히알루로니데이스

히알루로니데이스(hyaluronidase)는 세균이 생산하는 히알루론산(hyaluronic acid, 또는 hyaluronan) 또는 chondroitin sulfate (일부 효소에 의해 분해활성 보이기도 함)를 분해하는 효소로써 중요한 병원성 인자로 분류가 된다. 이 히알루론산은 세포외기질(extracellular matrix; ECM)을 구성하는 필수성분으로서 이 성분이 세균의 히알루로니데이스에 의해 분해되면 조직을 잘 뚫고 확산할 수 있게 된다고 해서 'spreading factor'라고도 부른다. 

목차

히알루로니데이스는 생산하는 생물에 따라 3종으로 나뉜다.

첫번째 그룹은 hyaluronate-4-glycanohydrolase (EC 3.2.1.35)로서 포유류의 정자, 뱀의 독, 여러 곤충의 리소좀(lysosome)으로부터 생산되고, 두번째 그룹은 거머리와 구충에서 분리되는 hyaluronate-4-glycanohydrolase (EC 3.2.1.36)이다. 이 두 그룹 모두는 히알루론산을 분해하여 tetrasaccharide를 생산한다. 그리고 마지막 세번째 그룹은 세균성 hyaluronidase 또는 hyaluronate lyase (EC 4.2.2.1 또는 EC 4.2.99.1)이다. 세균의 히알루론산은 N-acetylglucosamine과 glucuronic acid 사이에 β-1-4 결합에 의해 연속적으로 연결되어 형성된 것으로, 세균성 히알루로니데이스는 이 결합을 끊는 endo-N-acetylhexosaminidase로서 작용한다. 이를 통해 불포화 이당류가 생성된다. 

히알루론산의 구조와 세균성 히알루로니데이스에 의해 β-1-4 결합이 분해되고 이를 통해 생성되는 이당류 (그림: 이한주/서울대)

'Spreading factor'는 세균이 조직 내와 세포 간 공간을 잘 퍼져 나갈 수 있도록 도와주는 병원성 인자이다. 이에 속하는 것으로는 히알루로니데이스(hyaluronidase), 콜라겐 분해효소(collagenase), 뉴라미니데이스(neuraminidase), 스트렙토키네이스(streptokinase), 스타필로키네이스(staphylokinase) 등이 있다. 특히 스트렙토키네이스(streptokinase), 스타필로키네이스(staphylokinase)는 다른 spreading factor들과는 다르게 직접적으로 기질을 분해하지 않고, 혈액을 응고시켜 생기는 피브린(fibrin)을 분해시키기 위해 불활성한 plasminogen을 활성화 상태인 plasmin으로 전환시켜 세균이 혈액내에서 잘 확산될 수 있게 돕는다.

아래와 같이 매우 다양한 세균들이 히알루론산을 분해하는 것으로 알려져 있다. 

그람음성균에 의해 생산되는 효소들은 세포 외로 분비된다기보다는 원형질막주위공간(periplasmic space)에 머물러 있기 때문에 병원성에 큰 역할을 하지 못하는 경향이 있다. 그렇지만, 이 효소로 인해 생성되는 이당류는 세포 내로 유입되고 대사되어 세균이 증식하고 확산될 수 있도록 필요한 영양분을 공급해주는데 중요한 역할을 한다. 이러한 효소의 역할은 그람음성균에게 주요한 기능이 된다. Aeromonas 속, Beneckea 속, Proteus 속, Vibrio 속, Bacteroides asaccharolyticus, Bacteroides fragilis, Bacteroides melaninogenicus, Fusobacterium mortiferum, Bacteroides ovatus, Bacteroides vulgatus 등은 chondroitin sulfate를 분해하는 chondroitin lyase와 hyaluronidase 활성을 모두 가지는 효소를 생산한다. 그리고 Treponema pallidum과 Treponema pertenue는 세포막에 존재하는 히알루론산 분해효소를 가지고 있으나, Treponema denticola와 Treponema vencentii는 이 효소를 생산하지 않는 것으로 밝혀졌다.

이외에 C. albicans, C. guillermondii, C. krusei, C. parapsilosis, C. tropcalis 등의 Candida도 이 효소를 생산하는 것으로 보고되었다.

히알루로니데이스를 생산하는 그람양성균은 매우 다양하다.

Streptococcus, Staphylococcus, Peptostreptococcus, Propionibacterium, Streptomyces, Clostridium 등이 여기에 해당된다. 우선 Streptococcus 중에는 streptococci 그룹 A, B, C와 Streptococcus pneumoniae, viridans streptococci (Streptococcus intermedius, Streptococcus constellatus), Streptococcus dysgalactiae, Streptococcus uberis. staphylococci중에는 Staphylococcus aureus, Staphylococcus hyicus subsp. 등의 병원성이 있는 균주에 의해 생산된다. Clostridium 중에는 Clostridium perfringens (Mu toxin), Clostridium difficile, Clostridium septicum (γ toxin), Clostridium chauvoei가 이에 해당된다. 또 피부에 상주하는 Propionibacteria, Propionibacterium acnes, Propionibacterium granulosum이 히알루로니데이스 효소를 생산하는 것으로 알려져 있다. Streptomyces hyalurolyticus, Streptomyces coelicolor, Streptomyces griseus 또한 히알루론산을 분해하는 활성을 나타낸다.  Peptostreptococcus는 chondroitin sulfate 분해활성을 나타내기도 한다. 이러한 대부분의 그람양성균은 이 효소활성을 이용하여 사람이나 동물의 점막이나 피부표면에서 감염을 개시된다.

이외에도 두 종의 streptococci 즉 Streptococcus pyogenes, Streptococcus equi로 분리된 bacteriophage도 이 효소를 생산하여 penetration과 같은 방법으로 세균으로 유입시 사용한다. 

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최경희/원광대학교

하남출/서울대학교

Hynes, W.L. and Walton, S.L. 2000. Hyaluronidases of Gram-positive bacteria. FEMS Microbiol. Lett. 183, 201–207.