 높은 범주 A로 분류하고 있다. 범주 A에는 탄저균 외에도 페스트균, 보툴리눔균, 토끼열균, 천연두 바이러스, 에볼라 바이러스 등의 출혈열 바이러스도 지정되어 있다.
6. 1. 관련 사건
- 1876년 로베르트 코흐(Robert Koch)는 피에르 프랑수아 올리브 레이에와 카시미르 조세프 다베인이 발견한 세균이 동물 탄저병의 병원체임을 증명하였다. 이는 코흐의 원칙에 기초하여 세균과 병원성의 관계가 최초로 증명된 사례이다.[38]
- 1881년 루이 파스퇴르(Louis Pasteur)는 약독화한 탄저균을 사용하여 세계 최초의 약독 생균 백신을 개발하였다.[38]
- 1942년 영국군은 스코틀랜드 그뤼나드 섬에서 탄저균 폭탄 살포 실험을 실시하였다. 이후 48년 동안 그뤼나드 섬은 탄저균 포자로 심하게 오염되어 출입 금지 지역이 되었다.[38]
- 1979년 소련 스베르들롭스크(Свердловск)의 생물무기 시설에서 탄저균 누출 사고가 발생하여 주민들이 폐탄저병에 걸렸다.[39]
- 1979년 로디지아(Rhodesia)와 짐바브웨(Zimbabwe)에서 탄저병이 유행하였다.
- 1993년 일본 오움진리교는 가메이도 악취 사건 등을 일으키며 생물 테러를 시도했지만 실패하였다.
- 2001년 미국 탄저균 사건이 발생하였다. 9월 18일과 10월 9일 두 차례에 걸쳐 분말화된 탄저균 포자가 우편물로 발송되어 폐탄저병으로 인한 사망자가 발생하였다.[38]
- 2007년 8월 중국 허베이성 가오청시(藁城市) 구문향(九門郷) 지역에서 탄저병 감염으로 소 수십 마리가 폐사하고, 사람에게도 감염이 확인되었다.
; 그루나드 섬의 실험
: 1942년 영국군은 스코틀랜드 서해안의 무인도인 그루나드 섬을 점유하여 탄저균 폭탄 살포 실험을 실시하였다. 당초 계획에서는 제독 작업으로 섬의 오염을 제거할 수 있을 것으로 예상했으나, 탄저균은 포자 형태로 남아 있음이 밝혀졌다. 완전 제독에는 막대한 비용이 소요되어 제독 작업은 실시되지 않았고, 40년 이상 방치되었다. 결국 1986년과 1987년에 섬 전체를 포르말린으로 소독하고, 1990년 영국 정부가 안전 선언을 할 때까지 섬 전체가 출입 금지되었다. 그 후 그루나드 섬은 원래 소유주에게 반환되었지만, 이후로도 계속 무인도로 남아있다.[38]
; 스베르들롭스크 연구소 사고
: 1946년 제2차 세계 대전 중 일본군으로부터 가져온 자료를 바탕으로 소비에트 연방 스베르들롭스크에 생물무기 연구소가 설립되었다. 1979년 이 연구소에서 탄저균 유출 사고가 발생했는데,[39] 이는 분진 회수 필터 교체 과정에서 실수로 새 필터를 제대로 장착하지 않았고, 유출된 탄저균 제독 처리가 미흡하여 탄저균 포자를 포함한 에어로졸이 발생, 폐탄저를 일으켜 피해를 확산시켰다고 여겨진다. 이 사고로 주민 96명이 감염되어 그 중 66명이 사망했다.[39]
: 다른 문헌에 따르면, 1979년 3월 30일 스베르들롭스크(현 예카테린부르크)의 생물무기 연구소에서 필터 막힘 문제 발생 후, 설치 요청 메모를 간과하여 수kg의 탄저균 포자 분말이 환기구를 통해 야간에 확산되는 '''탄저균 방출 사고'''가 발생하였다. 최소 1000명에 달하는 시민과 군 관계자가 사망한 것으로 추정되며, 군사 분석가와 러시아 국민들은 이를 "생물학의 체르노빌"이라고 불렀다. 실제로는 흡입성 탄저병이었으나, KGB 요원은 위장관 탄저병 진단서를 발급하였다.[40]
; 로디지아(짐바브웨)의 탄저병 유행
: 1979년부터 1980년까지 로디지아에서 대규모 탄저병 유행이 발생하였다. 당시 로디지아는 내전 상태였고(종결 후 국명 짐바브웨로 변경), 내전 지역에서 약 1만 명의 탄저병 환자가 발생하여 전례 없는 대규모 유행을 겪었다. 내전 이전 로디지아의 연간 탄저병 발생 건수가 10건 남짓이었던 것과 비교하면 매우 높은 발생률이며, 내전이 심했던 지역에 집중되었기 때문에 내전 중 탄저균이 생물무기로 사용되었을 가능성이 제기되었다. 그러나 공식적으로 생물무기 사용은 인정되지 않았고, 내전 심화 지역에서 동물 탄저병 백신 접종 중단이 대규모 발생의 원인이라는 설도 있어 진위는 불분명하다. 탄저병 유행은 내전 종결 후 거의 종식되었지만, 이후로도 짐바브웨는 탄저병 발생률이 비교적 높은 지역 중 하나이다.
; 오움진리교에 의한 탄저균 테러 미수(가메이도 악취 사건, 수도권 탄저균 살포)
: 지하철 사린 사건 등 화학무기를 이용한 테러리즘을 실행한 오움진리교는 遠藤誠一을 중심으로 생물무기 연구도 진행하였다. 보툴리누스균 배양 실패 후 탄저균에 주목하여, 1993년 도쿄도도쿄도 에도가와구가메이도의 신도쿄 총본부에서 살포를 시도하였다. 그러나 여러 이유로 실제 피해는 없었지만, 악취가 시설 주변 일대에 퍼졌다. 이 외에도 트럭으로 여러 곳에 살포했지만 피해는 없었다. 오움진리교의 무기#생화학 무기 문서도 참고할 수 있다.
; 미국 탄저균 사건
: 2001년 동시다발 테러 사건 직후 미국에서 탄저균 포자가 든 우편물이 여러 곳으로 발송되는 생물 테러가 발생하였다. 이 사건은 9월 27일에 발견되어 최종적으로 피부 탄저병 12명, 폐 탄저병 11명의 피해자를 냈다. 탄저균은 침략 전쟁 등에서 사용 시 포자 잔존, 사용자 위험 등의 문제가 있지만, 테러리즘에서는 이러한 점을 무시하고 사용될 수 있다는 점이 재인식되었다. 사건 직후 미국뿐만 아니라 세계 각국에서 "흰 가루"에 대한 공황 상태가 발생했고, 일본에서도 우편물 배달 및 개봉 시 엄중한 주의가 요구되었다. 흰 가루를 이용한 장난도 세계 각국에서 나타났다. 또한 탄저균을 비롯한 위험 병원체 연구를 문제시하는 분위기가 높아져, 주요 과학 학술지에서도 테러에 악용될 수 있는 논문 발표 여부에 대한 논의가 이루어지는 등 사회적 영향을 미쳤다.
7. 숙주 상호작용
''바실러스 안트라시스''(Bacillus anthracis)는 3~5 μm 길이와 1~1.2 μm 너비를 가진 막대 모양 세균이다.[4] 이 세균은 숙주 면역계로부터 자신을 보호하는 약한 면역원성 및 항식작용 단백질 캡슐을 가지고 있다.[5] 대부분의 세균은 다당류 캡슐로 둘러싸여 있지만, ''B. anthracis''는 poly-D-gamma-glutamic acid 캡슐을 사용하여 호중구 공격을 피하고 감염을 확산시킨다.[6] 이 캡슐은 음전하를 띠어 세균을 대식세포의 식작용으로부터 보호하고, 분해되어 보체 공격을 막는 미끼 역할을 한다.[7]
탄저균은 숙주 헤모글로빈과 미오글로빈에서 헤모글로빈을 빼앗기 위해 IsdX1과 IsdX2라는 두 가지 사이드로포어 단백질을 사용한다.[30] 이를 통해 철을 획득하여 성장과 증식을 돕는다.
탄저균 포자는 숙주에 들어가면 대식세포와 수지상세포에 의해 식세포 작용을 받는다. 수지상세포는 효과적으로 제거하지만, 대식세포는 세균을 숙주 내부로 운반한다.[31] 탄저균 포자는 분해되지 않고 대식세포의 기능을 빼앗아 숙주 면역 체계를 회피한다. CD14는 탄저균 외포자의 BclA의 람노스 잔기에 결합하여 인테그린 Mac-1 활성화를 촉진, 대식세포에 의한 포자 내재화를 향상시킨다.[32]
보호항원(PA)은 표적 세포의 세포막에 있는 탄저균 독소 수용체(ATR)와 결합한다. PA는 세포막 상의 수용체에 결합한 후, 프로테아제인 푸린(furin)에 의해 절단되어 활성형이 된다. 활성화된 PA는 7개가 모여 7량체를 형성하고, 내포작용 기전에 의해 세포 내부로 흡수된다. 이때 부종 인자(EF)와 치사인자(LF)도 함께 세포 내로 흡수된다. 세포 내 pH가 산성으로 변하면, PA 7량체는 이온 채널 역할을 하여 EF와 LF를 세포질에 방출한다. PA는 탄저균 독성의 핵심 역할을 하며, 이를 억제하면 탄저병을 치료하거나 예방할 수 있다. PA는 탄저 백신으로 이용되지만, 약한 독성으로 부작용이 있을 수 있어 더 나은 백신 개발이 진행 중이다.
부종 인자(EF)는 칼모듈린 의존성 아데닐레이트 사이클라제 활성을 가진 독소이다. EF는 아데노신 삼인산(ATP)으로부터 사이클릭 AMP(cAMP)를 생성하여 세포 내 농도를 높이고, 전해질과 물 분비를 유발하여 부종을 일으킨다.
치사인자(LF)는 금속단백질분해효소(금속프로테아제) 활성을 가지며, 아연 이온(Zn+)을 촉매로 하여 MAPKK(MAPK 키나제)를 분해한다. MAPKK는 단백질 인산화 효소로, 세포 증식과 생존에 필요한 단백질 합성을 조절한다. LF는 MAPKK를 분해하여 세포를 죽이고, 출혈이나 괴사 등의 병변을 유발한다.
참조
[1]
논문
Bacillus anthracis
2003-03-01
[2]
논문
Robert Koch and the 'golden age' of bacteriology
2010
[3]
웹사이트
Reference genome: ''Bacillus anthracis'' str. 'Ames Ancestor'
https://www.ncbi.nlm[...]
National Center for Biotechnology Information
2022-02-13
[4]
서적
Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria
[5]
논문
TLR sensing of bacterial spore-associated RNA triggers host immune responses with detrimental effects
2017
[6]
논문
The Structure of the Major Cell Wall Polysaccharide of Bacillus anthracis is Species-specific
2006
[7]
논문
Effect of the lower molecular capsule released from the cell surface of Bacillus anthracis on the pathogenesis of anthrax
2002
[8]
서적
Bergey's Manual of Systematic Bacteriology
Williams & Wilkins
[9]
서적
Iraq's Biological Warfare Program: The Past as Future?
The MIT Press
[10]
논문
The genome sequence of Bacillus anthracis Ames and comparison to closely related bacteria
2003-05
[11]
논문
What Sets Bacillus anthracis Apart from Other Bacillus Species?
2009-10
[12]
논문
The genome and variation of Bacillus anthracis
2009-12
[13]
논문
The hidden lifestyles of Bacillus cereus and relatives: The hidden lifestyles of B. cereus and relatives
2003-07-18
[14]
논문
Bacillus cereus and related species
1993-10
[15]
논문
From soil to gut: Bacillus cereus and its food poisoning toxins
2008-07
[16]
논문
Bacillus thuringiensis and Its Pesticidal Crystal Proteins
1998-09-01
[17]
논문
A Comparative Analysis of the Core Proteomes within and among the Bacillus subtilis and Bacillus cereus Evolutionary Groups Reveals the Patterns of Lineage- and Species-Specific Adaptations
2022-08-26
[18]
논문
PlcR is a pleiotropic regulator of extracellular virulence factor gene expression in Bacillus thuringiensis
1999-06
[19]
논문
Distinct Mutations in PlcR Explain Why Some Strains of the Bacillus cereus Group Are Nonhemolytic
2004-06-01
[20]
논문
Sequence analysis of three Bacillus cereus loci carrying PlcR-regulated genes encoding degradative enzymes and enterotoxin
1999-11-01
[21]
논문
A cell-cell signaling peptide activates the PlcR virulence regulon in bacteria of the Bacillus cereus group
2002-09-02
[22]
논문
Molecular basis for group-specific activation of the virulence regulator PlcR by PapR heptapeptides
2008-06
[23]
웹사이트
Symptoms
https://www.cdc.gov/[...]
[24]
웹사이트
How to Prevent Anthrax | CDC
https://www.cdc.gov/[...]
2020-12-14
[25]
논문
Penicillin and B. anthracis
1947-01
[26]
논문
A cup of tea is the answer to everything – including the threat of bio-terrorism
https://issuu.com/so[...]
2008-03
[26]
보도자료
Is a cup of tea really the answer to everything -- even anthrax?
https://www.eurekale[...]
2008-03-12
[27]
논문
Complete Genome Sequence of Bacillus anthracis H9401, an Isolate from a Korean Patient with Anthrax
2012-08-01
[28]
논문
Lysozymes in the animal kingdom
2010-03
[29]
서적
Frontiers in Anti-Infective Drug Discovery
Bentham Science Publishers
2015
[30]
논문
Bacillus anthracis Secretes Proteins That Mediate Heme Acquisition from Hemoglobin
2008-08-22
[31]
논문
Anthrax Toxin Uptake by Primary Immune Cells as Determined with a Lethal Factor-β-Lactamase Fusion Protein
2009
[32]
논문
CD14-Mac-1 interactions in Bacillus anthracis spore internalization by macrophages
2009
[33]
논문
Casimir Davaine (1812-1882): a precursor of Pasteur
1966-04
[34]
서적
Cohns Beiträge zur Biologie der Pflanzen Vol. 2
J.U. Kerns
2010-03-24
[35]
논문
The history of anthrax
2003-05
[36]
서적
サリン事件の真実
新風舎
2005
[37]
문서
莢膜がなく、マクロファージに侵食されるため
[38]
웹사이트
Britain's 'Anthrax Island'
http://news.bbc.co.u[...]
BBC
2017-02-24
[39]
웹사이트
人獣共通感染症連続講座 第79回
http://wwwsoc.nii.ac[...]
1999
[40]
논문
あの日スヴェルドロフスクで何がおこったか
2001
[41]
논문
Bacillus anthracis
https://www.ncbi.nlm[...]
2003-03
[42]
논문
Bacillus anthracis Physiology and Genetics
https://www.ncbi.nlm[...]
2009-12
[43]
서적
Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, vol. 2 p. 1105
Williams & Wilkins, Baltimore, Maryland, USA
1986
[44]
서적
Iraq's Biological Warfare Program: The Past as Future?", Chapter 8 in: Lederberg, Joshua (editor), Biological Weapons: Limiting the Threat, pp 137-158.
The MIT Press
1999
[45]
논문
Casimir Davaine (1812-1882): a precursor of Pasteur
1966-04
[46]
웹사이트
Investigations into bacteria: V. The etiology of anthrax, based on the ontogenesis of Bacillus anthracis
http://edoc.rki.de/d[...]
1876
[47]
웹사이트
Prevention ; Anthrax ; CDC
https://www.cdc.gov/[...]
2020-04-20
[48]
논문
Penicillin and B-anthracis
https://www.ncbi.nlm[...]
1947-01
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com