Transcript a) 감염 (Infection)

A variety of
microorganisms can
cause disease
Mycoplasma
Actinomycetes
Mycobacteria (나병, 결핵)
Spirochetes (매독)
Pseudomonas (병원감염증)
Vibrios (콜레라)
Enterics: Escherichia (식중독),
Enterobacter, Shigella (이질),
Salmonella (장티푸스)
Staphylococcus (식중독, 각종염증)
Streptococcus (폐염)
Bacillus and Clostridium (탄저병, 보툴리즘, 파상풍)
Corynebacterium (디프테리아)
Bacteroids
Neisseria (임질, 수막염)
Brucella, Yersinia (페스트), Pasteurella, Haemiphillus,
Bordetella (성홍열)
Rickettsia (쭈주가무시병), Chlamidia (트라코마)
세균감염의 발병과정 (Pathogenisis of bacterial infection)
1) 감염과 질병
a) 감염 (Infection)
. 미생물이 몸에 들어오고, 증식하는 것을 말하며, 그 과정동안 숙주에
피해를 줄어 질병이 발생하게 할 수 있다.
. 감염의 종류
: 病原성 감염 (pathogenic infection) - 감염되면 질병이 발생하는 경우
: 기회감염 (opportunistic infection) - 숙주의 기능이 약해졌을 때 질병이
발생하는 경우
: 비병원성 감염 (non-pathogenic infection)
- 감염되어도 질병이 나타나지 않는 경우
. 病院감염 (Nosocomial infection)
: 감염이 병원에서 이루어진 경우 (transmitted in hospitals)
: 환자에 대한 감염이므로 위험한 경우가 많다
b) parasite-host relationship
. Commensalism
: host와 bacteria가 공존하며, 일반적으로 서로에게 아무런 영향이 없는 경우
: 병원성이 없거나 기회감염.
: 피부나 점막의 정상세균총
(upper respiratory tract, lower gastrointestinal tract , vagina).
. Symbiosis
: 숙주와 세균이 공존하며 서로에게 이득을 제공하는 관계
: 숙주의 장 (gut)은 세균에게 살기에 좋은 환경을 제공하고,
장내미생물은 숙주에게 영양분과 병원성 세균의 증식을 방해하는 효과를 제공
. Parasitism (기생)
: 불균형적인 관계로 세균이 일방적으로 숙주로부터 이득을 보는 경우
: pathogen
: 병원균은 숙주의 면역체계를 피하여 감염을 일으킬 수 있는 수단을 소유
- virulence or virulence factors (독성인자)
. Saprophytism
: 미생물이 죽은 숙주를 먹고사는 현상
: Fungi
2) 세균의 병원성 (virulences)
a) 감염 질환의 발생 단계 (Stages of Infection)
1. 미생물에 노출 (전염, exposure to an agent)
: 피부, 호흡기, 소화기, 생식기, 눈
2. 잠복기 (incubation period)
: 세균에 노출된 후, 질병이 발생할 때 까지 걸리는 시간
3. 전구기 (prodrome)
: 임상적인 질병의 증세가 나타나기 전에 나타나는 비특이적인 변화
: 두통, 발열, 무력감 (headache, fever and lethargy)
4. 임상증상 (clinical symptoms)
: 질병의 발생으로 확정할 수 있는 특이적인 증상의 발현
: 폐염 (pneumonia), 수막염 (meningitis), 설사 (diarrhoea) 등등.
5. 회복기 (convalescence)
: 증세가 사라지고 회복되는 단계
b) 질병의 정도
. 질병의 time course (진행)와 severity (심각한 정도)는 감염원의
virulence 정도와 숙주의 면역체계가 얼마나 성공적으로 감염원을
제어하는 가에 달려있다
. 감염의 결과는
: severe to produce clinical symptoms
: asymptomatic or subclinical infections (증세가 없는 감염)
: chronic infection (만성감염)
. 보균자 상태 (carriage state)와 잠복감염 (latency)
: 보균자 상태는 계속하여 병원성 세균을 가지고 있으나,
숙주에게는 해가없는 상태를 말하며, 새로운 전염의 원인이 된다.
- Salmonella typhi (장티푸스)와 Corynebacterium diphtheriae (디프테리아)
: 잠복감염은 병원균이 계속하여 숙주에 존재하며, 상황에 따라
재발하여 다시 질병을 일으킬 수 있는 상태
- 결핵감염
c) 코호의 주장 (Koch's postulates)
. 병원성 세균이 특정한 질병의 원인균 임을 밝히는 원칙
. 코호의 postulates
1) 특정한 질병에서 특정한 세균이 존재하여야 하며
2) 특정한 질병이 없는 곳에서는 그 세균이 없어야 하며
3) 병소로부터 그 세균을 분리하여야 하고
4) 그 세균을 배양하여 숙주에 주입하면 그 질병이 나타나야 한다
3) 발병과정 (Pathogenesis)
. 병원균은 숙주에 침투하여 질병을 일으킬 수 있는 능력을 가지고 있어야 한다
: 독성, 병원성, virulence
. virulence factor (독성요인)
:
:
:
:
mechanisms for colonization (숙주 조직에 부착과 증식)
숙주의 면역체계를 피하는 방법
조직 침투 (invasion)에 필요한 물질 ("invasins")의 생산
toxin의 생산 (Toxigenesis)
Pathogens can be found in various compartments
in the body, where they must be combated by
different host defense mechanisms.
c) Bacteria이 숙주의 세포나 조직에 대한 특이적인 부착은 질병의 특성을 결정
. 조직친화성 (Tissue tropism)
. 종 특이성 (Species specificity)
: N. gonorrhoeae infections are limited to humans
: Group A streptococcal infections occur only in humans.
. 개체특이성 (Genetic specificity within a species)
② 세포나 조직 안으로의 침투 (Entry into Cells and Tissues)
. 세균이 침입하여 (invasion), 정착하는 (colonization) 과정.
: intracellular invasion (세포내 침투)를 이용한 상피조직 침투
: 상피조직에서 이웃한 세포사이를 뚫고 통과하는 방법
. host tissue의 적대적인 환경의 적응
: Proteases, lipases, glycohydrolases, nucleases, for nutrition
or metabolism
: siderophores를 분비하여 철분을 흡수 (그림)
. 병원균 (pathogen)의 조직내 전파 (invasion)를 촉진하는 물질의 분비 (invasin)
: Hyaluronidase from Streptococci. Staphylococci, and Clostridia.
- hyaluronic acid 를 분해하여 결체조직을 파괴.
: Collagenase from Clostridium histolyticum and Clostridium perfringens.
- collagen을 분해하여 근육조직을 파괴
: Neuraminidase from Vibrio cholera and Shigella dysenteriae.
- neuraminic acid 를 분해하여 세포사이를 침투
: Streptokinase and Staphylokinase from Streptococci and Staphylococci,
- inactive plasminogen을 plasmin으로 활성화.
- 혈액응고를 방해하여 세균의 확산을 촉진.
: Enzymes that Cause Hemolysis and/or Leucolysis.
- membrane을 분해.
: Phospholipases from Clostridium perfringens.
- 세포막의 phospholipid를 분해.
: Lecithinases from Clostridium perfringens.
- 세포막의 lecithin을 분해.
: Staphylococcal coagulase.
- fibrinogen을 fibrin으로 전환시켜 응고를 촉진하여 면역반응을 회피
③ 숙주의 방어체계를 회피 (Evasion of Host Defences)
. 숙주의 식균작용의 회피 : capsule
: cell wall wax (Mycobacterium tuberculosis)
: cell wall M protein (Streptococcus pyogenes)
. 숙주의 면역세포의 파괴 : leukocidin (Staphylococcus and Streptococcus)
. 항원성의 변화를 이용한 숙주의 면역작용 회피 : Trypanosoma, 임질균
. 숙주의 면역결핍의 유도 : Human Immunodeficiency Virus
④ 질병의 발생 (Production of Disease)
. 숙주의 요인에 의한 질병 발생(invasive type disease)과
세균의 요인에 의한 질병 (독소성 질병)
: 독소의 생산이나 침투에 필요한 각종 독성인자의 생산과
숙주의 염증반응에 의하여 결정
그림) 질병발생의 숙주요인과 세균요인
a) 세균의 침입과 증식에 따른 염증반응에 의한 질병 (invasive type disease) : 결핵
b) 내독소에의한 질병 발생 (pathogenesis by endotoxin)
. Endotoxin은 그람 음성 세균의 세포벽의 일부 (outer membane) (그림 a)
: the lipopolysaccharide complex of E. coli, Salmonella, Shigella,
Pseudomonas, Neisseria, Haemophilus,
. LPS의 구조는 세 개의 부분으로 구성되어 있다 (그림)
: Lipid A는 lipid component이며 세균들마다 유사하다 (highly conserved)
- LPS의 독성작용을 나타낸다
: Core (R) antigen는 polysaccharide로서 KDO를 공통적으로 가지고 있으며, 거의 유사한
구조를 가지고 있다. - geneus specific antigen
: Somatic (O) antigen or O polysaccharide는 core polysaccharide에 결합된
3-5개의 oligosaccharide가 반복되는 구조를 가지고 있다 (repeating oligosaccharide).
- 주요한 항원성을 나타내며, 균종 마다 상당히 다양한 구조를 가지고 있다.
- O polysaccharide에 면역원성 (immunogenicity, 항원성)이 존재하며,
항원성은 종특이적 (species specific)거나 변종특이적 (type specific)이다
. Endotoxin의 생물학적 활성
: 일반적인 기능 - permeability barrier
- 식균세포나 숙주의 혈청단백질에 세균세포의 파괴를 방지
- 숙주의 조직에 부착
: 숙주의 면역세포를 활성화하여 강력한 염증반응을 유도
-
cytokines의 생산 (IL-1, IL-6, IL-8, TNF, platelet-activating factor)
발열 (fever), 혈관확장, 저혈압, 쇼크
전신성 혈관내응고 (disseminated intravascular coagulation)
보체의 활성화
c) 외독소 (exotoxin)에 의한 질병발생 (pathogenesis)
. 외독소의 성질
: exotoxin은 세균에서 분비되어 숙주의 세포에 작용
- Enterotoxin도 exotoxin의 일종으로 주로 GI tract에서 작용하는 독소를 말한다
- Exotoxin은 분비되는 단백질 (soluble protein)
: 세균의 virulent strain이 생산하는 중요한 독성인자
: 일부의 독소는 조직특이성 (cell or tissue specificity)을 보인다.
- 신경독소 (tetanus or botulinum toxins)
- 장독소 (장내세균의 enterotoxins)
: 독소는 여러 면에서 효소와 유사
- protein로서 heat, acid, proteolytic enzymes 등에 약하다 (toxoid vaccine)
- 생리활성이 높으며 촉매기능이 있다
- 작용특이성이 있다 (specificity of action)
- 항원성이 높아 항체가 만들어진다 (antitoxin)
. 외독소의 구조 : 많은 종류의 외독소는 A와 B subunit로 구성
- subunit A는 독소의 작용부위 (enzymatic activity)
- subunit B는 특이적 수용체결합 부위 (specific receptor)
. 외독소의 세포 부착과 세포내 침투의 두가지 과정 (Attachment and Entry of Toxins)
1) 직접적인 침투 (direct entry)
- B subunit가 세포의 수용체에 결합하고, 세포에 구멍 (pore)이 만들어지면
A subunit가 들어가는 방법
2) 수용체결합 세포내부이동 (receptor-mediated endocytosis)
- B subunit가 세포의 수용체에 결합하고, A+B subunit가 수용체와 함께 세포로
들어간 다음, 세포 내의 endosome에서 H+ ion 농도가 떨어져 A+B subunits가
분리되고, A subunit는 세포내의 표적에 도달하여 작용을 나타낸다.
. Protein Toxin의 생산 및 방출 조절
: Exotoxin의 생산은 bacterial species에 특이적이다
- Clostridium tetani produces tetanus toxin
- Corynebacterium diphtheriae produces the diphtheria toxin
: 외독소의 생성과 분비는 환경요인에 민감한 조절자에 의하여 조절
- diphtheria toxin의 생산은 iron에 의하여 억제 (repressed)
- cholera toxin의 생산은 environmental osmolarity 와 temperature에 의해 조절
: toxin의 유전자는 일반적으로 plasmid 나 lysogenic bacteriophage에 존재
- nonessential genes
- 독소의 생산이 전달될 수 있다 (conjugation과 transduction)
. Diphtheria toxin
: 가장 잘 연구된 bacterial toxin
: 분자량 60,000달톤의 한사슬 단백질 (single polypeptide chain)
- subunit A는 enzymatic activity을 가지고 있으며 숙주의 EF2의 작용을 방해
(ADP ribosylation of elongation factor-2 (EF-2)
- subunit B는 숙주에 결합하는 수용체
: inactive form으로 생산되며, 단백질분해효소 trypsin에 의하여 활성화된다
. 각종 세균의 외독소
: Adenylate cyclase toxin of Bordetella pertussis
- cyclic AMP의 양을 늘여 ion-permeable pores를 형성 (hemolysis)
: Cholera enterotoxin of Vibrio cholerae
- ADP ribosylation of G protein으로 adenlyate cyclase를 활성화
- 장세포에서 cAMP양의 증가
- 물과 전해질 (electrolytes)의 분비로 인한 설사
: LT toxin of Escherichia coli
- cholera toxin과 유사
: ST toxin of Escherichia coli
- guanylate cyclase를 활성화
- 물과 전해질 (electrolytes)의 분비로 인한 설사
: Shiga toxin of Shigella dysenteriae
- rRNA를 분해
- protein synthesis 의 방해
: Botulinum toxin of Clostridium botulinum
- Zn++ dependent protease
- 근신경시냅스 (neuromuscular synapses)에서 neurotransmission을 방해하여
마비 유도
: Tetanus toxin of Clostridium tetani
- Zn++ dependent protease
- 억제 시냅스에서 (inhibitory synapses)에서 neurotransmitter의 분해를 방해
- 경련성마비 (spastic paralysis)
: Diphtheria toxin of Corynebacterium diphtheriae
- ADP ribosylation of elongation factor 2
- protein synthesis의 방해
: Anthrax toxin (LF) of Bacillus anthracis
- Zn++ dependent protease
- 세포독성과 cytokine의 분비
: Pertussis toxin of Bordetella pertussis
- ADP ribosylation of G proteins
- adenylate cyclase의 억제를 방해
: Staphylococcus enterotoxins of Staphylococcus aureus
- 면역체계의 대량 활성화
- 구토
: Toxic shock syndrome toxin (TSST-1) of Staphylococcus aureus
- 면역체계의 대량 활성화
- 발열, 저혈압, 쇼크
d) endotoxin과 exotoxin의 비교 (표)
: exotoxin에 비하여 endotoxin은 독성이 심하지 않으며,
보다 특이적이지 못하다.
: Endotoxin은 exotocxin에 비하여 열에 안정하다.
: Endotoxin은 약독소 (toxoid)를 만들지 못한다
표) 세균의 endotoxin과 exotoxin의 비교
---------------------------------------------------------------성질
ENDOTOXIN
EXOTOXIN
---------------------------------------------------------------화학적 성질
Lipopolysaccharide
Protein
세포와의 관계
Part of outer membrane
Extracellular
BOILING
not sensitive
sensitive
항원성
Yes
Yes
TOXOID의 형성
No
Yes
독성
Relatively low (>100ug)
Relatively high (1 ug)
조직 특이성
Low degree
High degree
효소활성
No
Usually
발열성 (pyrofgenicity) Yes
Occasionally
----------------------------------------------------------------
⑤ 숙주로부터 방출과 전염 (Transmission)
. 질병발생의 과정의 마지막 단계
: 숙주로부터 배설의 과정을 통하여 방출되며, 새로운 숙주에 감염
: 배변, 배뇨, 기침, 가래, 재채기, 피부접촉, 생식기 접촉, 상처 등등
. Sexually transmitted diseases (Chlamydia trachomatis and Neisseria gonorrhea)
: urethra나 endocervix에서 증식하여 성적접촉으로 전염
. Bacteria of the faecal-oral route (Salmonella and Shigella)
: 장 (gut)에서 증식하여 방출되어 음식물을 통하여 전염
. Bacteria of the respiratory tract
: 콧물 (nasal discharge), 기침 및 재채기 (coughing, sneezing)에 의하여 전염
Immunity to Bacteria and Fungi
anti-microbial immunity는 immune system의 주된 기능
- 세균, 곰팡이, 기생충 바이러스 감염에 대한 보호
. infectious disease가 발생하는 과정
- microbes이 우리 몸에 들어오고,
- 숙주조직에 침투하고 colonize한 다음,
- host immunity을 피한 다음,
- tissue injury나 functional impairment를 유도
세균 감염에 대한 면역반응
Innate
immunity
(0-4 hours)
Early induced
response (4-96
hours)
Late adaptive
response
(>96 hours)
Protective
immunity
Immunological
memory
Infection
Infection
Infection
Recognition by
pre-formed
nonspecific
effectors
Recrument of
effector cell
Transport of
antigen to
lymphoid
organs
Removal of
infectious agent
Removal of
infectious agent
Recognition,
activation of
effector cells
Recognition by
native B and T
cells
Clonal
expansion and
differentiation to
effector cells
Reinfection
Recognition by
pre-formed
antibody and
effector T cells
Removal of
infectious agent
Reinfection
Recognition by
memory B cells
and T cells
Rapid expansion
and/or
differentiation to
effector cells
Removal of
infectious
agent
Removal of
infectious agent
1.침입의 방어
*피부
*점액( 내부 표면막에서 분비)
*섬모운동,가래,재치기
*미생물 길항기전
*눈물,침,뇨의 세정작용
위액-산 정액-spermine 눈물,콧물,침-lysozyme
2.침입자에 대한 반격
파괴효과; 살균효소와 같은 가용성 화학인자에 의한
식균작용; 세포에 의한
1 액성인자
* lysozyme-가장 풍부.널리퍼짐
muramidase-감수성 세균의 세포벽
mucopeptide를 절단한다
* 급성기 단백(acute phase protein)
C반응성 단백(crp)
α1-Antitrypsin
α2-macroglobulin
celluloplasmin
C9 및 B인자
fibrinogen
등 많은 혈장성분은 감염과 조직장해에 반응하여 극적 농도 상승
ex) . 내독소에 의한 자극된 macrophage에서 유래된 내인성
발연인자(pyrogen)인 interlukin-1 (IL-1)의 생산자극
간장에 작용 CRP의 합성과 분비증가 그 농도는 1000배 까지 증가
. CRP는
막에 phosphorylcholine을 함유한 많은 미생물에 ca++의 존재하에 결합
-고전적 경로로 보체를 활성화 (*많은 미생물 직접 대체 경로 활성화)
* interferon
. 비특이적 항바이러스인자.
. virus감염방어와 회복에 중요 역활.
. interferon은 nk cell의 활성을 증강시킨다.
2 식균작용
*미생물의 섭취,소화.
-metchnicoff macrophage
microphage
*작은 다핵형 호중구 ,
macrophage.
. 산소의존성 계통.
. (식균)
세포질NADPH 산화효소
-섭취한 미생물과의 접촉에 의해 활성화
식포 리소좀의 내면에서 활성화에 의해 대사된다.
hexose-1-phosphate대사경로 활성-NADPH 대량의 산소소비
산소는
superoxide anion
H2O2
등의 강력한 살균물질로 전환.
활성기산소,수산기
. 산소 비의존성 기전
. 낮은 pH
lysosome
lactoferrin
정균,살균인자 (산소의존성아님,혐기환경에서도 작용)
. 다량의 단백분해성 효소, 가수분해 효소 ; 죽은 미생물의 분해에 관여
* 식세포가 항미생물의 활성을 갖고 있다.
하지만 감염인자가 생체로의 침입구를 획득할때,
이들 강대한 일련의 무기도 식세포가 미생물을 세포내로 들어오는 어떤
방법을 발견할때 까지는 효과가 없다. 생체는 이 문제를 참으로 간단하게
해결.
이방법은 수백만년의 진화과정에서 보체계를 발달시켰기 때문.
3. 보체의 역활
* 많은 미생물의 표면 탄수화물
-대체 경로를 활성화-C3변환효소를 활성
-C3분활-미생물 표면에 결합하는 C3b와C3a
다형핵구는 C3a의 주화성인자의 농도분배에 따라 작용함으로써
갑자기 C3b에 둘러싸인 미생물과 만난다.
따라서, 진화의 정교한 과정으로 매우 난해하여 이해하기 어려운
표면C3b recepter 에 의해 그 미생물에 부착한다.
* C3a와C5a(anaphylatoxin)의 형성
.히스타민을 방출.
.비만세포에 대하여 작용.
(보체 성분의 변환과 주위조직의 국소혈관에서 다형핵구의
운동을 일으키는 급성염증반응의 요소를 제공)
* 미생물이 식세포의 푠면에 부착하면 자극받는 식세포 섭취기를 시작
2 세균감염에 대한 면역
* 세균이 탐식작용으로부터 도피하는 방법
. capsule 생산
. 탐식작용을 저해하는 물질 협막에 포함
. 탐식작용 저해하는 독소
. 급성 염증반응 저해하는 효소
1. 액성항체의 역활
* 식균의 증강
. Ab는 식균작용 증강
. 보체 활성 증강
. opsonization
* * 체외표면에서의 방어
. IgA ;
. 세균,virus를 싸고 있으니 이들이 점막에 부착되는 것을 방해함으로써 방어
. 분비IgA는 세포에 거의 부착성을 갖지 않아야 한다.
. 고 친화성 Fc receptor의 존재는 보고되어 있지 않다.
. IgE ;
. MALT계의한 다음방어
. IgE-mast cell의 Fc receptor 에 견고히 결합-Ag과 접촉 면역응답
인자 유발하는 mediator유지
. 히스타민 ;
혈관투과성 높임-그 국소에 IgG와 보체의 삼출을 일으킴 호중구,호산구의 주화인자
특히, IgG와 C3b에 둘러싸인 감염미생물을 제거하는 작용세포를 끌어낸다.
. opsonization에 된 미생물이 식균되는데 있어서 크기가 너무 큰 경우
Fcr-receptor에 붙어 세포외의 기전으로 사멸된다.
(항체의존성 세포독성 antibody-dependent cell-mediated cytotoxity; ADCC)
-기생충감염에 관여
* 독소의 중화
. 미생물을 제거하는 작용과 함께 순환Ab는 세균이 유리하는 가용성
외독성을 중화
. 독소의 active site 근처 결합 - 기질과의 반응 방해(특히 큰 경우)
“
떨어진 곳 - 독소의 빠른 확산 막는다.
특히,이 복합체가 변화한 IgG 와 C3에 대한 자연항체의 작용에 의해 크게될때
식균작용 받기 쉽다.
* 특정의 미생물
. β-haemolytic stroptococci
M protein-면역원성이 큰 표면성분
살균작용억제 - Ab생성 ; 식균작용 대단히 증가
. streptolysin O의 고역가 생성-연쇄 구균 감염
. scarlet fever (성홍열)을 일으키는 균주
발적독(erythrogenic toxin)은 Ab에 의해 중화
. 포도구균 독성형
. 식균작용저항 ; capsule형성
. IgG의 Fc부분과 결합-다형핵구의 Fc receptor에 결합하는것을 방해하는
protein A인자 생산.
. 적당량Ab존재하에 착실하게 식균(완벽체는 없다.)
. pneumococci(페염구균)
meningococci(수막염균)
. Bacillus anthrax(탄저균)
Haemophilus influenzae(인플루엔자)
. D-glutamic acid로 된 협막(항식균)
-항 협막항체는 유효하게 호중구로 들어가지만 외독소가
강력하기 때문에 항독소 면역도 자극하지 않으면
백신은 유효하게 되지 않는다.
. Jonococcal infection
IgA-이 미생물이 섬모에 의해 점막세포로 부착하는 것을 저지
그럼에도 불구하고 이 Ab는 재감염을 방지할 수가 없다
임균의 protease가 IgA 이량체를 단절,또는 교차반응성
없는 많은 혈청형의 존재에 의한 것
2. 세포성면역(CMI)의 면역
* tubercle(결핵균)
leprosy bacilli(나균)
listeria
brucella
식균작용에 의해 섭취된후 macrophage의
세포질내에서 생존하고 성장을 계속한다.
* CMI reactions for the killing of these intracellua facultative
parasites and the establization of an immuno state.
* 중등량의 결핵균 감염-감염극복.다음공격 면역.
두번째 결핵균 감염+lizteria감염(무관계한 미생물) -listeria를 죽인다.
전에 면역이 없거나 결핵균의 이차공격이 없으면, 이 동물은 literia 감염에
걸리게 된다.
* 하나의 미생물에 대한 이차 면역응답의 방아쇄를 당기는 것이
동물의 유사한 증식역을 가진 무관한 미생물에 대하여 동시에
그러나 일시적인 비특이적 저항성을 준다.
• 이 면역은(특이적및 비특이적) 면역동물에서 얻은 임파구에 의해 정상 수용체로
들어 오지만 macrophage와 혈청으로는 들어오지 않는다.
이것은 특이적 면역이 T cell에 의해서 일어난다는 것을 강하게 암시
* macrophage actvating facter(MAF)
감작 림프구는 그 대응항원과 함께 배양하기도 하고 비 감작 림프구와도
비 특이적인 mitogene 으로 자극기도 하며, 생물학적 활성을 가진 가용성
작용물질이 림프구내에서 생산되어 배양액속으로 유리되어 나온다.
이것을 총칭 Lymphokine라고 한다.
세포내 기생충(세균,진균,원충,바이러스)에대한 감염면역은 MAF가
Ag특이적으로 감작 T-cell에서 등져서 macrophage를 활성화하고 이 활성화
macrophage에 의해서 병원체의 탐식후의 세포내 증식저지가 일어나는
것으로 되어있다.
항원 특이적으로 T-cell에서 이 작용인자가 생산되고 일단 생산되면
비 특이적으로 macrophage의 활성화를 일으켜 세포내의 증식저지가 일어난다.
1) 세포밖 조직에서 증식하는 세균 (extracellular bacteria)에 대한 면역반응
a) extracellular bacteria 감염증
대부분의 세균 감염은 세균이 혈액, 결체조직, 조직사이의 공간에 존재한다
extracellular bacteria에 의해 질병이 일어나는 기전
- tissue에 침투하여 inflammation을 유도(Staphylococci, Streptococci)
- 독소의 생산 - endotoxin 과 exotoxin
extracellular bacteria에 대한 면역반응은
- bacteria을 제거하거나 독소의 작용을 중화 (neutralizing)
b) 세포밖 세균에 대한 자연면역 반응
phagocytosis에 의한 세균의 살해
: neutrophils (PMN), monocytes, macrophages
alternative pathway에 의한 보체의 활성화
: G(+) bacteria의 peptidoglycan 과 G(-) bacteria의 LPS
inflammatory response
: endotoxin이 cytokine synthesis을 유도
: 그 결과, inflammatory cell의 활성화와 이동이 유도되어 항원을 제거
: 부작용으로 이웃한 조직의 손상이 유도
c) 세포밖 세균에 대한 특이적 면역반응
항체와 보체 (Humoral immunity)가 주요한 방어기전
: cell wall 과 capsular polysaccharides에 대한 항체
: cell wall proteins 과 protein toxin (exotoxin)에 대한 항체
IgM과 IgG 급 항체에 의한 방어기능
: 식균작용증가 (opsonization)
: 독소의 중화 (neutralizatuion)
: 보체의 활성화
항체반응은 숙주에게 유해할 수도 있다
: 급성의 염증반응 (acute inflammatory response)
: LPS나 세균의 외독소에 의한 toxic shock
: 패혈증 쇼크
: rheumatic fever
: immune complex disease
: autoimmune disease
그림) 항체에 의한 세균의 방어
d) 세포밖 세균이 숙주의 방어작용을 피하는 기전
tissue로의 침투와 colonization
: pili의 adhesive properties
: capsule의 anti-phagocytic mechanism
: complement activation의 방해 (sialic acid in capsule)
specific immunity를 피하는 기전
: surface antigen의 유전적 다양성
: 임질균 (gonococcus)의 pili
: 장티푸스균 (Salmonella)의 편모의 항원성 (H antigen)의 변화
2) 세포내에서 증식하는 세균 (intracellular bacteria)에 대한
면역반응
일부의 세균들은 대식세포와 같은 숙주의 세포 내로 들어가 그곳에서 증식한다
: Mycobacteria (결핵, 나병), Listeria monocytogenesis, Legionella pneumophilia,
Borrelia burgdorferi (lyme disease)
세포내의 세균에는 혈액 중의 항체가 접근하기 어려우므로, 항체에 의하여
세균이 잘 제거되지 않는다.
a) 세포내 세균에 대한 자연면역
자연면역의 주요한 세포인 식균세포의 식균작용에 저항하므로 잘 제거되지 않고,
오히려 식균세포에 살아남아 만성의 재발감염증 (chronic recurrent infection)을 유발
b) 세포내 세균에 대한 특이적면역
항체에 의하여 잘 제거되지 않는다.
세포매개성 면역반응이 중요
: 지연성과민반응
: T cell (CD4 T cell)이 세균을 가지고 있는 macrophage를 활성화하여,
: 활성화된 macrophage가 intracellualr bacteria를 살해
c) 세포내 세균의 면역 반응 회피 기전
식균세포에 감염되어 증식하며, 식균세포의 식균작용에 저항
: phagolysosome fusion의 방해
: reactive oxygen species의 제거 (scavenger)
: phagolysosome membrane에 구멍 (pore)을 형성
숙주의 방어체계를 회피 (Evasion of Host Defences)
. 숙주의 식균작용의 회피 : capsule
: cell wall wax (Mycobacterium tuberculosis)
: cell wall M protein (Streptococcus pyogenes)
. 숙주의 면역세포의 파괴 : leukocidin (Staphylococcus and Streptococcus)
. 항원성의 변화를 이용한 숙주의 면역작용 회피 : Trypanosoma, 임질균
. 숙주의 면역결핍의 유도 : Human Immunodeficiency Virus
. 병원균 (pathogen)의 조직내 전파 (invasion)를 촉진하는
물질의 분비 (invasin)
. Hyaluronidase from Streptococci. Staphylococci, and Clostridia.
- hyaluronic acid 를 분해하여 결체조직을 파괴.
.Collagenase from Clostridium histolyticum and
Clostridium perfringens.
- collagen을 분해하여 근육조직을 파괴
. Neuraminidase from Vibrio cholera and Shigella dysenteriae.
- neuraminic acid 를 분해하여 세포사이를 침투
. Streptokinase & Staphylokinase from Streptococci & Staphylococci,
- inactive plasminogen을 plasmin으로 활성화.
- 혈액응고를 방해하여 세균의 확산을 촉진.
. Enzymes that Cause Hemolysis and/or Leucolysis.
- membrane을 분해.
. Phospholipases from Clostridium perfringens.
- 세포막의 phospholipid를 분해.
. Lecithinases from Clostridium perfringens.
- 세포막의 lecithin을 분해.
. Staphylococcal coagulase.
- fibrinogen을 fibrin으로 전환 응고를 촉진하여 면역반응을 회피
. poly-D-glutamate capsule of Bacillus anthracis
: 혈청이나 식균 세포의 세균살해 proteins (defensins)에 저항
. outer membrane of Gram-negative bacteria
: bile salts와 같은 지용성물질의 통과를 방해
. mycobacteria의 waxy cell wall
: 항균물질의 통과를 방해
. lipopolysaccharides (LPS) of Gram-negative pathogen
: complement-mediated lysis 나 lysozyme의 작용을 방해
c-2) Phagocyte의 회피
. Phagocyte와의 접촉의 회피
: 식균세포가 접근하지 못하는 곳에 침입
- the lumens of glands, the urinary bladder, skin
: 염증반응의 회피 (inflammatory response)
: 염증반응에서 식균세포 유인작용을 (chemotaxis)하는 물질을 방해
- Streptococcal streptolysin suppresses neutrophil chemotaxis
: 세균의 세포벽을 숙주와 유사하게 조작
- Staphylococcus aureus는 coagulase를 이용하여 세포를 fibrin으로 도포
- Treponema pallidum은 표면을 fibronectin으로 도포
- Group A streptococci는 hyaluronic acid로 된 캡슐을 생산
. Phagocytic Engulfment의 방해
: Polysaccharide capsules of S. pneumoniae, Haemophilus influenzae,
Treponema pallidum and Klebsiella pneumoniae
: M protein and fimbriae of Group A streptococci
: Surface slime of Pseudomonas aeruginosa
: O antigen of E. coli
: K antigen of E. coli and Vi antigen of Salmonella typhi
: Cell-bound or soluble Protein A by Staphylococcus aureus
- inhibit opsonin-mediated ingestion (by IgG)
. Phagocyte내에서 생존
: 세포내 증식세균 감염증 (intracellular parasites)
: 식균세포가 오히려 세균의 침입을 보호
: 중요한 intracellular pathogens
Mycobacterium tuberculosis (결핵, Tuberculosis)
Mycobacterium leprae (나병, Leprosy)
Listeria monocytogenes (Listeriosis)
Salmonella typhi (장티푸스, Typhoid fever)
Shigella dysenteriae (이질, Bacillary dysentery)
Yersinia pestis (흑사병, Plague)
Brucella species (Brucellosis)
Legionella pneumophilia (폐염, Pneumonia)
Rickettsiae (Typhus fever; Rocky Mountain spotted fever)
Chlamydia conjunctivitis (Lymphogranuloma venereum)
. phagolysosome fusion의 방해
. phagosome으로부터 탈출.
. Phagocyte를 죽이는 물질의 분비 (toxins)
11. Immunity to Viruses
1 Virus 감염에 대한 면역
. macrophage는 일반적으로 비특이적으로 확실히 virus를 탐식 죽인다.
그러나 어떤경우에는 복제를 허용
1. 항원성의 drift 와 shift
. virus는 항상 그표면 항원구조를 변화시키고 있다.
antigenic drift, . haemagglutinin
. influenza strain : haemagglutinin
neuraminidase
2. 혈청항체에의한 반응
. 항체분자는 여러가지 방법으로 virus를 중화 : 보체에의한 용해,
탐식작용
. 혈중 virus는 매우낮은 농도의 특이항체에의해 중화
3. 국소인자
. 짧은 잠복기 ; interferon의 급속한 생산
. 국소적으로 발달한 면역적으로 자극을 받은 세포에 의해
항 virus 항체 (주로 IgA) 생산이 일어난다.
4. 세포성 면역 ; 세포내 virus를 공격
. 항체 ;세포밖의 감염인자
세포성면역 ; 세포내의 인자
. oncorna, orthomyxo, paramyxo, toga rhabdo, arena, adeno, herpes,
pox, papova
. 세포독성 T cell은 항체보다 strain 특이성이 낮다
. 자연 감염후 ; 항체와 세포독성 T cell 유도 -- 방어효과 장기간 지속
죽은 influenza 주사 ; 항체생성 그러나 T cell은 유도되지 않는다.
-- 방어효과 짧은기간
. lymphokine IFNγ
. ADCC ( 항체의존성 세포성 세포독성)
바이러스는 obligately intracellular parasites
: host cell안에서 숙주의 대사를 이용하여 복제
바이러스 감염에 의한 질병은 다음의 작용으로 야기
: cytopathic effect
: host immune response
항체와 세포매개성 면역반응이 모두 유용하다
: 항체에 의한 바이러스의 숙주세포 침입의 방해
: 세포매개성 면역반응에 의한 감염된 숙주세포의
파괴
그림) 인터페론의 작용
1) 바이러스 감염에 대한 자연면역반응
감염된 세포로 부터 type I interferon의 생산 : viral replication을 억제
natural killer cell에 의한 viral infected cell을 살해
2) 바이러스 감염에 대한 특이적 면역반응
a) humoral immunity
antibody는 viral infection의 초기단계에 작용하여 감염을 중화 (neutralizing antibody)
일부의 항체는 바이러스의 숙주내 활동을 방해
항원항체 복합체에 의한 phagocytosis에 의한 바이러스의 제거 (opsonizing antibody)
ADCC를 유도하여 NK cell의 살해작용을 촉진
b) cell mediate immunity
viral infection에 대한 주요한 방어기전으로 주로 CD8 T cell (CTL)에 의한 감염된 세포의
살해가 중요하다
Killer cell (NK cell)의 ADCC작용에 의한 감염된 세포의 파괴
3) 바이러스 감염에 대한 면역반응 결과 질병이 유도되기도 한다
감염된 세포에 대한 CTL response : LCMV infection에 의한 생쥐의 맥락수막염
immune complex disease : HBV infection에 의한 B형 간염
분자흉내 (molecular mimicry)에 의한 자가항체 (autoantibody)의 생성 : 자가면역증
4) 바이러스가 면역반응을 피하는 기전
항원의 다양성 (antigenic variation)
: influenza virus의 antigenic drift 와 antigenic shift : HIV의 envelope protein (gp120)
host immune system의 억제 및 파괴
: HIV에 의한 CD4 T cell의 파괴
: EBV의 cytokine 합성 억제 인자 의 생산
: Herpes virus에 의한 면역억제 단백질의 생산
그림) 인플루엔자 바이러스
표) 독감바이러스의 항원형
그림) antigenic drift와 shift
12. Immunity to Protozoa and worms
1 기생충 감염에대한 면역
. 숙주를 죽이지 않고 면역계에의한 파괴로 부터 탈피
1. 숙주반응
. 혈중 기생체 ; 체액성 면역
조직내 증식 ; 세포성 면역
1. 체액성 면역
. Trypanosoma brucei, malaria의 sporozoite or merozoite
혈중 증식형 기생충 ; 항체에 의한 방어
. opsonization 과 탐식작용및 보체의존성 용해작용
. Trichinella spiralis ; 사람 등 연충감염에대한 면역 ->
IgE 항체가 높은 수준 생산
Nippostrongylus brasiliensis ; 쥐
. IgE에 둘러싸인 비만세포 항원과 접촉시
. 주혈흡충 유충 ; IgG와 호산구의 배양에서 죽음 ; ADCC
2. 세포성 면역
. lymphokine 생산 T cell ; macrophage 활성화
Taxoplasma gondii, Tripanosoma cruzi, Leishmania spp.와
같은 대식세포의 정상적 살균기전을 파괴하는 세포내 기생체 죽일때 역할
. 대식세포 배양에 interferon을 가하면 장에 침입한 연충의 배제
. 기생충의 회피방법
. 작동기전에 대한 저항성
. 대식세포내 침입 --- 정상적 살균기전 차단
. T. gondii ; phagosome-lysosome 융합억제
Trypanosoma cruzi; phagosome으로부터 세포질로 빠져나감
Leishmania ; 전자밀도 높은 물질로 둘러쌈 ; 보호 . macrophage가 활성화
되면 ; 활성상소생산을 증대시켜 죽임
. 숙주에의한 항원인식에서 도피
. 기생충 자신을 위장
. 분자적 모방
표면을 숙주 단백질로 처리
. 숙주 면역반응의 변화
항원성의 변화
animal parasites에 의한 감염증
: 원생동물 (protozoa) - malaria
: helminths - 회충
: ectoparasites - 벼룩 (tick), 이 (lice), 진드기 (mite)
기생충의 감염은 곤충에 물리거나 (insect biting),
중간숙주 (intermediate host)와 접촉하였을 때 나타난다.
1) 기생충에 대한 자연면역
일반적으로 척추동물에 기생하는 기생충은 사람의 자연면역에 저항성을 나탄낸다
: complement mediated killing에 저항
: phagocytosis에 저항
그림) Schistosoma mansoni에 대한 면역반응
2) 기생충에 대한 특이적 면역반응
helminitic (회충) 감염은 숙주에서 특이적인 IgE 항체 생산과 eosinophil activation을 유도
: IgE가 결합된 helminth를 eosinophil이 인식하여 살해
일부 parasite는 granulomatous response와 fibrosis를 유도
: 간디스토마의 알은 CD4 T cell을 활성화하고, 결과적으로 대식세포를 활성화하여,
알에 대한 식균작용을 유도
malaria를 일으키는 Plasmodium falsiparum은 숙주세포 안에서 증식하므로,
특이적인 CTL response를 유도
3) 기생충이 면역반응을 회피하는 기작
해부학적 격리 (anatomic sequestration)
: 대식세포 내에서 증식
: cysts를 형성하여 면역기능에 저항
antigenic masking
: 자신의 surface를 host protein으로 씌운다
host immune 기능을 억제하는 단백질의 생산 (schistosomiasis)
표면구조의 다양성 (Trypanosome)
항원의 제거 (shedding of antigen by Antameba histolitica)
4) 말라리아
가장 흔한 미생물 감염증
약한 면역반응을 유도 Plasmodium falsiparum은
숙주세포 안에서 증식하며 세대 교번을 한다
: 항원성의 변화
: sporozoites는 단지 30분 정도만 혈액에 존재
: 세포내 기생
백신개발의 어려움
: 유효한 면역체계의 미확인
: sporozoites 배양의 어려움
그림) Plasmodium falsiparum의 life cycle
5) 아프리카 수면병 (Trypanosoma species)의 항원성 변이
세균 감염에 대한 면역반응
Innate
immunity
(0-4 hours)
Early induced
response (496 hours)
Late adaptive
response
(>96 hours)
Protective
immunity
Immunological
memory
Infection
Recognition by
pre-formed
nonspecific
effectors
Removal of
infectious
agent
Infection
Recrument
of effector
cell
Recognition,
activation of
effector cells
Infection
Transport of
antigen to
lymphoid
organs
Recognition
by native B
and T cells
Reinfection
Recognition by
pre-formed
antibody and
effector T cells
Reinfection
Recognition by
memory B cells
and T cells
Removal of
infectious
agent
Clonal
expansion and
differentiation
to effector cells
Removal of
infectious
agent
Rapid expansion
and/or
differentiation to
effector cells
Removal of
infectious
agent
Removal of
infectious
agent
세균 감염에 대한 면역반응
세균 감염에 대한 면역반응
세균 감염에 대한 면역반응
1) 세균 감염에 대한 자연면역 (Natural immunity)
. 일차적 면역방어
. 비특이적이며, constitutive defense
a) natural barrier
. Protection of External Surfaces
: skin
- impenetrable barrier
- Injections, 상처, 수술, 부종 등에 의하여 침입
: mucosal surfaces of the respiratory tract and the gut
- 점액의 분비, 단백질분해효소, IgA 항체, 상피세포의 교체
- 점액의 변화, IgA protease의 생산, cytotoxic therapy
. Acidity of stomach, bile salt,
Pathogens can damage tissues in a variety of
different ways.
b) 자연면역의 cell과 protein
. complement
- alternative pathway of complement activation
. phagocytic cells
- macrophage and neutrophiles
- phagocyte는 세균감염에 대한 일차방어
c) 숙주의 면역반응의 회피 (evasion of host defense)
c-1) pathogenic bacteria의 구조물질
. poly-D-glutamate capsule of Bacillus anthracis
: 혈청이나 식균 세포의 세균살해 proteins (defensins)에 저항
. outer membrane of Gram-negative bacteria
: bile salts와 같은 지용성물질의 통과를 방해
. mycobacteria의 waxy cell wall
: 항균물질의 통과를 방해
. lipopolysaccharides (LPS) of Gram-negative pathogen
: complement-mediated lysis 나 lysozyme의 작용을 방해
c-2) Phagocyte의 회피
. Phagocyte와의 접촉의 회피
: 식균세포가 접근하지 못하는 곳에 침입
- the lumens of glands, the urinary bladder, skin
: 염증반응의 회피 (inflammatory response)
: 염증반응에서 식균세포 유인작용을 (chemotaxis)하는 물질을 방해
- Streptococcal streptolysin suppresses neutrophil chemotaxis
: 세균의 세포벽을 숙주와 유사하게 조작
- Staphylococcus aureus는 coagulase를 이용하여 세포를 fibrin으로 도포
- Treponema pallidum은 표면을 fibronectin으로 도포
- Group A streptococci는 hyaluronic acid로 된 캡슐을 생산
. Phagocytic Engulfment의 방해
: Polysaccharide capsules of S. pneumoniae, Haemophilus influenzae,
Treponema pallidum and Klebsiella pneumoniae
: M protein and fimbriae of Group A streptococci
: Surface slime of Pseudomonas aeruginosa
: O antigen of E. coli
: K antigen of E. coli and Vi antigen of Salmonella typhi
: Cell-bound or soluble Protein A by Staphylococcus aureus
- inhibit opsonin-mediated ingestion (by IgG)
. Phagocyte내에서 생존
: 세포내 증식세균 감염증 (intracellular parasites)
: 식균세포가 오히려 세균의 침입을 보호
: 중요한 intracellular pathogens
Mycobacterium tuberculosis (결핵, Tuberculosis)
Mycobacterium leprae (나병, Leprosy)
Listeria monocytogenes (Listeriosis)
Salmonella typhi (장티푸스, Typhoid fever)
Shigella dysenteriae (이질, Bacillary dysentery)
Yersinia pestis (흑사병, Plague)
Brucella species (Brucellosis)
Legionella pneumophilia (폐염, Pneumonia)
Rickettsiae (Typhus fever; Rocky Mountain spotted fever)
Chlamydia conjunctivitis (Lymphogranuloma venereum)
. phagolysosome fusion의 방해
. phagosome으로부터 탈출.
. Phagocyte를 죽이는 물질의 분비 (toxins)
2) 특이적 면역반응 (specific immunity)
. 유도적인 반응으로 이차적 면역반응이다
. 세균의 침입에 따라 그 반응이 증가된다
. 특이적이며 기억능력이 있다 (예방접종)
a) Active immunity와 Passive Immunity
. 능동면역
: infectious agent 나 antigen에 노출되어 생성된 면역
: in response to the infectious agent itself (e.g. recovery from the disease),
: or in response to artificial immunization (vaccination)
. 수동면역
:
:
:
:
:
다른 개체에서 얻어진 면역요소를 이전하여 얻어진 면역
antibody나 immuno-reactive lymphocyte의 이전
예방접종을 받은 개체나 회복된 환자의 혈청 (항혈청)을 주사
약독소 (tosoid)를 주사받은 동물의 혈청을 주사
산모로부터 영아로의 항체 전달
b) 체액성면역반응 (humoral immunity)과 세포매개성 면역반응 (cell-mediated immunity)
. Humoral Immunity
: 항체에 의한 면역반응
: B cell에 의하여 생산되며, 항원특이적
: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD
: cell wall components, fimbriae, flagella의 단백질과 extracellular proteins
: cell wall과 capsule의 다당류 (polysaccharides)
. Cell Mediated Immunity
: T-cell immunity
: 면역반응의 조절 및 세포의 살해
c) 획득면역반응의 특이성과 다양성
. 각각의 임프구 (B cell과 T cell)은 항원인식구조를 가지고 있다
: B cell의 Immunoglobulin (antibody)
: T cell의 T cell receptor (TCR)
. 각각의 임프구가 가지고 있는 항체나 TCR의 구조는 한가지이며 (임프구 클론),
서로 다른 임프구는 그 항원특이성이 서로 다르다.
d) 항체의 기능
. Opsonization (식균작용증가)
: 항체 (IgM, IgG)가 미생물에 대한 식균작용이 잘 나타나게 하는 현상
. Steric hindrance (입체적인 방해)
: 미생물 표면에 결합된 항체가 미생물의 기능을 방해하는 현상
: 미생물이 숙주의 세포나 조직에 결합하는 것을 방해 (secretory IgA)
. Toxin Neutralization (독소중화)
: antitoxins이 bacterial toxin의 표적세포와의 반응을 방해
. Agglutination and Precipitation (응집과 침전)
: 항체가 미생물이나 항원과 결합하여 그들을 침전시키거나 응집시키는 현상
: separate infectious unit의 감소와 식균작용의 증가
. Activation of Complement (보체의 활성화)
: 미생물의 살해 및 청소
. induction of the inflammatory response (염증반응의 유도)
. ADCC (항체에 의한 세포살해)의 유도
e) Cell-Mediated Immunity의 기능
. CTL (cytotoxic T cell)은 항원을 가진 세포를 죽인다
: a viral infection, a tumor cell, or bacterial intracellular parasite
. Delayed Type Hypersensitivity (DTH)
: helper T cell이 대식세포를 자극하여 대식세포를 활성화시키는 반응
: Mantoux (tuberculin) test
6. 세균 감염의 진단
1)
표본 (Specimen)의 준비
a) 혼합감염 부위 (mixed population)
. Sputum (객담)
. BRONCH WASH (기관지 세척액)
. Throat specimen on a swab (목)
. Urine (뇨)
. 생식기 분비물
. Stool (대변)
. Abscesses (종창), Eye swabs (눈), Ear specimens (귀)
b) 정상적으로는 세균이 없는 부위 (Normally Sterile Sites)
. BLOOD (혈액)
. BODY FLUIDS (체액)
: Cerebral Spinal Fluid (CSF, 척수액), Pleural Fluid (흉강액), Synovium (관절액),
. Pericardial Fluid (심막액), and Peritoneal Fluid (복수)
. TISSUES (조직)
: Bone, muscle,
c) 진단방법
. 모양, 염색
: light microscope, dark field microscope
: Gram staining, Acid fast staining, capsule staining, motility
: cocci, bacilli, spiral bacteria
. 집락 (colony) : colony shape, color
. 생화학적 검사 : fermentation
: nutritional requirement
. 혈청학적 검사
. 분자생물학적 검사 (Molecular Diagnostics) : genomics
. Antimicrobial susceptibility testing
7. 세균증식의 억제 및 항생물질 (Antibiotics)
1) 세균 증식의 조절
. by killing microorganisms (bacteriocidal agents)
. by inhibiting the growth of microorganisms (bacteriostatic agents)
2) 멸균 (Sterilization)
. 살아있는 미생물의 완전 제거 방법
. 방법
: 소각 (incineration) - needles , inoculating wires, glassware,
: Boiling - Kills everything except some endospores
: Autoclaving - 121도에서 15분간 살균 - 배지멸균, 실험기구 멸균
: Dry heat (hot air oven) - 160도에서 두시간 멸균 - glassware, metal,
: 방사능 멸균 (Irradiation) - Ultraviolet light, x-rays and microwaves
- 플라스틱 멸균
: 여과법 (Filtration) - 세균여과지
- heat labile substance (비타민, 아미노산, 항생물질 등등)
: Chemical and gas - formaldehyde, glutaraldehyde, ethylene oxide
- 플라스틱 멸균
: Pasteurization - 63도에서 30분 멸균- 식품내 미생물 살균 (우유, 맥주 등등)
3) 세균 증식의 억제
a) 저온 보관 (refrigeration and freezing)
. 0도에서 대부분의 세균 성장이 억제
. 저온이나 냉동은 살균방법은 아니다
. 저온세균에 주의 (Psychrotrophs and psychrophiles)
b) 건조 (Drying)
. 수분의 제거
: heat, evaporation, freeze-drying, addition of salt or sugar
. 식품저장에 이용 (fruits, grains).
c) chemical agent를 이용한 세균 성장의 조절
. Antiseptics
: skin나 점막의 세균을 제거하는 방법
: 외용으로 사용
: mercurials, silver nitrate, iodine solution, alcohols, detergents.
. Disinfectants
: 주로 무생물에 사용하는 약제
: tables, floors, utensils
: chlorine, hypochlorites, chlorine compounds, copper sulfate
. Preservatives (보존제)
: 주로 식품에 첨가하여 미생물의 성장을 억제하는 약물
: nontoxic.
: calcium propionate, sodium benzoate, nitrite, nitrate, sulfur dioxide. Table 3 is
4) 항균물질 (Chemotherapeutic agents)
a) Competitive Inhibitor or growth factor analogs
. bacteriostatic (살균) 또는 bactericidal (정균)
. Sulfonamides (설파제)
: Domagk in 1935 (prontosil)
: PABA (p-anminobenzoic acid) 유사물질으로 folic acid 합성을 방해
: Dapson
그림) 설파제의 작용 방법
b) 항생물질 (Antibiotics)
. 곰팡이나 세균이 성장하면서 만들어낸 저 분자량의 이차대사산물 (secondary metabolites)
. 선택적 독성 (selective toxicity)이 있어서 숙주세포는 죽이지 않고 세균 만을 죽인다
: a wide spectrum of activity (antimicrobial spectrum)
: nontoxic to the host and without undesirable side effects.
. 대부분 bacteriocidal
그림) 항생물질의 작용 방법
b-1) 세포벽 합성 방해물질 (Cell wall synthesis inhibitors)
. 세균의 peptidoglycan 합성을 억제
㉠ Beta lactam antibiotics
. 4-membered beta lactam ring (그림).
. products of two groups of fungi, Penicillium and Cephalosporium molds (그림)
: penicillins and cephalosporins.
. peptidoglycan synthesis의 마지막 단계 즉, peptide side chain의 교차연결을 방해
: bacterial carboxypeptidase and transpeptidase enzymes
. bactericidal
. Natural penicillins
: Penicillin G or Penicillin V
: effective against streptococcus, gonococcus and staphylococcus
. Semisynthetic penicillins (반합성 페니실린)
: 6-aminopenicillanic acid에 여러 side chain을 결합
: 항균 spectrum의 증가, resistance to penicillinase, 경구투여,
: Amoxycillin, Ampicillin, Methicillin
. Cephalolsporins
: similar mode of action to penicillins
: 낮은 독성과 광범위 항균작용
. Penicillin allergy
그림) 페니실린과 세팔로스포린 및
반합성 페니실린의 구조
㉡ Bacitracin
. a polypeptide antibiotic produced by Bacillus species.
. peptidoglycan의 muropeptide subunits의 방출을 방해
. 흡수가 불리하여 국소치료용으로 사용
b-2) Cell membrane inhibitors (세포막 형성을 방해하는 항생물질)
. 독성이 높아 국소적으로 사용
. Polymyxin, produced by Bacillus polymyxis.
. gentamicin, carbenicillin, tobramycin등에 내성인 Pseudomonas 감염에 사용
b-3) Protein synthesis inhibitors (단백질 합성과정의 방해)
그림) 세균의 단백질 합성과정과 항생물질
. 세균의 ribosome에 작용하여 bacterial translation을 억제
. tetracyclines, chloramphenicol, the macrolides, the aminoglycosides
㉠ The aminoglycosides
.
.
.
.
.
Streptomyces species에 의해 생산
streptomycin, kanamycin, tobramycin and gentamicin.
세균의 ribosome에 결합하여 단백질 합성의 initiation을 방해
bacterial infections caused by Gram-positive and Gram-negative bacteria,
M. tuberfculosis,Pseudomonas aeruginosa, penicillin-resistant staphylococci
㉡The tetracyclines
. Streptomyces에 의해 생산
. tetracycline, chlortetracycline, doxycycline
. broad-spectrum antibiotics
. aminoacyl tRNA가 ribosome의 A site에 결합하는 것을 방해
.숙주의 ribosome에도 작용하지만 주로 세균의 세포에 약물이
축적되어 독성이 매우 낮으며, 부작용이 적다
㉢ Chloramphenicol
. bacteriostatic
. rickettsiae 감염증 이나 typhoid fever에 사용
. aplastic anemia (빈혈)의 유도
그림) aminoglycosides 항생제의 구조
㉣ The Macrolides
. large lactone rings linked through glycoside bonds with amino sugars
. erythromycin and oleandomycin
. Gram-positive bacteria, Neisseria, Legionella, Haemophilus 감염증에 사용
: 장내세균에 효과가 없음
. 50S ribosomal subunit에 결합하여 peptidyl transferase의
작용을 억제하거나 translocation을 막는다
b-4) 핵산합성의 방해
. 대부분이 선택성이 없으며 (unselective) 독성이 심하다
. nalidixic acid and rifamycins.
. Nalidixic acid는 quinolone계 항생물질로서 세균의 DNA gyrase enzyme
(topoisomerase)의 작용을 억제
: DNA replication의 방해
: 요로감염증 치료에 이용 (UTI).
: E. coli, Enterobacter aerogenes, K. pneumoniae and Proteus species
. Rifamycin은 Streptomyces가 생산
: Gram-positive bacteria 특히 Mycobacterium tuberculosis에 유효
: bacterial RNA polymerase의 작용을 방해
: cerebrospinal fluid에 잘 들어가므로 tuberculosis meningitis
(결핵성 수막염)과Neisseria meningitidis에 의한 수막염에 사용.
c) 항생제 내성
. 항생물질의 사용은 특정한 항생물질에 대하여 반응하지 않는 세균을 유도
: 변형된 표적 (altered target)의 생성
: 세균 세포내로 약물의 침투를 감소시킨다
: 항생물질을 불활성화 시키는 효소를 생산한다
: 활성이 없는 전구항생물질을 활성화시키는 작용의 감소
. Inherent (Natural) Resistance (자연내성)
: Streptomycetes는 자신의 항생물질을 분해하는 효소를 생산
: Gram-negative bacteria의 outer membrane을 항생물질 통과의 장애물
. Acquired Resistance (획득내성)
: bacterial genome에 변화가 생겨 새로운 내성을 얻는 경우
: (1) mutation and selection (2) exchange of genes
. 내성균의 의학적 문제
: 기존의 항생물질로 처치가 어렵게된다
: 새로운 항생물질의 필요성
그림) β-lactamase의 작용
8. 감염성 질환의 역학 (Epidemiology)
. Epidemiology은 주어진 집단내에서 질환의 원인 (determinants or etilogic agent),
발생 (occurence), 분포 및 전염 (distribution and transmission), 조절 (control)
등에 대하여 연구하는 것이다.
. 감염성 질환의 역학적 연구는 공중보건 측면에서 질병의 전염 및
조절 방법을 확립하는데 중요하다
. 감염의 사슬 (Chain of Infection)
: 원인균 (the etiologic agent), 전염과정 (the method of transmission),
숙주 (the host)의 확인
① 부착과 증식 (adherence and initial multiplication)
a) 숙주에 침입
. 호흡기를 통한 침입 : bacterial spores, M. tuberculosis
. 접촉을 통한 침입 : 피부를 통한 Staphylococcus aureus의 감염
: 상처나 성적접촉, 기구를 통한 감염
. 소화기를 통한 침입 (fecal-oral route)
: Gram negative enterics에 의한 장내감염
: Vibrio cholerae, Klebsiella.
b) 세균의 부착 및 집락 형성 (Adherence and colonization)
. body surfaces 는 액체에 의하여 늘 세척됨
: 호흡기와 소화기의 점액, 위장관 운동, 배설작용
. 세균이 숙주에서 증식하기 위하여는
: 숙주에서 자리를 정하고 그곳에서 증식하여야 한다 (adherence)
. 세균의 부착 구조물 : 세포벽이나 세포막에 결합된 단백질 (bacterial adhesins)
- fimbriae 또는 pili
: 세균이 분비하는 점액성 물질 (viscous substances)에 의한 비특이적 부착
- alginate capsule production by Pseudomonas aeruginosa
- polysaccharide slime by Staphylococcus epidermidis