디프테리아균

디프테리아균; 코리네박테리움 디프테리아(국문) Corynebacterium diphtheriae; C. diphtheriae(영문)

1883년 독일의 세균학자인 에드윈 클렙스(Edwin Klebs,1834~1913)와 프리드리히 뢰플러(Friedrich Löffler, 1852~1915)가 발견하여 클렙스-뢰플러(간)균(Klebs-Löffler bacillus)으로도 불리는 디프테리아균(Corynebacterium diphtheriae)은 박테리오파지(Bacteriophage)에 감염된 경우 디프테리아 독소를 생산하여 질병을 일으키는 그람양성균이다. 

디프테리아균 전자현미경사진 (출처: GettyImages-128637372)

목차

1884년 독일의 세균학자인 에드윈 클렙스(Edwin Klebs, 1834~1913)가 디프테리아 환자의 호흡기에서 발견하고 프리드리히 뢰플러(Friedrich Löffler, 1852~1915)가 순수배양에 성공하여 클렙스-뢰플러(간)균(Klebs-Löffler bacillus)으로도 불리는 디프테리아균(Corynebacterium diphtheriae)은 박테리오파지(Bacteriophage)에 감염된 경우 디프테리아 독소를 생산하여 질병을 일으키는 세균이다¹⁾.

1826년 프랑스 의사인 피에르 브르타뉴(Pierre Bretonneau, 1852~1917)가 호흡기에서 막대기 모양의 균이 줄무늬와 파란점이 있는 막을 형성하는 것을 묘사해 그리스어로 가죽(Leather hide)을 의미하는 디프테리아(Diphtheria) 질병을 명명하였다. 이후 1986년 독일의 세균학자인 발터 크루즈가 질병 이름을 인용해 바실러스 디프테리아(Bacillus diphtheria)라는 종명을 제시하고 1896년 세균학자인 칼 레만(Karl Lgmann)과 루돌프 네우만(Rudolf Neumann)이 새로운 속명을 제시하여 현재의 학명인 코리네박테리움 디프테리아(Corynebacterium diphtheria)로 명명하였다.

세균 도메인 > Phylum Actinobacteria (방선균류 문) > Class Actinobacteria (방선균류 강) > Order Actinomycetales (방선균류 목) > Family Corynebacteriaceae (방선균류 과) > Genus Corynebacterium (코리네박테리움 속) > Species Diphtheriae (디프테리아 종)²⁾.

Corynebacterium diphtheriae 현미경 실험사진 (출처: GettyImages-487736275)

디프테리아균은 현재까지 디프테리아 미티스(C. d. mitis), 디프테리아 인터메디우스(C. d. intermedius), 디프테리아 그래비스(C. d. gravis) 및 디프테리아 벨팬티(C. d. belfanti) 4개의 아종을 포함하고 있다. 네 종의 아종은 모양이나 생화학적 성질이 조금씩 다르지만, 박테리오파지에 의해 세균의 유전체로 삽입된 디프테리아 독성 유전자에 의해 독성물질을 생성해 숙주 안에서 질병을 일으키기도 한다³⁾.

디프테리아균은 감염된 사람의 인후두, 피부, 분비계 기관 등에서 발견되지만 자연적인 면역을 갖는 기타 동물들에서는 쉽게 발견되지 않는다. 디프테리아균은 항생제에 민감성을 보이며 페니실린, 암피실린, 세팔로스포린, 테트라사이클린, 클로람페니콜, 퀴놀론, 세프록심, 트리메소프림 계열의 항생제에 민감성을 나타낸다.

디프테리아균의 유전체는 표준 균주 NCTC 13129의 유전체를 해독하여 염기서열이 결정되었으며 원형의 단일 DNA분자로 되어 있다. NCTC 13129 균주는 총 2,488,635 염기쌍으로 구성되어 있으며, 유전자를 암호화하기 위한 염기서열은 총 염기쌍의 87% 정도 차지하고 있다. 총 2,389개의 유전자를 포함하고 있으며 2,272개의 단백질을 암호화하고 있는 유전자, 69개의 RNA 유전자, 5쌍의 Ribosomal RNA 그리고 20가지 아미노산을 암호화하고 있는 54개의 tRNA를 함유하고 있다. 디프테리아균의 유전체는 약 53%의 GC 함량을 나타내며, 유전체의 오리진(origin)에서 상대적으로 높은 GC 함량을 보이는 등 GC 함량이 불균형하게 분포되어 있다¹⁾.

디프테리아균의 유전체는 병원성유전자군(Pathogenicity Islands, PAIs) 13지역을 함유하고 있으며, 13개 PAIs사이에는 약간의 염기서열의 조성차이를 보이고 많은 부분이 tRNA를 암호화하고 있다.

디프테리아균은 완전한 인산오탄당경로(pentose phosphate pathway), 해당작용(glycolysis), 포도당신생합성경로(gluconeogenesis)를 함유하고 있지만 시트릭산 경로(citric acid cycle)에 숙시닐 CoA(succinyl CoA) 합성효소가 결핍되어 있다. 디프테리아균은 숙시닐 CoA 합성효소를 대신하여 주로 클로스트리디움 클로이베리(Clostridium kluyveri) cat1와 유사한 유전자에 의해 발현된 효소를 사용하는데 이 효소는 숙시닐 CoA 합성효소 보다는 코엔자임 A 전이효소로 작용하는 것으로 알려져 있다.

디프테리아균은 통성호기성이기 때문에 호기성 대사경로와 혐기성 대사경로를 모두 함유하고 있지만 호기성 대사작용을 선호한다.

디프테리아균은 그람양성 간균으로서 염색상이 일정하지 않은 0.3~0.8 μm X 1.0~8.0 μm의 다양한 모양을 갖고 있다. 디프테리아균은 협막(capsule)과 내생포자를 형성하지 않고 운동성이 없으며, 단일 균은 서로 붙은 모양으로 각을 지어 분열하기 때문에 현미경으로 관찰할 때 L자, V자 혹은 붙은 모양으로 관찰된다. 디프테리아균을 명확하게 분리하기 위해서 그람 염색뿐만 아니라 뢰플러 염색(Löffler stain), 알버트염색(Albert’s stain) 등을 사용한다. 메틸렌 블루와 같은 특수 염색시약으로는 다인산염의 축적으로 균의 양 끝 내부에 구슬모양으로 보이는 이염성과립(metachromatic gradnules)이 관찰된다. 이런 이염성과립은 극성과립(polar granules), 베이비스 에른스트 과립(Babes Ernst granules), 볼루틴(volutin) 등으로 불린다.

독소, 그람양성균, 세균, 박테리오파지(bacteriophage)

진현미/국립낙동강생물자원관

조장천/인하대학교

1. Cerdeño-Tárraga, A.M., Efstratiou, A., Dover, L.G., Holden, M.T., Pallen, M., Bentley, S.D., et al. 2003. The complete genome sequence and analysis of Corynebacterium diphtheriae NCTC13129. Nucleic Acids Res. 31, 6516-6523.
2. Parte, A.C. Corynebacterium. www.bacterio.net
3. Leong D. and Murphy, J.R. 1985. Characterization of the diphtheria tox transcript in Corynebacterium diphtheriae and Escherichia coli. J. Bacteriol. 163, 1114–1119.