포도상구균

포도상구균은 1878년 R. 코흐에 의해, 그리고 1880년 L. 파스퇴르에 의해 화농성 물질에서 발견되었습니다. L. 파스퇴르는 토끼를 감염시킨 후, 마침내 포도상구균이 화농성 염증의 원인균임을 증명했습니다. "포도상구균"이라는 명칭은 1881년 A. 오그스톤(세포의 특징적인 배열에서 유래)에 의해 부여되었고, 그 특성은 1884년 F. 로젠바흐에 의해 자세히 기술되었습니다.

포도상구균은 그람 양성, 기하학적으로 규칙적인 구형 세포로 직경 0.5~1.5μm이며, 보통 군집을 이루고 있으며, 카탈라아제 양성으로 질산염을 아질산염으로 환원시키고, 단백질과 지방을 활발하게 가수분해하며, 혐기성 조건에서 포도당을 발효시켜 가스 없이 산을 생성합니다. 일반적으로 15% NaCl과 45°C의 온도에서 자랄 수 있습니다. DNA의 G+C 함량은 30~39mol%입니다. 포도상구균은 편모가 없으며 포자를 형성하지 않습니다. 자연계에 널리 분포하며, 주요 숙주는 사람과 동물의 피부와 외부 환경과 소통하는 점막입니다. 포도상구균은 통성 혐기성균으로, 단 한 종(Staphylococcus saccharolyticus)만이 완전 혐기성균입니다. 포도상구균은 영양 배지를 많이 필요로 하지 않으며 일반 배지에서 잘 자랍니다. 최적 생장 온도는 35~37°C, pH는 6.2~8.4입니다. 콜로니는 둥글고 지름 2~4mm이며, 가장자리가 매끄럽고 볼록하며 불투명하며, 형성된 색소의 색으로 칠해져 있습니다. 액체 배양 시 균일한 탁도를 보이며, 시간이 지남에 따라 침전물이 떨어져 나옵니다. 일반 배지에서 자랄 때 포도상구균은 낭포를 형성하지 않지만, 혈장이나 혈청을 반액체 한천에 접종하여 파종하면 대부분의 황색포도상구균은 낭포를 형성합니다. 반액체 한천에서 무낭포성 균주는 조밀한 콜로니 형태로 자라고, 낭포성 균주는 분산된 콜로니를 형성합니다.

포도상구균은 높은 생화학적 활성을 가지고 있습니다. 글리세롤, 포도당, 엿당, 유당, 수크로스, 만니톨을 발효시켜 가스 없이 산을 방출합니다. 또한 다양한 효소(혈장응고효소, 피브리노용해소, 레시티나제, 리소자임, 알칼리성 인산가수분해효소, DNA 분해효소, 히알루로니다제, 텔루라이드 환원효소, 단백질 분해효소, 젤라티나제 등)를 생성합니다. 이러한 효소들은 포도상구균의 대사에 중요한 역할을 하며 병원성을 크게 좌우합니다. 피브리노용해소와 히알루로니다제와 같은 효소는 포도상구균의 높은 침습성을 유발합니다. 플라스마코아굴라아제가 병원성의 주요 요인입니다. 이 효소는 식세포작용을 막아주고 프로트롬빈을 트롬빈으로 전환하는데, 트롬빈은 피브리노겐 응고를 유발하여 각 세포를 식세포작용으로부터 보호하는 단백질 필름으로 덮습니다.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]

포도상구균의 병원성 인자

포도상구균은 독특한 미생물입니다. 1968년 국제 분류에 따르면, 이 균은 11개 강에 속하는 100가지 이상의 질병을 유발할 수 있습니다. 포도상구균은 모든 조직과 장기에 영향을 미칠 수 있습니다. 포도상구균의 이러한 특징은 다양한 병원성 인자의 복합적인 존재 때문입니다.

접착 요인 - 포도상구균이 조직 세포에 부착하는 것은 소수성(소수성이 높을수록 접착력이 강함)과 다당류의 접착력, 단백질 A의 접착력, 그리고 일부 세포의 수용체인 피브로넥틴을 결합하는 능력 때문입니다.

"공격성과 방어" 인자 역할을 하는 다양한 효소: 플라스마응고효소(주요 병원성 인자), 히알루로니다제, 피브리노용해소, DNase, 리소자임 유사 효소, 레시티나제, 인산가수분해효소, 단백질 분해효소 등.

분비된 외독소 복합체:

• 막 손상 독소 - a, p, 8 및 y. 이전에는 용혈소, 괴사독소, 백혈구 파괴, 치사 독소로 기술되었습니다. 즉, 작용 특성에 따라 적혈구 용혈, 토끼 피내 투여 시 괴사, 백혈구 파괴, 정맥 투여 시 토끼 사망 등이 발생했습니다. 그러나 이러한 효과는 동일한 요인, 즉 막 손상 독소에 의해 발생하는 것으로 밝혀졌습니다. 이 독소는 다양한 유형의 세포에 세포 용해 효과를 나타내며, 그 양상은 다음과 같습니다. 이 독소 분자는 먼저 표적 세포막의 아직 알려지지 않은 수용체에 결합하거나 막에 포함된 지질에 비특이적으로 흡수된 후, 3개의 도메인으로 구성된 7개의 분자로 구성된 버섯 모양의 7중합체를 형성합니다. "캡"과 "에지"를 형성하는 도메인은 막의 바깥 표면에 위치하며, "풋" 도메인은 막관통 통로-구멍 역할을 합니다. 이를 통해 작은 분자와 이온이 드나들며, 이는 핵을 가진 세포의 부종과 사멸, 그리고 적혈구의 삼투성 용해로 이어집니다. 막을 손상시키는(구멍을 형성하는) 여러 종류의 독소가 발견되었습니다. α-, β-, s-, γ-용혈소(α-, β-, s-, γ-독소)입니다. 이들은 여러 가지 특성이 다릅니다. 용혈소 a는 사람에서 분리된 포도상구균에서 가장 흔하게 발견되며, 사람, 토끼, 숫양의 적혈구를 용해합니다. 토끼에게 정맥 투여 후 3~5분 후 치사 효과를 나타냅니다. 용혈소 b는 동물 유래 포도상구균에서 가장 흔하게 발견됩니다. 사람과 숫양의 적혈구를 용해합니다(낮은 온도에서 더 효과적). 헤몰리신 S는 사람과 여러 동물의 적혈구를 용해합니다. 토끼에게 정맥 투여 시 치사율은 16-24-48시간 내에 나타납니다. 포도상구균은 종종 α-독소와 β-독소를 동시에 함유합니다.
• 각질제거 독소 A와 B는 항원성, 온도 민감성(A는 열안정성, B는 열불안정성), 그리고 합성을 조절하는 유전자의 위치(A는 염색체 유전자, B는 플라스미드 유전자에 의해 조절됨)에 따라 구분됩니다. 두 각질제거 독소 모두 동일한 황색포도상구균 균주에서 합성되는 경우가 많습니다. 이 독소들은 포도상구균이 신생아 천포창, 수포성 농가진, 성홍열 유사 발진을 유발하는 능력과 관련이 있습니다.
• 진짜 백혈구소실은 항원성 면에서 헤몰리신과 다른 독소로 백혈구에만 선택적으로 작용하여 백혈구를 파괴합니다.
• 독성 쇼크 증후군(TSS)을 유발하는 외독소입니다. 초항원 특성을 가지고 있습니다. TSS는 발열, 혈압 저하, 피부 발진과 함께 손발 각질, 림프구 감소증, 때때로 설사, 신장 손상 등을 특징으로 합니다. 황색포도상구균 균주의 50% 이상이 이 독소를 생성하고 분비할 수 있습니다.

세포 구조 구성 요소와 박테리아가 분비하는 외독소 및 기타 노폐물이 모두 강력한 알레르기 유발 특성을 가지고 있습니다. 포도상구균 알레르겐은 지연형(DTH)과 즉시형(IT) 모두의 과민 반응을 유발할 수 있습니다. 포도상구균은 피부 및 호흡기 알레르기(피부염, 기관지 천식 등)의 주요 원인입니다. 포도상구균 감염의 병인학적 특이성과 만성화 경향은 DTH 효과에 기인합니다.

교차 반응 항원(적혈구 A 및 B, 신장 및 피부의 동항원과 함께 - 자가항체 유도, 자가면역 질환 발병).

식세포작용을 억제하는 요인들. 이러한 요인들은 화학주성 억제, 식세포에 의한 세포 흡수 방지, 식세포 내에서 포도상구균의 번식 능력 부여, 그리고 "산화적 폭발" 차단 등의 형태로 나타날 수 있습니다. 식세포작용은 피막, 단백질 A, 펩타이드글리칸, 테이코산, 독소 등에 의해 억제됩니다. 또한, 포도상구균은 신체의 일부 세포(예: 비장세포)에서 식세포 작용 억제인자의 합성을 유도합니다. 식세포작용 억제는 포도상구균의 체내 제거를 방해할 뿐만 아니라, T 림프구와 B 림프구에 대한 항원 처리 및 제시 기능을 저해하여 면역 반응의 강도를 감소시킵니다.

포도상구균에 캡슐이 존재하면 흰쥐에 대한 독성이 증가하고, 파지의 작용에 저항하게 되며, 응집 혈청과의 타이핑을 허용하지 않으며, 단백질 A를 가린다.

테이코산은 포도상구균을 식세포작용으로부터 보호할 뿐만 아니라, 포도상구균 감염의 발병 기전에도 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다. 심내막염을 앓고 있는 소아의 경우, 테이코산 항체가 100% 검출되는 것으로 알려져 있습니다.

림프구에 대한 포도상구균의 유사분열 작용(이 작용은 단백질 A, 장독소 및 포도상구균이 분비하는 다른 생성물에 의해 발휘됨).

엔테로톡신 A, B, C1, C2, C3, D, E는 항원 특이성, 열 안정성, 포르말린(아나톡신으로 변하지 않음) 및 소화 효소(트립신과 펩신)에 대한 저항성을 특징으로 하며, pH 4.5에서 10.0 사이의 범위에서 안정합니다. 엔테로톡신은 분자량이 26~34 kDa인 저분자 단백질로, 초항원 특성을 지닙니다.

포도상구균 감염에 대한 감수성과 그 진행 양상에는 유전적 차이가 있다는 사실도 밝혀졌습니다. 특히, 중증 포도상구균 화농성 패혈증 질환은 혈액형이 A형과 AB형인 사람에게서 더 흔하게 발생하고, 혈액형이 0형과 B형인 사람에게서는 덜 흔하게 발생합니다.

포도상구균이 중독성 식중독을 일으키는 능력은 엔테로톡신 합성과 관련이 있습니다. 대부분 엔테로톡신 A와 D에 의해 발생합니다. 이러한 엔테로톡신의 작용 기전은 잘 알려져 있지 않지만, 아데닐산 고리화효소 시스템의 기능을 방해하는 다른 세균 엔테로톡신의 작용과는 다릅니다. 모든 유형의 포도상구균 엔테로톡신은 메스꺼움, 구토, 췌장 통증, 설사, 때로는 두통, 발열, 근육 경련과 같은 유사한 중독 증상을 유발합니다. 포도상구균 엔테로톡신의 이러한 특징은 초항원성 특성 때문입니다. 이들은 인터루킨-2의 과도한 합성을 유도하여 중독을 유발합니다. 엔테로톡신은 장의 평활근을 자극하고 위장관의 운동성을 증가시킵니다. 중독은 포도상구균에 감염된 유제품(아이스크림, 페이스트리, 케이크, 치즈, 코티지 치즈 등)과 버터가 함유된 통조림 식품 섭취와 가장 흔히 연관됩니다. 유제품 감염은 소의 유방염이나 식품 생산 종사자의 화농성 염증성 질환과 연관될 수 있습니다.

따라서 포도상구균의 다양한 병원성 인자의 풍부함과 높은 알레르기 유발 특성은 포도상구균 질환의 발병 기전, 그 특성, 국소화, 경과의 중증도 및 임상 증상을 결정합니다. 비타민 결핍, 당뇨병, 면역 저하 또한 포도상구균 질환의 발병에 영향을 미칩니다.

[ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]

포도상구균 내성

비포자 형성 세균 중 포도상구균은 결핵균과 마찬가지로 외부 요인에 대한 내성이 가장 강합니다. 건조에도 잘 견디며, 건조하고 미세한 먼지 속에서도 몇 주에서 몇 달 동안 생존력과 병원성을 유지하여 먼지 감염의 원인이 됩니다. 직사광선은 몇 시간 안에만 사멸시키고, 산란광은 매우 약한 효과를 나타냅니다. 고온에도 잘 견딥니다. 80°C의 가열에는 약 30분, 건열(110°C)에서는 2시간 안에 사멸시키며, 저온에도 잘 견딥니다. 화학 소독제에 대한 민감도는 매우 다양합니다. 예를 들어, 3% 페놀 용액은 15~30분 안에 사멸시키고, 1% 클로라민 수용액은 2~5분 안에 사멸시킵니다.

포도상구균 감염의 역학

포도상구균은 피부와 점막에 상주하기 때문에, 이로 인한 질병은 자가감염(미세외상을 포함한 피부와 점막의 다양한 손상을 유발)이거나, 접촉성 가정감염, 공기 중 감염, 공기 중 먼지 감염 또는 식중독(식중독) 감염으로 인한 외인성 감염일 수 있습니다. 특히 병원성 포도상구균의 보균은 중요한데, 특히 의료기관(다양한 외과 병원, 산부인과 병원 등)과 밀집된 집단에서 보균자가 포도상구균 감염을 일으킬 수 있기 때문입니다. 병원성 포도상구균의 보균은 일시적이거나 간헐적일 수 있지만, 상주 보균자(상주 보균자)는 다른 사람에게 특히 위험합니다. 이러한 사람들의 경우 포도상구균은 코와 목의 점막에 장기간, 그리고 대량으로 존재합니다. 이러한 장기 보균의 이유는 아직 완전히 밝혀지지 않았습니다. 이는 국소 면역 약화(분비 IgA 결핍), 점막 기능 장애, 포도상구균의 접착력 증가 또는 기타 특성으로 인해 발생할 수 있습니다.

[ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ]

포도상구균 감염의 증상

포도상구균은 피부와 점막의 아주 작은 손상에도 쉽게 침투하여 여드름부터 중증 복막염, 심내막염, 패혈증 또는 사망률이 80%에 달하는 패혈증까지 다양한 질병을 유발할 수 있습니다. 포도상구균은 종기, 땀샘염, 농양, 가래, 골수염을 유발하며, 전시에는 상처의 화농성 합병증을 유발하는 주요 원인으로 작용합니다. 포도상구균은 화농성 수술에서 주요 역할을 합니다. 알레르기 유발 물질을 함유하고 있어 건선, 출혈성 혈관염, 단독, 비특이적 다발성 관절염을 유발할 수 있습니다. 식품에 의한 포도상구균 감염은 식중독의 흔한 원인입니다. 포도상구균은 신생아를 포함한 모든 신생아에서 패혈증의 주요 원인입니다. 질병의 증상이자 많은 세균 감염에서 관찰되는 균혈증(혈액 내 세균)과 달리, 패혈증(혈액 부패)은 세망내피계(단핵식세포계, MPS) 기관의 손상을 기반으로 하는 특정 임상 양상을 보이는 독립적인 질환입니다. 패혈증에서는 병원균이 주기적으로 혈액으로 유입되어 전신으로 퍼져 세망내피계(MSP)에 영향을 미치는 화농성 병변이 있으며, 이 병변에서 병원균은 증식하여 세포 내에서 독소와 알레르겐을 방출합니다. 동시에, 패혈증의 임상 양상은 병원균의 종류에 따라 크게 다르지 않지만 특정 기관의 손상에 따라 결정됩니다.

패혈증은 병원균이 다양한 장기와 조직에 화농성 병변을 유발하는 패혈증의 한 형태입니다. 즉, 화농성 전이가 합병된 패혈증입니다.

패혈증과 패혈증으로 인한 균혈증은 단기적일 수도 있고 장기적일 수도 있습니다.

감염 후 면역은 체액성 및 세포성 요인 모두에 의해 발생합니다. 항독소, 항균 항체, 효소에 대한 항체, 그리고 T 림프구와 식세포가 중요한 역할을 합니다. 포도상구균에 대한 면역의 강도와 지속 기간은 항원 구조가 너무 다양하고 교차 면역이 없기 때문에 충분히 연구되지 않았습니다.

포도상구균의 분류

포도상구균속(Staphylococcus)에는 20종 이상의 균종이 있으며, 이들은 응고효소 양성 포도상구균과 응고효소 음성 포도상구균의 두 그룹으로 나뉩니다. 이 균종들을 구분하기 위해 다양한 특징들이 사용됩니다.

응고효소 양성 포도상구균은 주로 사람에게 병원성을 나타내지만, 많은 응고효소 음성 포도상구균도 특히 신생아에게 질병(신생아 결막염, 심내막염, 패혈증, 요로 질환, 급성 위장염 등)을 유발할 수 있습니다. 황색포도상구균은 주요 보균자에 따라 10가지 생태변종(인형, 소형, 난형 등)으로 나뉩니다.

포도상구균에서 50종 이상의 항원이 발견되었으며, 각 항원에 대한 항체는 체내에서 형성되고, 많은 항원이 알레르기성을 나타냅니다. 항원은 특이성에 따라 일반 항원(포도상구균 속 전체에 공통), 교차 반응 항원(사람 적혈구, 피부, 신장의 동종항원과 공통되는 항원, 자가면역 질환과 관련됨), 종 특이 항원 및 유형 특이 항원으로 나뉩니다. 응집 반응에서 검출된 유형 특이 항원에 따라 포도상구균은 30종 이상의 혈청형으로 나뉩니다. 그러나 포도상구균을 분류하는 혈청학적 방법은 아직 널리 사용되지 않았습니다. 황색포도상구균(S. aureus)이 생성하는 단백질 A는 종 특이적으로 간주됩니다. 이 단백질은 표면에 위치하며 펩타이드글리칸과 공유 결합되어 있으며, mm은 약 42kD입니다. 단백질 A는 41°C의 대수 증식기에서 특히 활발하게 합성되며, 열에 불안정하고 트립신에 의해 파괴되지 않습니다. 단백질 A의 독특한 특성은 면역글로불린 IgG(IgG1, IgG2, IgG4)의 Fc 단편에 결합하고, IgM과 IgA에는 그보다 덜 강하게 결합하는 능력입니다. 단백질 A 표면에서 CH2와 CH3 도메인 경계에 위치한 면역글로불린 폴리펩타이드 사슬 영역에 결합할 수 있는 여러 영역이 확인되었습니다. 이러한 특성은 응고 반응에 널리 응용됩니다. 자유 활성 중심을 가진 특정 항체를 함유하는 포도상구균은 항원과 상호작용할 때 빠른 응집 반응을 보입니다.

단백질 A와 면역글로불린의 상호작용은 환자 체내 보체 및 식세포계의 기능 장애를 유발합니다. 단백질 A는 항원성을 가지고 있으며, 강력한 알레르겐으로 작용하여 T 림프구와 B 림프구의 증식을 유도합니다. 포도상구균 질환의 발병 기전에서 단백질 A의 역할은 아직 완전히 규명되지 않았습니다.

황색포도상구균(S. aureus) 균주는 포도상구균 파지에 대한 민감도가 다양합니다. 황색포도상구균(S. aureus)을 분류하기 위해 국제적으로 23종의 온대 파지를 사용하며, 이 파지들은 네 그룹으로 나뉩니다.

• 그룹 1 - 파지 29.52, 52A, 79, 80;
• 그룹 2 - 파지 3A, 3C, 55, 71;
• 그룹 3 - 파지 6, 42E, 47, 53, 54, 75, 77, 83A, 84, 85;
• 그룹 4 - 파지 94, 95, 96;
• 그룹 외부 - 파지 81.

포도상구균과 파지의 관계는 특이합니다. 같은 균주가 하나의 파지 또는 여러 파지에 의해 동시에 용해될 수 있습니다. 그러나 파지에 대한 포도상구균의 민감도는 비교적 안정적이기 때문에 포도상구균의 파지 타이핑은 역학적으로 매우 중요합니다. 이 방법의 단점은 황색포도상구균의 65~70%만 타이핑할 수 있다는 것입니다. 최근 몇 년 동안 표피포도상구균(S. epidermidis) 타이핑을 위한 특정 파지 세트가 확보되었습니다.

[ 16 ]

포도상구균 감염의 실험실 진단

주요 방법은 세균학적 검사이며, 혈청학적 반응이 개발되어 시행되고 있습니다. 필요한 경우(중독의 경우) 생물학적 검사를 시행합니다. 세균학적 검사에 사용되는 검체는 혈액, 고름, 인두 점액, 코, 상처 분비물, 객담(포도상구균 폐렴의 경우), 대변(포도상구균 대장염의 경우), 식중독의 경우 구토물, 대변, 위세척액, 의심스러운 산물입니다. 검체는 혈액 한천(용혈)과 우유-소금 한천(우유-노른자-소금)에 접종합니다(NaCl은 외래 세균의 성장을 억제하며, 색소와 레시티나아제가 더 잘 검출됩니다). 분리 배양물은 종의 특징을 통해 동정하고, 주요 특징 및 병원성 인자(황금색소, 만니톨 발효, 용혈, 혈장응고효소)의 존재 여부를 확인하며, 항생제 감수성을 확인하고, 필요한 경우 파지형 검사를 실시합니다. 화농성 패혈성 질환 진단을 위한 혈청학적 반응 중 RPGA와 IFM은 특히 테이코산 또는 종 특이 항원에 대한 항체를 측정하는 데 사용됩니다.

포도상구균의 장독소성을 결정하는 데는 세 가지 방법이 사용됩니다.

• 혈청학적 분석 - 겔 침전 반응에서 특정 항독성 혈청을 사용하여 엔테로톡신을 검출하고 그 유형을 판별합니다.
• 생물학적 - 포도상구균 배양액 여과액을 고양이에게 체중 1kg당 2~3ml의 용량으로 정맥 투여합니다. 이 독소는 고양이에게 구토와 설사를 유발합니다.
• 간접 세균학적 방법 - 의심스러운 제품에서 순수한 포도상구균 배양액을 분리하고 병원성 인자를 결정합니다(엔테로톡신 형성은 다른 병원성 인자, 특히 RNase의 존재와 상관관계가 있음).

엔테로톡신을 검출하는 가장 간단하고 민감한 방법은 혈청학적 방법입니다.

포도상구균 감염 치료

포도상구균 질환 치료에는 베타락탐계 항생제가 주로 사용되며, 이에 대한 감수성을 먼저 확인해야 합니다. 중증 및 만성 포도상구균 감염의 경우, 자가백신, 아나톡신, 항포도상구균 면역글로불린(인간), 항포도상구균 혈장 등의 특정 치료법을 통해 긍정적인 효과를 얻을 수 있습니다.

포도상구균 감염의 특정 예방

포도상구균 감염에 대한 인공 면역을 생성하기 위해 포도상구균 아나톡신(액상 및 정제)을 사용하지만, 이는 주로 I군 파지에 의해 분해되는 포도상구균에 대해서만 항독 면역을 생성합니다. 사멸된 포도상구균이나 그 항원을 백신으로 사용하면 항균 항체가 생성되지만, 백신의 원료가 되는 혈청형 포도상구균에 대해서만 효과가 있습니다. 다양한 유형의 병원성 포도상구균에 효과적인 고면역원성 백신을 찾는 문제는 현대 미생물학의 가장 중요한 과제 중 하나입니다.