Transcript 병원성세균학(대학원)_Enterobacteriacea(1)

Enterobacteriaceae
장내세균과 세균
Dongwoo Shin
Department of Molecular Cell Biology
Sungkyunkwan University School of Medicine
Rm 6115, e-mail: [email protected]
Enterobacteriaceae
 Enterobacteriaceae (장내세균과 세균)
- 의학적으로 중요한 가장 큰 세균의 과
- 40개 속(genera) 150여 종(species) 중 20여 종들이 전체
장내세균 감염병의 95%를 일으킴
- 토양, 물, 초목 등에 서식 할 수 있으며 사람을 비롯한 대부분
동물의 장내 정상 균총(normal intestinal flora)
- 전체 패혈증(septicemia)의 30~35%, 요로 감염(UTI)의
70% 이상의 원인, 다수의 장내감염
Enterobacteriaceae
 장내세균과
전형적 병원균 (Classical pathogen): Salmonella Typhi
(장티푸스균), Shigella (이질균), Yersinia pestis
기회감염균 (Opportunistic pathogen): E. coli (대장균),
Klebsiella pneumoniae (폐렴막대균)
병원성 유전자가 도입된 정상 공생균: Pathogenic E. coli
(병원성 대장균)
 장내세균 감염
- 동물 병원소 (animal reservoir)나 사람 보균자로부터
전염되거나 감수성 환자의 체내에서 내인성으로 전파되어
거의 모든 인체 장기를 침범
Enterobacteriaceae
 장내세균 감염부위
Enterobacteriaceae
1. 구조와 생리 (Structure and Physiology)
-Gram (-) 막대균, 0.3~1.0×1.0~6.0 µm
-공통항원 (enterobacterial common antigen)으로 편모
(flagella)를 가짐 → 운동성 (motility)
-포자를 형성 하지 않음
-통성혐기성균 (facultative anaerobe)
-포도당 (glucose) 발효
-질산염 (nitrate) 환원
-Catalase 양성, oxidase 음성
Enterobacteriaceae
 Lipopolysacchride (LPS)
-주요 세포벽 항원으로서 장내세균의 중요한 발병인자
-Somatic O polysacchride + Core polysaccharide + Lipid A
Enterobacteriaceae
 장내세균의 혈청학적 분류 (serologic classification)
-Somatic O antigen, capsule (협막) K antigen, flagella
(편모) H antigen을 기초로 분류
e.g. 장출혈성 대장균
(Enterohemorrhagic E.
coli): E. coli O157:H7
Enterobacteriaceae
2. 병인 (Pathogenesis):
Common virulence factors
 내독소 (endotoxin)
-모든 그람 음성균에서 발병인자로 작용
-균체의 파괴 → Lipid A of LPS
-전신감염 (systemic infection)
: 발열, 보체 활성화, 사이토카인 방출, 백혈구 증가증,
혈소판감소증, 파종혈관내 응고, 저혈압, 쇼크, 사망
 What is virulence (pathogenicity)?
-The capacity of a pathogen to cause damage or
disease in the host
-Virulence factors: Cell wall components, DNA,
Proteins
 Virulence factors: Various proteins with different
functions
Enterobacteriaceae
 장독소 (Enterotoxin)
- 균체 밖으로 분비되는 단백질
 협막 (Capsule)
- 포식세포 (macrophage)의 포식 작용으로부터 보호
- Antibody의 결합 방해
 항원의 변이 (Antigenic phase variation)
- 유전자 발현 조절 작용에 의해 K antigen, H antigen을 변형
(alternative or no expression)
Enterobacteriaceae
 Type III secretion system (TTSS)
-세균의 pathogenicity island (PAI)에서 발현되는 단백질 분비
시스템; pathogenic E. coli, Salmonella, Yersinia
Enterobacteriaceae
 Growth factor의 포획
- e.g. Siderophore를 이용하여 철 이온 획득
 혈청살균작용에 대한 저항성 (Resistance to serum
killing)
 항생제 내성 (Antimicrobial resistance)
-Plasmid 등에 의해 다른 종, 속 간에 전파
-LPS modification
Escherichia coli (대장균)
 병원성 대장균 (Pathogenic E. coli)
E. coli K-12 (비병원성, 정상균총)
병원성 유전자 (Virulence수평전달 (Horizontal gene
genes)
transfer)
Pathogenic E. coli
한 가지 균종이 다양한 질병을 일으킴: 장염 (gastroenteritis),
패혈증 (sepsis), 요로감염 (UTI), 뇌수막염 (meningitis)
Escherichia coli (대장균)
1. 병인 (Pathogenesis)
 부착소 (Adhesins)
-장관이나 요로점막의 상피 세포에 부착
-Colonizition factor antigen: CFA/I, CFA/II, CFA/III
-Aggregative adherence fimbriae: AAF/I, AAF/II
 외독소 (Exotoxins)
-Shiga toxin: Stx-1, Stx-2
-열저항성 독소: STa, STb
-열민감성 독소: LT-I, LT-II
-용혈소: HlyA
Escherichia coli (대장균)
2. 역학 (Epidemiology)
- G(-) 세균 중 패혈증 환자에서 가장 많이 분리 (아래 그림)
- 요로감염의 80% 이상을 차지
- 장염 (gastroenteritis)
- 주로 내인성으로 발병 (신생아 수막염, 장염 제외)
Escherichia coli (대장균)
3. 임상 특성 (Clinical diseases)
 장염 (Gastroenteritis)
(1) Enteropathogenic E. coli (EPEC)
-유아 설사의 주요 원인균
-소장 상피세포에 흡착 (attachment) → 미세융모 (microvilli) 파괴
(effacement) → A/E histopathology
-미세융모 파괴 → 흡수장애로 인한 수양성 설사 (watery diarrhea)
[참고] Generation of pedestals by EPEC and EHEC
Escherichia coli (대장균)
(2) Enterotoxigenic E. coli (ETEC)
-유아 설사, 개발도상국의 여행자 설사
-분변에 오염된 음식이나 물을 섭취함으로써 감염
-장독소 생산: 열민감성 독소 (LT-I, LT-II), 열저항성 독소 (STa, STb)
-LT-I: 콜레라 독소와 유사, 장상피세포의 cAMP 증가 → 전해질과 수분의
장관 내 분비 → 수양성 설사
-STa: cGMP 농도를 증가 시켜 체액의 과분비
-전파 가능한 plasmid:
• 독소생산 유전자
• Colonization factor adhesins (CFA/I,
CFA/II, CFA/III) 유전자
Escherichia coli (대장균)
(3) Enterohemorrhagic E. coli (EHEC)
-오염된 덜 익힌 육류, 물, 살균처리 되지 않은 우유 및 과일 쥬스, 익히지
않은 채소 섭취를 통해 감염
-100개 이하의 개체에 의해서도 질병이 나타남
-가벼운 설사 / 출혈성 장염, 용혈요독증후군 (Hemolytic Uremic
Syndrome, HUS)
-3~4일 정도의 잠복기 → 초기증상: 혈변 없는 설사, 복통, 구토
-10세 이하의 어린이의 5~10%에서 HUS 발생 (치사율 5%)
-E. coli O157:H7
-Attaching and effacing activity
-Shiga toxin (Stx-1, Stx-2):
• Produced from lysogenic phages
• Stx-2: 사구체 혈관내피세포 파괴
Escherichia coli (대장균)
(4) Enteroinvasive E. coli (EIEC)
-Shigella와 거의 동일한 발병 기전
-장 상피세포를 침투하여 파괴 → 수양성 설사
-pInv plasmid에서 생산되는 단백질
(5) Enteroaggregative E. coli (EAEC)
-개발도상국 영아의 지속적 수양성 설사의
원인균
-Plasmid에서 aggregative adherence
fimbriae I, III (AAF/I, AAF/II) 생산 →
stacked brick 형태의 자가 응집
-소장 상피세포에 biofilm 형성
Escherichia coli (대장균)
 Extraintestinal Infections
(1) 요로감염 (Urinary tract infection, UTI)
-대장에서 유래한 대장균이 요도를 오염시키고 방광으로 거슬러
올라가면서 전립선이나 신장으로 이동
-대부분의 대장균이 UTI를 일으키지만, 주된 특정 serogroup이 존재
(Uropathogenic E. coli, UPEC)
-UPEC
• 부착소 (Adhesins): P pili, AAF/I, AAF/III → 방광이나 상부 비뇨기의
내벽에 결합
• HlyA (hemolysin): lysis of erythrocytes and other cell types
Escherichia coli (대장균)
(2) 신생아 뇌막염 (Neonatal meningitis)
-생후 1개월 이하의 신생아에서 중추신경계 (CNS)를 감염: 뇌막염의 가장
주된 그람 음성 세균
- 치사율 ~40%, 회복 후에도 심각한 후유증
-주로 K1 capsular antigen을 갖는 대장균: Neonatal meningitis E. coli
(NMEC), a common inhabitant of GI tract
- Complex pathogenesis: NMEC, acquired perinatally from the
mother, enters the bloodstream through the intestine → cross the
blood-brain barrier into the CNS → meningeal inflammation
Pathogenic Mechanisms of NMEC
Escherichia coli (대장균)
(3) 패혈증 (Septicemia)
-요로 또는 위장관 감염 (e.g. 장천공에 의한 복강 내 감염)에서 유래
-면역장애가 있거나 복강이나 중추신경계에 1차 감염이 있는 사람에서
사망률이 매우 높음