[감염병학] 세균에 의한 발병기전

세균의 수와 독력, 숙주의 면역이 감염을 결정한다. 감염은 감수성 있는 숙주 전염 - adherence - 집락화 - 독성과 증상 유발 - 질병 심화 또는 완화 과정을 거치며 2~4 과정에서 숙주 면역반응이 동반된다. 암기할 세균명이 많다. 범주에 주의하고 대분류도 필히 암기한다.

 

속명만 쓴 것은 속명 뒤에 spp.를 붙여서 생각하면 된다. 예를 들어 chlamydia만 써있으면 chlamydia spp.라는 뜻이다.

 

용어 정의

기회감염균 opportunistic pathogen : 정상 균무리이지만 다른 곳이나 숙주 면역 저하(immuno/compromised) 시에 병을 일으킴 ex.황색포도알균, 대장균, 캔디다, 수막염균

절대병원체 strict pathogen : 언제나 병을 일으킴 ex.결핵균, 임균, 이질균, 야토병균, 장티푸스균, 브루셀라

 

병원성 pathogenicity : 병을 일으킬 수 있는 OX 능력

독력 virulence : 병을 일으킬 수 있는 능력의 정도, ID50과 LD50으로 표현

 

adherence : 숙주세포 표면에 붙어있는 것

invasion : 숙주세포 내부로 들어가는 것

 

집락화 colonization : 병원균이 몸에 있지만 증상이 없음

감염 infection : 몸 안에서 정상세균총을 제외한 infectious agent의 증식

잠복감염 latent infection : 현재 무증상이지만 재활성화 가능

보균자 carrier : 스스로 asymptomatic해도 다른 감수성 숙주를 감염시킬 수 있는 숙주

수동면역 : 다른 생물이 생산한 항체를 옮겨받아 전달받은 면역

 

분자적 코흐의 가설

독성과 관련된 유전자를 연구하는 것이다.

1. 관찰되는 표현형 또는 특성이 하나의 종 내에서 병원성 균주와 연관되어 있고 비병원성 균주와 무관함
2. 독성의 특징과 연관된 단일 유전자 혹은 복수 유전자를 특이적으로 불활성화시켰을 때 병원성 혹은 독성이 유의하게 감소함
3. 돌연변이가 유발된 유전자를 야생형 유전자로 복귀 또는 치환시켰을 때 병원성 혹은 독성 회복됨

 

주요 병원균의 인체침입 경로 (ports of entry)

섭취 : Salmonella, Shigella, Yersinia, Escherichia, Vibrio, Campylobacter, Clostridium botulinum, cereus, Listeria, Brucella / 살모넬라, 이질, 페스트, 대장, 비브리오, 캠필로박터, 보툴리누스, 세레우스, 리스테리아, 브루셀라

  * Yersinia는 페스트균

 

흡입 : tuberculosis, nocardia, mycoplasma pneumoniae, legionella pneumophila, bordetella, chlamydophila, streptococcus pneumoniae / 결핵균, 노카르디아, 폐렴 미코플라스마, 폐렴레지오넬라, 백일해균, 클라미도필라, 폐렴사슬알균

  * Chlamydophila는 psittaci(시타시)와 pneumoniae가 있다.

  암기 : 결핵 + 미레사 노백클 / 단계적으로 외운다. 결핵균은 당연히 흡입되어 폐결핵을 유발한다. 미래에 사는 미레사(미코플라스마, 레지오넬라, 사슬알균)는 모두 '폐렴'이 이름에 들어간다. 남은 세균은 노스페이스를 백화점에서 사서 클럽에 가는 노백클(노카르디아, 백일해, 클라미도필라)로 외운다. 

 

외상(상처) : tetani, aureus / 파상풍균, 황색포도알균

  암기 : 녹슨 못에 찔리면 파상풍에 걸린다. 황색포도알균은 피부에 많이 산다.

 

바늘 찔림 : aureus, epidermidis, pseudomonas / 황색포도알균, 표피포도알균, 슈도모나스

  암기 : 피부에 많이 사는 황색포도알균과 표피포도알균이 있다. 슈도모나스를 덧붙여 외운다.(바늘의 슈팅)

 

절지동물 : rickettsia, ehrlichia, coxiella, francisella, borrelia, yersinia pestis

  암기 : 이름이 이상하면 절지동물이다. 콕 찔리고 야생토끼에게 찔리고 라임에 찔리고 페스트균에 찔린다.(콕시엘라, 야토병, 라임병균, 페스트)

 

성 : gonorrhoeae, trachomatis, treponema / 임균, 트라코마, 매독

  암기 : 임균과 매독은 당연하고 트라코마를 덧붙여 외운다.(성경험으로 트라우마)

 

부착 관여 인자

- 섬모 : 임질균의 pili와 대장균의 P fimbriae가 대표적이다. 

  * 대장균은 UPEC(요로감염) 유발한다.

- Glycocalyx : 당질외피이며 epidermidis와 viridans가 가진다.

- MSCRAMMs : 숙주세포의 receptor와 결합하는 세균의 표면단백질(부착 매개분자 adhesins)이다. ex.ClfA, FnbpA, 고름사슬알균의 M protein

 

바이오필름

미생물 스스로 분비한 다량체기질 속에 형성된 3차원 구조물이다.

  ex. 뮤탄스균 dental plaque, viridans가 심장판막에, 녹농균 폐감염, 황색포도알균 카테터, 폐렴레지오넬라균이 병원 물에 집락화

 

Quorum sensing(정족수 인지) : 세균이 autoinducer를 분비하여 자기들 쪽수를 파악하여 집단행동을 한다.

  * 그람음성균에서 쿼럼 센싱 완료한 R protein이 특정 유전자를 전사한다.

 

침입

- 제3형 분비계 : 그람음성균(salmonella, shigella)이 목표 세포로 effect protein을 밀어넣어 세균의 생존과 복제를 돕는다.

 

독소

- 열에 강하면 stable

- Subunit에 따라 A/B로 나눠 효소 활성과 binding 기능을 각각 담당한다.

 

외독소

- 살아있는 세포에 의해 분비되며 독성이 강하다.

- 분자량이 큰 polypeptide라서 T세포 인지가 쉽고 항원성(antigenicity) 크다.

- 독성이 없지만 항원성은 유지한 toxoid로 바꿔 예방접종한다.

- 세포의 특정 수용체와 결합한다.

- 열에 약하고(labile) 숙주 발열반응도 없다.

- 플라스미드 등에 의해서도 조절된다.

 

디프테리아독소

- EF-2 비활성화해서 단백합성을 억제한다.

  암기 : 디-단 모두 'ㄷ'

 

콜레라독소

- chromosomal gene에 의해 조절되며 subunit A-B5 구조이다.

  * 시가 독소 역시 subunit A-B5 구조를 가지며 단백합성 억제, 세포사멸시킨다.

- adenylate cyclase를 활성화하여 cAMP 증가(과활성)시켜 분비형 설사(secretory diarrhea)를 유발한다,

  암기 : 콜레라-cAMP-콰활성 모두 'ㅋ'

  * 대장균의 열민감성 장독소와 비슷하다.

 

신경-근육 전달에 영향

1. 파상풍독소

- plasmid에 의해 조절된다.

- 억제성 뉴런 neurotransmitter(GABA, glycine) 방출을 저해해 긴장성 마비(경직마비, spastic paralysis)를 유발한다.

  * 즉 파상풍에 걸리면 근육이 계속 수축한다. 녹슨 못에 찔려 온 몸이 활처럼 휜 모습을 연상한다.

 

2. 보툴리눔독소

- phage의 gene에 의해 조절된다.

- NM junction의 ACh 분비를 저해해서 이완성 마비(flaccid paralysis)

  * 근육이 이완되므로 삼킴곤란, 근육 약화, 복시, 호흡곤란 등이 발생한다.

  암기 : 파상풍독소는 긴장성, 보툴리눔독소는 이완성 마비를 유발한다. 후자는 보툴리누스균에 의해 식중독이 걸려 온 몸이 이완되어 누워있는 모습을 연상한다.

 

초항원

- T cell과 항원제시세포(APC)를 무지성으로 결합시켜 면역반응을 과도하게 유발한다.(cytokine storm)

- 황색포도알균의 TSST, 포도알균의 장독소, 고름사슬알균의 A발적독소, C발적독소

  암기 : 황색포도알균의 황포(횡포)로 사이토카인 폭풍이 발생했다.

 

내독소

- 그람음성균의 LPS 자체가 독성을 가진다.

  * LPS는 세포외막에 존재하며 O polysaccharide(항원성), Core polysaccharide, Lipid A(독성)로 구성된다.

- 열저항성 높고 interleukin-1과 TNF-alpha(pyrogens) 통해서 숙주 발열반응 유발한다. 항원성 약하다.

- 대식세포, B림프구, 중성구 등 숙주세포의 M2, TLR4에 결합하여 NF-kappaB pathway, 보체 cascades, coagulation cascades 활성화한다.

  * coagulation cascades로 인해 내독소 고농도에서 DIC 유발

- 저농도에서 국소 염증과 fever, 중간 농도에서 전신적 효과, 고농도에서 쇼크(심장 output 저하, 혈압 저하 hypotension, 간 hypoglycemia) 유발한다.

 

- LPS 외에도 그람양성균 테이코산, 고름사슬알균 M protein(항체가 자가면역 반응), 임균 OPA 등이 독성 유발한다.

  암기 : M자 탈모가 온 고자(M protein-고름사슬알균-자가면역반응)

 

조직파괴

- 대표적으로 clostridium perfrigens가 lecithinase로 근괴사를 유발한다.

- 포도알균의 hyaluronidase, fibrinolysin, lipases

- 사슬알균의 hyaluronidase, streptolysins, DNase, streptokinases

  * streptolysin S는 산소를 견디고, O는 산소 있으면 비활성이다.

 

주요 cytolysins

streptokinase(고름사슬알균) : 혈전 파괴 by plasmin 촉진

lecithinase(퍼프린젠스) : 근괴사 by alpha-toxin

coagulase(황색포도알균) : 혈액 응고 by fibrin. 임상진단 가능하며 포도알균 구분 기준 효소이다.

hyalurodinase(사슬알균, clostridia) : 히알루론산 가수분해

collagenase(clostridia) : 콜라겐 분해

IgA1 protease(임균, 수막염균, 인플루엔자균, 폐렴사슬알균) : 분비물/점막에 많은 항체 IgA1을 분해

  암기 : 퍼포먼스(퍼프린젠스)를 잘하는 알파남(알파독소)이 래시가드(lecithinase)를 입고 근육(근괴사)을 뽐냈다.

  황포(횡포)를 부리던 황색포도알균은 결국 백성들의 피를 굳게 했다. (혈액 응고, coagulase)

 

병독성유전자섬

- 병독성 연관된 유전자들이 섬처럼 모여있는 것이며 chromosome, 때때로 plasmid에 존재한다.

- 병원체와 PAI를 연결시킬 수 있어야 한다.

대장균-PAI I

EHEC-O157

장티푸스균-SPI1

페스트균-HPI

콜레라균-VPI1

황색포도알균-SCCmec

  암기 : 장티푸스는 Salmonella여서 SPI, 콜레라는 Vibrio여서 VPI, 황색포도알균은 StaphyloCoCCus여서 SCC, 페스트균은 흑사병으로 HP를 깎으니까 HPI

 

숙주면역 회피

항탐식인자

협막, 황색포도알균 protein A(IgG Fc 결합), 고름사슬알균 protein M, 임균 pili 등이 있다.

협막(capsule)은 미끄러워서 포식으로부터 세균을 보호한다. 특히 폐렴사슬알균, 탄저균, 인플루엔자균, 폐렴막대균, 페스트균 + 수막염균, 고름사슬알균

  암기 : 캡슐형 우주선에 탑승해서 스카이 비행 (SKY BH) : Streptococcus pneumoniae, Klebsiella pneumoniae, Yersinia pestis, Bacilus anthracis, Haemophilus influenzae 폐렴사슬알균, 폐렴막대균, 페스트균, 탄저균, 인플루엔자

 

세포내 병독성(intracellualar pathogens)

마치 고래 뱃속에서 살아남은 새우처럼, 포식 이후 생존한다. 숙주세포 매개면역으로 치료해야 한다.

  암기 : 고래를 탄 MB와 CL이 프랑스에서 입생로랑을 샀다. (고래 MB CL FR YSL S) ~> Mycobacterium, Brucella, Chlamydia, 단구성 리스테리아, Francisella, Rickettsia, 페스트균, 장티푸스균, 폐렴레지오넬라, Shigella dysenteriae / MB는 '명박'이라서 '마이코박테리움'이다. CL은 클라스가 있으니까 클라미디아.

 

철 요구

- 녹농균은 철이 essential virulence factor이고, 단구성리스테리아는 철이 많으면 감염이 잘 된다.

- 철포획체(sidero/phores)는 강력한 철 친화도로 숙주의 철을 뺏는다.

 

절대 세포 내 기생세균

- Mycoplasma : 독자생존 가능한 균 중에서 가장 작다. (절대 세포 내 기생세균 아님)

- 리케치아, 오르엔티아, 아나플라스마, 에르리키아 : 산소성 그람음성균이며, 진핵세포 내에서만 증식하는 절대세포내 기생세균이다.

- 클라미디아 : 역시 절대세포내 기생균이다. 기본소체(증식만)와 망상체(증식과 대사)라는 독특한 발육주기를 가진다.

  암기 : 기생오리비(오래비)는 클 애가 아니다. ~> 기생오리비 클 애 아 (절대기생, 오르엔티아, 리케치아, 클라미디아, 에르리키아, 아나플라스마)

 

세균성 수막염

증상 : 열, 두통, 뻣뻣한 목

원인균 : 인플루엔자균, 수막염균, 폐렴사슬알균, 단구성 리스테리아

  * 여기에 더해 Group B 사슬알균, 대장균

이 사람은 왜 열과 stiff neck과 두통을 겪고 있을까? 인수의 폐단으로 수막염에 걸렸기 때문이다.

 

소화기감염

입 : streptococcus mutans

소화계 : aureus, shigella, 장티푸스균, salmonella typhi, 콜레라균 O:1과 O:139, 장염비브리오균, 대장균 일부(EPEC, EIEC, EAEC, ETEC, O157:H7), 공장캠필로박터, 위나선균, yersinia enterocolitica, 퍼프린젠스, 디피실리, 세레우스균

  * 여기에 더해 임균

  * enterotoxin은 외독소의 일종으로 장에 작용한다.

  암기 : Salmonella 속, Vibrio 속, jejuni, helicobacter, enterocolitica 등은 이름만 봐도 소화기 감염을 일으킬 것 같다. 황색포도알균, 이질균, 대장균 일부, 퍼프린젠스, 디피실리, 세레우스균은 그냥 암기한다.

 

 

세균별 정리

- 수막염균(그람음성 구균) : 쌍알균으로 관찰된다.

- 폐렴레지오넬라(그람음성 막대균) : 강력한 폐렴(재향군인병) 유발

- 퍼프린젠스(무산소균) : 근육 괴사 유발

- 디피실리(무산소균) : 항생제 연관 설사 유발

- Bacilus anthracis : 탄저

- Streptococcus pyogenes : 인후염

- Escherichia coli : 방광염, 물설사

- Pseudomonas aeruginosa : 폐렴, 화상상처