리지오넬라 뉴모필라

리지오넬라 뉴모필라(국문) Legionella pneumophila(영문)

Legionella pneumophila는 주로 호수나 하천 등 수중의 환경에서 아메바(ameoba)와 같은 원생동물(protozoa)내에서 기생하며 살아가는 막대모양의 그람음성균(Gram-negative bacteria)이다. 일반적인 자연환경에서는 세균의 수가 적게 존재하지만, 물의 관리가 미흡한 에어컨 등과 같은 냉방시설과 온수시설에 많은 수로 증식할 수 있다. 이러한 오염된 물을 통해 나온 에어로졸(aerosol) 형태의 세균에 노출되면, 사람의 폐에서 심각한 정도의 폐렴 즉 레지오넬라병(legionnaires' disease (LD) 또는 legionellosis)이 유발된다. 이 질병은 L. pneumophila 세균이 대식세포(macrophage)를 침입하여 증식하게 되면서 병원성이 나타나게 된다. 1976년 필라델피아에 있는 Bellevue Stratford 호텔에서 개최된 미국 재향군인회에 참가한 회원들과 주민들에게서 발병한 집단 폐렴으로 인해 221명의 입원환자 중에 34명이 사망하게 되면서 처음 주목을 받기 시작하였고, 이 때문에 "재향군인병"이라고도 불린다¹⁾. 이 후 미국의 질병관리통제센터가 사망환자의 폐조직을 guinea pig에 접종하여 원인균을 분리하게 되면서 위험성이 알려진 세균이다. L. pneumophila는 어린아이들보다 주로 50세 이상의 고령자, 흡연자 그리고 만성폐질환을 앓는 성인, 면역억제요법을 받는 사람, 암환자에서 주로 질병을 야기한다.

Legionella pneumophila (출처: ) 

목차

세균 도메인 > Phylum Proteobacteria (프로테오박테리아 문) > Class Gammaproteobacteria (감마프로테오박테리아 강) > Order Legionellales (레지오넬라 목) > Family Legionellaceae (레지오넬라 과) > Genus Legionella (레지오넬라 속) > Species L. pneumophila (레지오넬라 뉴모필라 종).

U937 대식세포(A)와 Acanthamoeba polyphaga (B)내에서 증식한 L. pneumophila (출처: doi:   10.1128/microbiolspec.EMF-0009-2016)

협막(capsule), 내생포자(endospore)가 없는 그람음성균으로서 너비 0.3~0.9 μm, 길이 2 μm의 막대균이다. 이 세균은 한쪽 끝에 편모(flagella)가 존재한다. 원생동물(protozoa)내에서 증식하기 때문에 biocide, 항생제, 산, 삼투압, 열과 같은 스트레스성 환경에서도 잘 견딜 수 있다.

다음의 5종, 즉 Philadelphia (Lpg, USA), Lens (Lpl, France), Paris (Lpp, France), Corby (Lpc, England), Alcoy (Lpa, Spain)의 유전체의 주요 특성은 다음 표와 같다. 모두 혈청형(serotype) 1에 속하고, 이 균주(strain)들의 일반적인 유전체 크기는 3.3 Mb ~ 3.5 Mb이며, GC 함량은 38% 정도이며, coding region은 88% 내외이다. 이들의 유전체는 진핵생물(eukaryotes) 세포를 감염시키고 증식하는데 필요한 많은 독력(virulence) 인자를 암호화하는 유전자들을 포함하고 있다²⁾.   

L. pneumophila가 Harmanella sp.나 Acanthamoeba castellanii와 같은 원생동물(protozoa) 또는 대식세포에 들어간 후 리소좀(lysosome)으로 이동하여 소포체유래 소기관(endoplasmic reticulum-derived organelle), 즉 액포(vacuole)을 형성하게 된다. 이 후 20종 이상의 dot와 icm 유전자들에 의해 합성되는 type IVB secretion apparatus를 이용하여 숙주세포의 세포질로 effector들을 이동시킨다. Vacuole내에서 영양분이 고갈될 때까지 증식(replicative phase)을 하다가 새로운 숙주로 이동(transmissive phase)하게 된다.

L. pneumophila의 대식세포내 증식과정 (그림: 최경희/원광대)

L. pneumophila 유전체는 여러 T4SS를 합성하는데, 이 중 type IVB는 Agrobacterium tumefaciens Vir system과 유사한 Dot (defective organelle trafficking)/Icm (intracellular multiplication) system이고, type IVA secretion system은 Lvh (Legionella vir 유사체) system과 Tra system이다. Dot/Icm system은 이 세균의 세포내 증식과 병원성(pathogenicity)에 있어 매우 중요하고 필수적인 역할을 한다⁴⁾.

Lsp는 "Legionella secretion pathway"의 약자로서, 병원성과 주변환경에서의 지속성을 위해 필요한 병원성 인자이다. L. pneumophila T2SS는 12개의 요소(prepilin peptidase pilD, ATPase lspDE, pseudopilin lspFGHIJK, lspDE, lspG, lspK)로 구성되어 있다. 이 T2SS는 L. pneumophila가 다양한 환경조건, 즉 예를 들어 4^oC~17^oC의 수돗물과 22^oC~25^oC의 수중 아메바(ameoba)에서도 생존이 가능하게끔 저온생장에 도움을 주는 인자들의 분비를 담당한다⁵⁾.       

이 병원성세균에 의한 감염은 스페인을 포함한 많은 나라에서 발생하고 있으며, 1989년부터 2005년까지 대략 310건의 감염질병이 발생하였다. 이 중 스페인에 있는 Valencian Region의 한 산업지역인 Alcoy에서는 1999년부터 2000년까지 대규모로 레지오넬라병이 발병하였고, 원인이 되는 균주를 "Alcoy 2300/99"라고 명명하였다⁶⁾.   

이 세균으로 인한 질병치료는 항생제요법을 사용하는데, 레보플로사신(levofloxacin)과 같은 플루오르퀴놀론(fluorequinolone) 계열 항생제, 또는 아지트로마이신(azithromycin), 클라리트로마이신(clarithromycin)과 같은 마크로라이드계(macrolides) 항생제가 치료제로서 고려되고 있다.

주로 물과 관련된 환경 즉, 냉각수, 온수시설 등이 이 세균의 적당한 생장장소이니 이 시설들의 관리를 철저히 하고, 특히 면역이 억제된 환자들과 같은 고위험군에 속하는 사람들에게 노출되지 않도록 주의하여야 한다. 또한 이미 이 세균에 감염되어 발병된 환자가 있을 경우에 에어로졸을 통해 다른 사람에게 감염되지 않도록 주의하여야 한다.

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최경희/원광대학교

나도균/중앙대학교

1. Fraser DW, Tsai TR, Orenstein W, Parkin WE, Beecham HJ, et al. 1977. Legionnaires' disease: description of an epidemic of pneumonia. N. Engl. J. Med. 297, 1189-1197.
2. Cazalet C, Jarraud S, Ghavi-Helm Y, Kunst F, Glaser P, Etienne J, and Buchrieser C. 2008. Multigenome analysis identifies a worldwide distributed epidemic Legionella pneumophila clone that emerged within a highly diverse species. Genome Res. 18, 431-441.
3. 'Fernandez JA, Lopez P, Orozco D, Merino J.' 2002. Clinical study of an outbreak of Legionnaire's disease in Alcoy, Southeastern Spain. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. '21', 729–735
4.
5. Newton HJ, Ang DKY, van Driel IR, Hartland E. 2010. Molecular pathogenesis of infections caused by Legionella pneumophila. Clin. Microbiol. Rev. 23, 274-296.
6. Fernandez JA, Lopez P, Orozco D, Merino J. 2002. Clinical study of an outbreak of Legionnaire's disease in Alcoy, Southeastern Spain. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 21, 729–735.