클렙시엘라

[ Klebsiella ]

클렙시엘라(국문) Klebsiella(영문)

Klebsiella는 막대모양의 혐기성 그람음성균이며. 구강과 위장에 존재하는 장내세균과(Enterobacteriaceae family)에 속하는 세균속(bacterial genus)이다. 이 세균은 일반적으로 비뇨생식기계 감염(UTI), 피부상처 및 호흡기계 감염을 일으키는 병원균(pathogen)으로 분류되기도 한다. 또한 신생아에게서 발생하는 병원내 감염원인균으로 주목을 받고 있다. Klebsiella속에 속하는 세균들 중 가장 대표적으로는 Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxytoca, Klebsiella terrigena, Klebsiella planticola가 있으며, 이중 K. pneumoniae는 가장 일반적으로 사람에게 나타나는 병원균(pathogen)이며, K. oxytoca는 신생아에게 혈류, 비뇨기관, 신경계, 폐, 피부, 조직 등에 감염을 일으킨다. 그리고 이전에는 토양과 물에 서식하는 비병원성세균(non-pathogen)으로 분류되었던 K. planticola는 신생아 패혈증의 원인균으로 나타나기도 했다.

Klebsiella pneumoniae (출처: GettyImages-924977172)

Klebsiella는 세균의 감염원리에 대한 많은 연구를 했었던 19세기 독일의 미생물학자이며 내과의사인 Edwin Klebs (1834~1913)의 이름을 따서 명명되었다. Klebs는 1884년에 Friedrich August Johannes Löffler와 함께 'Klebs-Löffler bacillus'라고 불리는 디프테리아(Diphtheriae) 막대균을 발견하기도 하였다. Klebsiella는 비운동성의 다당체 협막(capsule)을 가지고 있는 세균속이고, 이 협막(capsule)은 세포표면을 둘러싸고 있어 그람 염색 후 관찰하면 가장 크게 보이고, 여러 숙주 방어시스템에 대해 저항하는 요소로 작용한다. Klebsiella는 일반적으로 세포표면에 두 종류의 항원을 나타내는데, 그 중 하나가 O 항원(lipopolysaccharide)이고, 나머지 하나는 K 항원(capsular polysaccharide)이다.

병원성

Klebsiella 속은 비뇨기계(urinary) 감염의 주요한 원인균이며, 연부 조직(soft issue) 감염, 심내막염(endocarditis), 중추신경계(CNS) 감염, 안내 염(endophthalmitis), 폐의 만성 파괴 병변(chronic destructive lesion)과 다수의 농양을 동반하는 심각한 기관지폐렴(bronchopneumonia)을 일으킨다. 많은 경우에 균혈증(bacteremia)을 유발하여 치사율이 높게 나타난다. 이러한 상태는 보통 협막(capsule) 타입 1~5와 밀접하게 관련되어 있고, K. pneumoniae는 K1 협막 항원(capsular antigen)을 가지고 있어 이는 화농성 간 농양(pyogenic liver abscess)의 원인이 된다¹⁾. 호흡기에서의 집락(colony) 형성은 항생제를 투여받는 병원내 입원환자들에게 매우 흔하게 나타나지만, 이를 밝혀내기는 쉽지 않다. 특히나 Klebsiella는 여러 항생제에 내재적 내성을 보일 뿐만 아니라, 기타 다른 항생제에 대한 내성을 매우 쉽게 획득하기 때문에, 항생제의 사용에 대해 매우 신중해야 함을 추천하고 있다.

병원성에 중요한 독력 인자(virulence factor)

1. 협막(capsule)

식균작용(phagocytosis)을 위한 옵소닌화(opsonization)와 혈청보체(serum complement)의 작용에 대한 세균의 주요한 방어인자인 다당체 협막이 합성되어 면역세포의 식균작용으로부터 피하는데 중요한 역할을 하는 독력 인자이다.

2. 부착(adhesion)

숙주조직에 부착하는 것은 병원성을 갖는데 중요한 처음 단계로, 섬모나 섬모가 아닌 다른 부착소에 의해 이루어진다. 다른 장내세균과에 속하는 세균들과 마찬가지로, Klebsiella는 mannose에 민감한 혈구응집(haemagglutination)능이 있는 type I 섬모(fimbriae)가 있어 사람의 숙주조직에의 부착에 주요한 역할을 한다. 또한 type 3 섬모는 주변환경에 부착하는데 기여하는 것으로 알려져 있다. 이외에도 type 6, KPF-28섬모와, 섬모가 아닌 부착소 CF29K, CS31A가 있으며, 특히 이 부착소들의 유전자는 플라스미드내에 존재하며 사람의 위장세포에 부착한다.

3. 철결합시스템(iron-sequestering system)

많은 다른 장내세균들과 마찬가지로, Klebsiella는 숙주에 존재하는 철결합단백질로부터 철을 가져오는 철결합물질들을 생산하고 분비한다. 철은 세균대사에 중요한 조효소로 역할을 하기 때문에 숙주내 병원성에 매우 중요한 역할을 한다. 이러한 철의 중요성은 지중해 혈증(thalassaemia)과 같은 철이 많이 축적되는 환자에게 특히 높은 병원성을 나타내게 된다. 그리고 숙주의 입장에서는 철을 세균에게 빼앗긴다는 것은 숙주방어에 필요한 면역세포들의 작용을 방해받는 결과가 된다. 또한 세균의 철결합단백질을 'siderophore'라고 부르고, 이 물질은 주로 철이 부족한 환경에서 분비되어 철과 결합한 후 세균의 표면수용체에 부착하여 능동수송(active transport) 방식으로 철을 세균 안으로 유입시킨다. Klebsiella가 분비하는 siderophore로는 enterobactin, enterochelin, aerobactin 등이 있다. 철이 풍부한 조건에서는 특정 외막 단백질(outer membrane protein)이 많이 생산되어 siderophore의 세균내 유입을 돕는 인자로서 작용하게 된다.

질소고정능력

Klebsiella 는 다양한 식물의 뿌리표면에서 흔히 분리된다. K. pneumoniae, K. oxytoca, K. planticola 는 질소(N₂)를 고정할 수 있기 때문에 질소고정세균으로 분류되기도 한다²⁾. 질소를 고정하는 Klebsiella는 벼잎, 근권, 목초지 토양, 고구마 등으로부터 분리되었다. 이 중 K. pneumoniae는 질소고정관련 연구에서 모델 시스템으로 사용되는 세균이다.

항생제내성과 치료

Klebsiella 세균들은 다양한 항생제에 내성을 나타낸다. 특히 그 중 아목시실린(amoxicillin)에 대해서는 모든 Klebsiella 세균이 저항성을 가진다. 이러한 항생제에 대한 저항성 때문에 Klebsiella 감염증 치료에는 항생제 민감도 패턴을 파악하는 것이 매우 중요하다. 많은 Klebsiella 세균은 세팔로스포린(cephalosporin), 카바페넘(carbapenem), 아미노글리코시드계(aminoglycosides)에 민감하지만, 최근에는 이들에 대한 저항성이 대두되고 있는데, 이는 세팔로스포린과 같은 베타락탐계(beta-lactam) 항생제를 분해하는 베타-락타메이즈(beta-lactamase) 효소, 카바페넘을 분해하는 카바페너메이즈(carbapenemase)를 생산하는 유전자를 획득하게 됨으로써 항생제 내성을 갖게 된다. 이러한 여러 항생제 내성 메커니즘들을 갖게 되면서 다제내성(multi-drug resistance)세균으로 발전하게 된다. 그러나 사실상 카바페넘계 항생제는 다른 항생제들에 내성이 있는 그람음성균들에 대한 가장 마지막 단계의 항생제로 여겨지고 있다.

감염예방

Klebsiella에 의한 감염증의 가장 중요한 예방책으로는 Klebsiella의 유입이 되거나 세균이 퍼지는 것을 막는 것인데, 이 것을 위해서는 병원종사자들이 손을 고도의 위생 관리할 수 있도록 교육을 지속적으로 실시하여야 하며, 항생제 처방에 있어서 신중한 고려가 필요하다.

집필

최경희/원광대학교

감수

나도균/중앙대학교

참고문헌

1. H. Chart, in Medical Microbiology (Eighteenth Edition), 2012
2. Anne Van Dommelen, Jos Vanderleyden, in Biology of the Nitrogen Cycle, 2007

동의어

Klebsiella, 클렙시엘라, klebsiella

클렙시엘라