외독소

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외독소

[ exotoxins , 外毒素 ]

세균의 성장∙대사과정에서 자연스럽게 균체 내에서 생성되었다가, 필요 시 세균이 균체 밖으로 분비하는 독성 단백질이다. 체내에 유입 시 혈액을 통해 빠르게 확산되며, 숙주 세포의 성장을 억제하거나 세포 대사를 방해하는 역할을 한다.

그림 1. 숙주세포에 대한 외독소의 작용 (출처: 한국미생물학회)

목차

  1. 1.외독소의 정의
  2. 2.외독소의 분류
  3. 3.일반적인 분류
    1. 3.1.제 1종 독소(Type 1 toxin)
    2. 3.2.제 2종 독소(Type 2 toxin)
    3. 3.3.제 3종 독소(Type 3 toxin)
  4. 4.독소 작용 위치에 따른 분류
    1. 4.1.세포독소(cytotoxins)
    2. 4.2.장내독소(enterotoxin)
    3. 4.3.신경독소(neurotoxins)
    4. 4.4.심장독소(cardiotoxins)
    5. 4.5.간세포독소(hepatotoxins)
    6. 4.6.면역독소(leukotoxins)
  5. 5.집필
  6. 6.감수
  7. 7.참고문헌

외독소의 정의

외독소(exotoxins)는 그람양성(Gram-positive) 혹은 그람음성(Gram-negative) 세균의 성장∙대사과정에서 자연스럽게 균체 내부에 생성된 후, 필요 시 균체 밖으로 분비되는 독성 물질이다. 체내에 유입 시 혈액을 통해 빠르게 확산되며, 독성의 정도는 대부분 강한 편이다. 대부분의 외독소가 단백질 형태이기 때문에 대개는 60℃ 이상의 열에 의해 쉽게 변성된다. 일반적으로 외독소 유전자를 지니는 플라스미드(plasmid)나 프로파지(prophage)를 가진 병원성 세균에 의해 생성된다. 외독소를 감지한 숙주는 이에 대한 방어 기작으로 다양한 사이토카인(cytokine)을 분비하기 때문에, 외독소를 사이토카인 유발인자라고 일컫기도 한다. 외독소에 의해 활성화되는 사이토카인에는 종양괴사인자(TNF), 인터루킨-1b (IL-1b), 인터루킨-18 (IL-18), 감마 인터페론(IFNɣ) 등이 있다. 이러한 사이토카인들이 외독소에 의해 일정 수준 이상으로 과도하게 생성되는 상태, 일명 사이토카인 폭풍(cytokine storm) 상태에 이르게 되면, 숙주는 패혈증 혹은 독성 쇼크 증후군, 심하게는 사망에까지 이를 수 있다.

외독소의 분류

외독소를 분류하는 방식에는 크게 두 가지가 있는데, 하나는 일반적으로 알려진 분류이고, 또 다른 하나는 독소가 작용하는 위치에 따른 분류이다.

일반적인 분류

제 1종 독소(Type 1 toxin)

강력한 면역반응을 일으키는 외독소로서, 초항원(superantigens)으로서의 역할을 한다.

제 2종 독소(Type 2 toxin)

막 파괴 독소(membrane-disrupting toxins)라고 일컬어지는 외독소로, 숙주세포의 세포막에 단백질 통로(protein channel)를 만들거나, 세포막을 구성하는 인지질을 파괴함으로써 숙주세포를 용해시키는 독소이다.

제 3종 독소(Type 3 toxin)

폴리펩타이드(polypeptide)로 구성된 외독소이며, 활성을 띄는 부위인 A 파트(A-part)와 결합부위인 B 파트(B-part)로 구성되어있기 때문에 A-B 독소(A-B toxins)이라고 일컬어진다. A 파트는 주로 숙주 세포의 단백질 합성을 방해하는 역할을 수행하며, B 파트는 숙주 세포막에 존재하는 수용체(receptor)에 결합할 수 있어서 A 파트의 기능을 매개하는 역할을 한다.

독소 작용 위치에 따른 분류

세포독소(cytotoxins)

특정 세포만을 공격하는 것이 아닌, 비특이적으로 다양한 세포를 공격하는 외독소이다.

장내독소(enterotoxin)

미생물에 의해 분비되어 장에 특이적으로 작용하는 외독소로, 장으로의 삼투압을 유도하여 설사 등의 질병을 일으킨다. 장내독소에 의해 유도되는 질병에는 다음과 같다.

  • 전염성 설사 : 세균이 직접 위장관 내에 진입하여 장내독소를 분비함으로써 유도되는 설사이다. (전염성 설사 유발 미생물의 예- Vibrio cholera, E. coli, Campylobacter jejuni, Shigella dysenteriae 등)
  • 식중독 : 세균이 음식에서 서식하는 과정에서 장내독소를 음식으로 방출하고, 그 음식을 섭취 하였을 때 발생되는 설사이다. 24시간 미만의 설사와 구토 증상을 보인다. (식중독 유발 미생물의 예- Bacillus cereus, Staphylococcus aureus 등)

그림 2. 병원성이 있는 E. coli (출처: )

신경독소(neurotoxins)

신경세포(neuron) 혹은 신경 근육 접합부(neuromuscular junction, NMJ)에 특이적으로 작용하는 외독소이며, 신경세포의 기능을 억제시키는 기능을 한다. 신경독소에 노출되었을 때, 어지러움, 메스꺼움, 운동기능 마비 심하게는 혼수상태나 사망에까지 이를 수 있다(신경독소를 분비 미생물의 예- Clostridium tetani 등).

심장독소(cardiotoxins)

심장 세포에 특이적으로 작용하는 외독소로서, 심장 근육의 신경전달을 방해하여 심장의 근육 작용을 방해하고 결론적으로 혈액순환을 저해하는 역할을 한다.

간세포독소(hepatotoxins)

간 세포에 특이적으로 작용하는 외독소로서, 세포괴사, DNA 손상, 간경화, 간 비대증 등의 간 세포 손상을 일으킨다.

면역독소(leukotoxins)

면역세포 중에서도 특히 다형 핵 세포(polymorphonuclear cells, PMNs)에 특이적으로 작용하는 외독소로서, RTX (Repeats in toxin)와 같은 단백질 형태의 면역독소뿐만 아니라, 지방산 유래물질이나 9,10-epoxy 12-octadecenoate 등도 존재한다. 면역세포를 1차 표적으로 삼기 때문에, 면역세포들의 공격을 줄임으로써 미생물들의 성장에 도움이 되는 역할을 한다.

집필

윤철원/고려대학교

감수

정우현/덕성여자대학교

참고문헌

  1. Ryan, K., George Ray, C., Ahmad, N., Lawrence Drew, W., and Plorde, J. 2010. Sherris medical microbiology. 5th edn. New York: McGraw Hill Medical. ISBN 978-0-07-160402-4.
  2. Vidal, J.M., Kawabata, T.T., Thorpe, R., Silva-Lima, B., Cederbrant, K., et al. 2010. In vitro cytokine release assays for predicting cytokine release syndrome: the current state-of-the-science. Report of a European Medicines Agency Workshop. Cytokine 51, 213–215.