클렙시엘라 뉴모니아

클렙시엘라 뉴모니아; 폐렴막대균; 폐렴간균(국문) Klebsiella pneumoniae(영문)

Klebsiella pneumoniae는 막대모양의 그람음성균이며, 조건부 혐기성, oxidase 양성의 특성을 가지며 락토스(lactose)로부터 산(acid)과 가스(gas)를 생성한다. 이 세균은 장내세균군(enteric bacteria)에 속하고, 5%의 건강한 사람의 장내에 존재하는 것으로 알려져 있다. 또한 피부와 구강에도 존재한다. 이렇듯 공생균(commensal)이면서, 면역이 저하된 환자에게는 패혈증(septicemia), 폐렴(pneumonia), 비뇨기감염, 연부조직감염과 같은 기회감염(opportunistic infection)을 일으키는 세균으로 간주되고 있다. 특히 이 세균은 광범위 베타락탐 분해효소[extended-spectrum β-lactamase (ESBL)]를 축적하고, 다른 세균으로 관련유전자를 이동시키기도 한다. 이런 ESBL를 생산하는 K. pneumoniae의 경우에는 다양한 항생제에도 내성을 가지게 되기 때문에, 이에 의한 감염증의 치료는 매우 어렵게 된다. 이 세균의 병원성(pathogenicity)은 지질다당체(lipopolysaccharide), 협막(capsule), 요소분해효소(urease), 부착소(adhesin), 외막단백질(outer-membrane protein), 생물막(biofilm) 등의 다양한 독력(virulence) 특성을 가지기 때문에 다원적(multifactorial)이다. 

MacConkey's agar에서 자란 mucoid한 Klebsiella pneumoniae 집락(colony) 사진 (출처: )

목차

세균 도메인 > Phylum Proteobacteria (프로테오박테리아 문) > Class Gammaproteobacteria (감마프로테오박테리아 강) > Order Enterobacteriales (장내세균 목) > Family Enterobacteriaceae (장내세균 과) > Genus Klebsiella (클렙시엘라 속) > Species K. pneumoniae (클렙시엘라 뉴모니아 종).

K. pneumoniae는 사람의 장내에 서식하는 세균이지만, 면역이 약화된 환자 등 숙주에 유입되면 여러 감염부위별로 폐렴, 혈류감염, 상처감염, 수술부위 감염, 뇌수막염, 비뇨기감염 등의 질병이 나타난다.

K. pneumoniae의 감염은 일반적으로 병원, 요양원 등의 의료 환경내에서 발생한다. 그 이유는 이러한 환경에는 대부분 면역이 약화된 환자들이 상주하기 때문에 Klebsiella에 감염되기 쉽다. 특히 감염에 취약한 사람은 알콜중독증, 암, 당뇨병, 신부전, 간질환, 폐질환 등을 겪고 있는 사람들이다. 또한 항생제를 장기간 복용하는 환자들의 경우에 감염가능성이 증가하게 된다. 따라서 건강한 사람은 보통의 경우에는 이 세균에 의한 감염증이 발생하지 않게 된다. 이 세균은 공기를 통해 감염되는 경로가 아닌 사람과 사람 사이에 직접접촉, 또는 오염된 의료기구를 통해 감염된다. 예를 들어, 튜브가 세균에 오염된 채 인공호흡기(ventilator)를 환자들에게 사용할 경우 감염을 통해 폐렴이 유발될 수 있고, 오염된 정맥카테터(intravenous catheter)를 통해 투약 받는 환자들은 혈류감염이 있어날 수 있다. 또한 방광카테터를 사용하는 수술환자 등의 경우에도 비뇨기감염이 발생할 수 있다.

K. pneumoniae는 관련 질환에서 이름을 따온 두 아종, ozaenae와 rhinoscleromatis가 존재한다. Rhinoscleroma는 전세계적으로 나타나는 만성 상기 호흡기질병이며, 비위생적인 환경에서의 장기간의 노출이 주요인으로 알려져 있다. 이 병반(lesion)은 코, 후두, 목구멍, 기관지, 점막하층(submucosa)의 육아종 침윤(granulomatous infiltration)에 나타난다. 반면, ozaena (위축성 비염, atrophic rhinitis)는 드물게 발생하고, 점막에 발생하는 만성 질환이다.

K. pneumoniae는 두 종류의 siderophore를 생산하는데, 그 중 enterochelin은 철 이온을 감싸는 3개의 페놀(phenol) 고리를 가지고 있는 카테콜(catechol) 타입의 분자이며, aerobactin은 CONOH를 포함하고 있는 hydroxylamine 분자, 즉 hydroxamate이며, 카르복실기(carboxyl group)가 N6-히드록시아세틸 리신(hydroxyacetyl lysine)으로 대체된 시트레이트(citrate) 분자이다. 이러한 분자들은 철을 결합하여 세균 대사의 조효소로 작용되기도 하고, 숙주의 면역세포의 활성을 방해하기도 하여 독력(virulence) 인자로 인지되고 있다.

K. pneumoniae는 장내세균을 분리/분별하는 배지에서 락토스(lactose)를 발효(fermentation)시켜 특정 색깔을 내는 집락(colony)을 형성하면서 자라게 된다. 이 세균은 비운동성이기 때문에 편모(H) 항원을 생산하지 않는다. 협막(capsule)이 있는 세균은 불투명하고 점액물질을 생성하여 'mucoid'라고 부르는 형태로 자라게 된다. 이러한 종들은 사람과 동물 모델에 병원성(pathogenicity)을 나타낸다. 협막(capsule)을 생성하지 않는 비병원성 세균은 집락(colony) 크기가 작고, 투명하다. 이 세균은 O (somatic) 항원과 K (capsular) 항원을 가지고 있는데, 이중 K 항원은 독일어 Kapsule에서 기원한 말로서, 장내막대세균의 다당체(polysaccharide) 항원을 지칭하는 것으로 처음 사용되었다. O 항원은 여러 개의 단당체(monosaccharide)가 올리고당(oligosaccharide) 형태로 반복되는 중합체(polymer)로서, 적어도 8종의 O 항원 타입이 존재한다. 혈청형(serotype) 구분을 위해 사용하는 K 항원은 India pink 염색으로 관찰이 가능하다. K 항원은 적어도 77종이 알려져 있으며, 역학조사를 통해 이 항원을 토대로 사람의 감염과 관련이 있는 혈청형(serotype)을 밝혀내고 있다.  

K. pneumonia의 병독력인자들Podschun R, Ullmann U. 1998. Klebsiella spp. as nosocomial pathogens: epidermiology, taxonomy, typing methods, and pathogenicity factors. Clin. Microbiol. Rev. 11, 589-603. ( http://cmr.asm.org/content/11/4/589.long )

식물의 생장을 향상시키는데 기여하는 K. pneumoniae는 Medicago sativa, Medicago truncatula와 같은 알팔파(alfalfa), Arabidopsis thaliana, 밀(Triticum aestivum), 벼(Oryza sativa)의 근권에서 집락(colony)을 형성할 수 있다. K. pneumoniae는 질소(N₂)를 고정하여 질소부족증상을 완화시키고, 식물내 질소(N₂) 함량을 증가시키게 된다. 이 세균이 생산하는 질소환원효소(nitrogenase reductase)가 이러한 질소 고정(N₂ fixation)을 담당한다.

K. pneumoniae 감염증 치료는 이 세균의 항생제 내성의 특성으로 인해 다소 까다로울 수 있다. 일명 'superbug'라고 불리는 특정 K. pneumoniae는 카바페넘(carbapenem)을 포함한 대부분의 항생제에 저항성을 보인다. 이러한 세균은 carbapenemase라고 불리는 효소를 생산하여 항생제를 파괴하여 내성을 갖게 되며, 이는 카바페넘 내성 장내세균과(Carbapenem-Resistant Enterobacteriaceae, CRE) 중의 하나에 해당된다. 그래서, CRE를 치료하기 위해서는 여러 항생제의 복합적인 이용이 가장 효과적이고 강력한 방법이라 제안되었고, 이에 해당하는 항생제는 아미노글리코시드계(aminoglycosides), 폴리믹신(polymixin), 티지싸이클린(tigecycline), 포스포마이신(fosfomycin), 티모실린(temocillin)이 있다¹⁾.

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최경희/원광대학교

나도균/중앙대학교

1. van Duin D, et al. 2013. Carbapenem-resistant Enterobacteriaceae: a review of treatment and outcomes. Diagn. Microbiol. Infect. Dis. 75, 115-120.