그람양성균

그람양성균은 원핵생물의 한 종류로서 그람염색법에 의해 세포벽이 보라색으로 염색되는 세균을 총칭한다. 그람양성균의 세포벽은 여러겹의 펩티도글리칸으로 구성되어 있어 크리스탈 바이올렛과 같은 염기성 염료로 염색한 후 에탄올을 처리해도 탈색되지 않고 보라색으로 나타난다.

황색포도상구균의 그람염색(출처: GettyimagesKorea)

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그람양성균은 여러 겹의 펩티도글리칸이 중첩되어 형성된 두껍고 단단한 세포벽을 가진다. 그람 양성균의 세포벽에는 테이코산이라는 산성물질들이 포함되어 있다. 테이코산은 글리세롤 또는 리비톨과 같은 알코올과 인산으로 구성되어있다. 테이코산의 인산기는 음전하를 띠기 때문에 세포 표면의 음전하에 영향을 미친다. 따라서 2가 양이온이 세포벽 표면에 결합하는데 영향을 미친다. 그람양성균을 분류하기 위해 실험실에서는 세포벽을 구성하는 테이코산을 항원으로 인식하는 항체들을 이용해 그람 양성균을 확인하는데 이용될 수 있다. 그람양성균은 외막이 없기 때문에 포린(porin)은 존재하지 않는다.

그람양성균의 세포벽 모습 (출처: GettyimagesKorea)

열로 고정화된 표본을 크리스탈 바이올렛으로 염색하고 요오드 용액을 처리하여 에탄올로 세척하면 펩티도글리칸과 같은 다당류는 탈색되지 않아 보라색으로 보인다. 에탄올을 처리했을 때 탈색된 균은 사프라닌으로 반대염색을 통해 핑크색으로 염색된다. 그람 양성균과 음성균은 세포벽의 구조적 차이에 의해 각각 보라색과 핑크색으로 다르게 염색된다.

그람염색에 대한 그람양성균의 반응 (출처: 하남출/서울대)

포도상구균(Staphylococcus aureus), 폐렴연쇄상구균(Streptococcus pneumoniae), 장구균(Enterococcus faecium), 유산연쇄상구균(Lactobacillus lactis) 등

1960년 황색포도상구균이 분비하는 베타-락탐 분해효소가 분해하지 못하는 메티실린(Methicillin)이 개발되었고, 1961년 영국에서 메티실린 내성 황색포도상구균 의 감염이 최초 출현하였으며 1970-1980년대 범세계적으로 병원 감염이 확산된 것으로 보고 되었다.

메티실린 내성 황색포도상구균(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA)이란 베타-락탐계 항생물질인 메티실린에 대한 저항성을 가진 황색포도상구균을 의미하며, 옥사실린 내성 황생포도상구균 또는 다제내성 황색포도상구균이라고도 불린다.

메티실린의 내성기전은 페니실린 결합 단백질(penicillin-binding protein)인 PBP2를 암호화하는 mecA 유전자 변이에 기인한다. 정상적인 황색포도상구균의 경우 펩티도글리칸 합성 마지막 단계에 작용하는 효소인, 5가지 종류의 페니실린 결합 단백질(PBP1, PBP2, PBP3, PBP3', PBP4)을 보유하고 있다. 메티실린 내성 황색포도상구균의 경우 PBP2a가 추가로 존재한다. PBP2a단백질은 다른 PBP에 비하여 베타-락탐 항균제에 대한 친화력이 떨어져 항생제에 의해 억제되더라도 세포벽을 생합성 할 수 있다.

메티실린 내성 검사는 일반적으로 중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR)을 통해 mecA 유전자가 검출되면 메티실린 내성 황색포도상구균으로 판단할 수 있다. 하지만 종종 mecA 유전자를 통하지 않고 다른 기전으로 메티실린에 대한 내성을 가지는 경우도 있기 때문에 베타-락탐아제 저항성 페니실린계 항균제로 알려져 있는 옥사실린(Oxacillin)을 억제하는 최소농도를 측정하여 메티실린 내성 황색포도구균으로 정의할 수 있다.

하남출/서울대학교

최형태/강원대학교