결핵균

결핵균 (국문) Mycobacterium tuberculosis, MTB (영문) 

인간의 결핵을 일으키는 세균이며, 세포표면에 강한 소수성을 지닌 밀랍과 같은 특성을 가진 미콜산(Mycolic acid)이 있는 Mycobacterium 속에 속한다. 결핵균은 산소를 좋아하는 호기성 세균이며, 운동능력이 없는 간균(막대균) 모양이며, 포자를 형성하지 않는다. 결핵균은 16~20시간마다 분열하여 매우 천천히 자라며, 숙주의 대식세포(macrophage) 내에서 생존하는 세포내 병원성균(intracellular pathogens)이다.  

결핵균, 편모가 없는 긴 막대 모양의 세균 (출처: GettyImages-973897054)

목차

결핵균은 약 150,000년에 발생했으며, 고대 이집트의 미이라의 등뼈에서도 전형적인 병의 증상을 발견할 수 있었을 정도로 인류의 역사만큼 오래되었다. 폐결핵에 감염되면 폐에 해부학적으로 결절(tubercle)이 형성되는 증세가 있어서, 1839년 J. L. Schonelein에 의해 결핵(結核, tuberculosis, TB)이라는 병명이 지어졌다. 

중간정도로 진행된 결핵환자의 흉부 x선 사진 (출처: GettyImages-128614989)

1800년대 초까지 결핵으로 유럽인구의 1/4이 죽었을 만큼 치명적인 질병이었지만, 유럽에서는 질병으로 인식하지 않았다. 1865년 프랑스 군의관인 Jean-Antoine Villemin은 결핵이 전염병이라는 것을 증명하였으며, 1882년 독일인 의사 로베르트 코흐 (Robert Koch)에 결핵의 원인균으로서 밝혀졌다. 코흐는 환자로부터 결핵균을 분리한 후 이를 시험관에서 배양에 성공하였으며, 이를 다른 동물에 접종하여 결핵증상이 나타남을 확인하였다(코흐의 가설). 1998년 H37Rv 병균의 유전자 지놈(genome)이 출판되었다¹⁾. 결핵균은 코흐에 의해 Koch’s tubercle bacillus라 불렸는데, 1896년 Lehmann과 Neumann에 의해 Mycobacterium tuberculosis로 명명되었다. 

Mycobacterium 속에는 100여 종의 균이 있다. M. leprae (나균, 한센병 원인균)과 M. bovis (소결핵균)도 중요한 균으로 여겨지고 있다. 특히 M. bovis는 M. tuberculosis var. bovis로 결핵균의 아종으로 여겨졌지만 1970년에 이르러서 다른 종으로 분류되었다. 이외의 Mycobacterium 속 균종들을 통칭하여 비결핵 항산균 또는 비결핵 마이코박테리아라 부른다. 

일반적 그람 음성균이 가지고 있는 외막(outer membrane)이 그람 염색이 잘 스며들지 않는다. 하지만, 결핵균은 외막이 없음에도 불구하고 미콜산 때문에 그람 염색이 스며들지 않는다. 항산성 염색법(acid-fast stain) 또는 질-닐슨 염색법(Ziehl-Neelsen stain)을 사용하면 Mycobacterium은 밝은 붉은 막대상 세균으로 염색되어 구분된다. 따라서 결핵균을 항산균으로도 불리운다. 

항산성 염색법으로 염색된 결핵균 (출처: )

항산성 염색법의 간략한 절차 (그림: 하남출/서울대)

세포벽의 바깥쪽에는 건조질량의 50%에 달할 만큼 두꺼운 미콜산층이 있다. 이 미콜산층 때문에 영양분의 흡수가 제한되어 균의 생장은 느려지게 되지만, 숙주 macrophage내의 소화효소에 대한 저항성도 가지게 된다. 미콜산층 안쪽에는 아라비노갈락탄(arabinogalactan)층이 존재하며, 그 안쪽에는 펩티도글리칸층이 있다. 아라비노갈락탄층은 바깥쪽의 미콜산과, 안쪽의 펩티도글리칸층과 공유결합을 통해 연결한다. 이를 mycolyl-arabinogalactan-peptidoglycan (mAGP) 복합체라 하며 결핵균의 생존에 필수적이다. 이 층 안쪽에는 세포막이 존재한다. 인지질과 만노스로 구성된 리포아라비노만난(lipoarabinomann) 은 지질을 통해 세포막에 박혀 있으며, 만노스는 세포 최외각까지 뻗어나온다. 당지지질(glycolipids)은 미콜산층에 지질을 통해 결합하고 최외각에는 특히 만노스층이 노출되어 있다. 포린(porin)이라는 막단백질은 mAGP 복합체에 끼워져 있어서 물질 이동의 통로를 제공한다. 

결핵균의 세포벽 성분 도식도 (그림: 하남출/서울대)

약한 소독에 잘 견디며, 외부에서 수 주 동안 살 수 있다. 폐의 대식세포(macrophage)내의 식포(phagosome)에 있지만 생존이 가능하다. 결핵균의 세포벽은 이 식포와 리소좀(lysosome)의 융합을 막으며, 분비단백질을 가지고 있는 소낭(endosome)간의 융합은 막지 않아서 식포내에서 결핵균이 성장할 수 있다. 또한 결핵균은 효소를 통해 숙주의 방어시스템인 활성산소종(ROS), 활성질소종(RNS)를 중화하여 생존률을 증가시킨다²⁾³⁾⁴⁾.

결핵은 인류의 1/3이 증상이 없는 상태에서 보균하고 있기 때문에, 면역기능이 저하된 환자의 경우에는 결핵의 위험에 노출되어 있다⁵⁾.

결핵균은 인체의 어느 장기에도 살 수 있지만, 주로 폐에서 생장한다. 감염자의 기침, 콧물, 가래로부터 배출된 결핵균은 공기를 통해 전파되기 때문에(air-borne disease) 전염성이 매우 높다. 일단 증세가 나타나 발병하면 치료를 하지 않을 경우 절반 이상 병으로 죽게 되는 치명적 질병이다. 피가 섞인 가래를 동반한 기침, 오한, 식은땀, 체중 감소 등의 증상이 나타나며, 객담이 누렇고 끈적이는 점액성이고 호흡곤란과 늑막통을 동반한다. 흉부 X선 검사, 항산균 도말검사, 항산균 배양검사, PCR 감사, 흉부 CT 촬영, 투베르큘린 검사, 인터페론감마 분비검사 등을 통해 진단할 수 있다.  

우리나라는 일제감점기 초기 결핵환자가 비교적 적었지만, 후기에 급속히 증가하여, 결핵 왕국으로 불릴 만큼 결핵 환자가 많아졌다. 1965년부터 실시된 전국결핵실태조사 자료로 추정해 보면 20세 이상 인구의 50% 이상이 결핵에 감염되어 있었다. 이후 생활 수준의 향상으로 현재 발생률이 감소하였지만, 2017년 기준 매년 약 3만명이의 결핵환자가 발생하고 약 2천3백명이 결핵으로 목숨을 잃고 있다. 사망률에 있어서는 OECD 참여 국가중에서 가장 높은 불명예를 안고 있다⁶⁾. 북한의 경우 우리나라보다 결핵환자수가 3.9배에 이른다는 보고가 있다(2010년 기준).  

항생제인 리팜피신(ripampicin)과 이소니아지드(isoniazid)를 장기간(6개월~2년) 복용하여 치료할 수 있다. 하지만, 치료가 충분하지 않을 때, 예를 들면 항생제 복용을 중단하거나, 질 낮은 약을 사용하면 내성균이 발생할 수 있다. 이 경우 치료기간이 길어지고 더 비싼 약이 필요하며, 끝내 치료가 되지 않을 수 있다. 소결핵균인 M. bovis에서 유래된 BCG 백신이 사용되지만, 제한적인 예방 효과만 있다. 우리나라의 경우 BCG에 의한 예방효과는 약 74% 정도인 것으로 관찰되었다. 예방도 중요하지만, 감염자 중에서 약 10%만 일생에 걸쳐서 발병하므로, 고위험군(HIV 감염자, 규폐증, X 선상 섬유화된 결핵 반흔이 있는 사람, 체중이 정상보다 5% 이상 미달인 사람, 당뇨병, 만성신부전증, 위절제술, 장기 이식을 받은 사람, 두경부의 악성 질환이 있는 사람)에 대한 관리도 중요하다⁶⁾.  

코흐의 가설

하남출/서울대학교

이창로/명지대학교

1.
2. Mwandumba, H.C., Russell, D.G., Nyirenda, M.H., Anderson, J., White, S.A., Molyneux, M.E., and Squire, S.B. 2004. Mycobacterium tuberculosis resides in nonacidified vacuoles in endocytically competent alveolar macrophages from patients with tuberculosis and HIV infection. J. Immunol. 172, 4592–4598. 
3. Brown, C.A., Draper, P., and Hart, P. D. 1969. Nature 221, 658–660. 
4. Russell, D.G. 2001. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2, 569–577.
5. Bloom, B.R. and Murray, C.J. 1992. Tuberculosis: commentary on a reemergent killer. Science 257, 1055–1064.
6. 결핵 진료지침 개정위원회, 질병관리본부, 2017 결핵진료지침