Spore Forming Bacteria
Spore Forming Bacteria
Bacillus
‧ 물, 토양등 자연계 어디서나 존재하는 그람양성 세균
: 일부는 사람 장의 normal flora
: 대부분의 Bacillus는 harmless saprophytes이나
: B.anthracis와 B. cereus는 질병과 관련이 있다.
‧ 호기성 세균으로 환경조건이 나쁠 때, endospore 형성
‧ Bacillus anthracis는 사람의 병원균으로 anthrax (탄저병)을 유발
: Bacillus anthracis는 가축의 질병
1. Bacillus anthracis
‧ 1870년, Koch에 의하여 밝혀진 최초로 밝혀진 병원성 세균으로 (Koch's postulation)
: 병소에서 세균을 분리하고,
: 배양하며,
: 다시 동물에 주사하여 같은 질병을 유발하고,
: 그 병소에서 세균을 분리해야 한다.
그림) Koch의 탄저균 original micrographs
‧ 1881년, Pasteur
: attenuated Bacillus anthracis strain의 분리하여 vaccine 개발
1) 모양및 성질
‧ 그람 양성의 간균 으로 운동성이 없다
‧ 포자 (내생포자, 芽胞, spore)를 생성 (spore former)
: 성장조건이 나쁜 colony의 중앙부위에서 형성 (그림)
2) 성장및 생리
‧ aerobic이며, nutrient agar에서 잘 자란다
‧ blood agar plate에서 협막을 형성
‧ spore는 heat, chemical disinfectant에 저항성이 크다
3) 항원 구조
‧ 단백질성 capsular antigen
‧ cell wall polysaccharides
‧ anthrax toxin
: plasmid (pOX1)에 의해 생산되는 exotoxin
4) virulence factor
‧ capsule formation
: poly-D-glutamate polypeptide
: 식균세포의 작용에 저항하도록 하여 감염의 시작에 중요
‧ exotoxin production
: Factor I은 edema factor (EF)로 부종을 유도 (adenylate cyclase)
: Factor II는 protective antigen (PA)으로 수용체 결합 (receptor binding)
: Factor III는 lethal factor (LF)로 독소의 치사작용
‧ spore formation
5) Pathogenesis
‧ anthrax (탄저병)
: 가축과 같은 동물의 질병 (epizootic)
: 죽은 동물이나 동물의 분비물의 접촉에 의해 우연히 사람에게 감염
‧ 네가지 종류의 탄저병
a) cutaneous anthrax
: 목, 얼굴등의 피부에 spore가 발아하여 농포 (malignant pustule)를 형성
: 검은 가피 (eschar)로 발전
b) inhalation (pulmonary) anthrax
: spore가 있는 먼지를 많이 마신 경우 발생
: 출혈성 페부종을 거쳐 흉막 삼출로 발전
c) intestinal anthrax
: 감염된 고기를 섭취한 경우 발생
: gastroenteritis
d) oropharyngeal antrax
: tonsilar ulcer와 pseudomembrane을 유발
6) Diagnosis
‧ 피부 손상을 도말하여 확인
‧ blood로 부터 세균을 배양한 후, 확인
7) treatment
‧ 항생제 처리
: ciprofloxacin, penicillin, erythromycin, chloramphenicol, tetracyclin등을 정맥주사
‧ pulmonary anthrax의 경우는 항생제 투여와 항독소 투여를 병행
8) prevention
‧ spore가 토양중에서 수년간 생존
: 죽은 동물을 태우거나 묻는다
‧ endemic area에서는 동물의 예방주사도 필요
: 감염의 가능성이 높은 사람은 예방접종
‧ Anthrax와 생물학전 (Biological Warfare)
: B. anthracis 포자는 건조형태로 만들 수 있고, 수십년 보관되며, 공기 중으로 전염
2. Bacillus cereus
‧ 병원성 이외에는 Bacillus anthracis와 구별이 어렵다
‧ opportunistic human pathogen
: enterotoxin에 의한 식중독으로 인한 설사, 구토 (food poisoning)
: 곡물류, 야채, 유제품등의 부적절한 냉장으로 발생
Clostridium
‧ 그람 양성의 spore를 만드는 혐기성의 간균
‧ 토양이나 동물이나 사람의 장에 서식
‧ gas gangrene, botulism, tetanus 등의 사람 질병을 유도
‧ 다양한 종류의 유기물을 발효하여 butyric acid, acetic acid, butanol , acetone을 생산하며, 많은 양의 가스 (CO2, H2)를 생산
: 자연계에서 biodegradation과 carbon cycle에서 역할
: 사람 감염에서 침입과 질병발생과 연관
‧ 대부분이 토양미생물 (saprophytes)이며 일부가 human pathogen
: Clostridium tetani, Clostridium perfringens, Clostridium botulinum
1. Clostridium perfringens
‧ 조직에 침투하여 독소를 생산하고 발효하여 가스를 생성한다
: 가스괴저병 (gas gangrene)
1) 모양및 성질
‧ 운동성이 없는 그람양성 간균으로 혐기성세균이며 포자를형성한다
: aerotolerant
‧ blood agar plate에서 배양하며, 당을 발효하여 acetic acid와 butyric acid를 생산
: 가스를 생산
2) virulence factor
‧ exotoxin
: 11가지 이상의 독소들로
: necrotic, hemolytic, lethal
3) Pathogenesis
a) 조직독성 질환 (histotoxic disease)
‧ 창상감염 (wound infection)
: anaerobic cellulitis (봉와직염, 피하소성결합조직의 염증)
: gas gangrene (가스괴저병)
: 근육에 까지 나타난 lethal infection
: spore의 발아와 독소의 생성으로 인하여,
: 부종성 액체와 수소가스가 생성되어, 조직 손상
‧ 자궁감염 (uterine infection)
: 자궁벽 괴사와 고열
: 패혈성 유산과 장시간 진통을 유도
‧ 드물게, bacteremia, necrotizing pneumonia, meningitis를 유발
b) 독소성 질환 (enterotoxigenic disease)
‧ 식중독 (food poisoning)
: 오염된 음식물의 섭취
: type A Clostridium perfringens
‧ enteritis necroticans (괴사성장염)
: 소장의 괴사
: type C Clostridium perfringens
‧ antibiotic associated diarrhea
: 항생제 복용으로 나타나는 가벼운 설사
: Clostridium difficle
4) Diagnosis
‧ 세균을 분리하여, 모양 및 성질을 비교
: blood agar plate나 egg yolk agar plate에서 배양한 후,
: 용혈반응이나 효소활성을 측정
‧ gas chromatography를 이용하여 butyric acid 생성을 확인 (그림 46-1)
‧ serological test
5) Treatment
‧ 오염된 상처조직을 제거하고,
‧ 항생제를 과량 정맥 주사
: penicillin, clindamycin, chloramphenicol, metronidazole
‧ oxygen tank의 이용
‧ polyvalent antitoxin treatment
2. Clostridium botilinum
‧ botilism의 원인균
: 음식물에 이미 형성된 독소를 섭취하여 생긴 식중독
: 고기통조림이나 소세지
1) 모양및 성질
‧ 토양이나 동물의 소장에 서식하는 그람 양성의 포자형성 혐기성 세균
‧ botulinum이라는 독소를 생산
: 면역학적 성질에 따라 8 가지 형이 있다
: type A에 의해 주로 질병이 발생
‧ spore는 어느 정도 열에 안정하나 독소는 열에 불안정
2) Botulinum Toxins
‧ 파상풍 독소와 유사하나 그 작용결과가 다르다.
‧ Botulinum 독소는 neurotoxin으로 주로 말초신경에 작용 (peripheral nervous system)
: neuromuscular junction 에 작용하여 마비를 유도
: 알려진 독소 중에 가장 강력하다
‧ 150 KDa 정도의 단백질
: 장의 단백질 분해효소에 의해 분해되어 독소의 작용을 나타낸다
: H chain (수용체의 역할)
: L chain (독소활성 부위)
3) Pathogenesis
‧ 독소를 가지고 있는 식품을 섭취함으로서 시작
: 독소는 위산이나 소화효소에 의해 불활성화 되지 않는다
‧ 장에서 흡수되어, 혈액을 따라 근신경말단 (neuromusclar junction)이나 말초자율신경절에 도달한다
: H chain에 의해 독소가 세포내로 들어가고,
: 세포에서 acetyl choline의 방출이 억제
: 마비를 유발
‧ 보툴리즘식중독 (Food-borne Botulism)
: preformed clostridial toxin를 섭취하여 생기는 질병
: 독소가 장에서 흡수되어 혈액을 통하여 신경에 전달
: 신경절의 presynaptic stimulatory terminal에서 neurotransmitter acetylcholine 방출을 억제
: weakness, dizziness, nausea, vomiting
: 시력감퇴, 동공의 확산, 연하불능, 언어장애, 배뇨곤란, 호흡장애 등의 신경증상이 나타난다
‧ wound botulism (창상 botulism)
: 드문 질병이나, 정맥용 마약 사용자에서 발생
‧ infant botulism
: 2-36주 정도의 유아들에서 꿀을 복용했을 때 발생
: sudden infant death와 연관
5) Diagnosis
‧ 독소의 작용을 관찰
: cell free extract를 생쥐에 주사하여 생쥐 치사를 관찰
‧ antitoxin을 이용한 neutralization을 관찰
6) Treatment
‧ antitoxin을 투여
‧ 관장 (enemas), 하제 투여 (cathartics), gastric lavage등을 이용하여 독소를 씻어낸다
‧ wound botulism의 경우 penicillin을 투여
7) prevention
‧ 가정에서 캔식품을 만든 경우 섭취 전에 반드시 끓여먹는다
‧ 보존재로서 sodium nitrite를 사용한다
‧ polyvalent toxoid vaccine의 접종
3. Clostridium tetani
‧ 경련성 근육마비 증세를 보이는 파상풍 (tetanus)의 원인균
: 높은 치사율
‧ 약독소 (toxoid) 백신의 보급으로 그 발생이 줄어듬
1) 모양및 성질
‧ anaerobic gram positive rod
‧ 세포의 끝 부분에 포자형성
‧ 토양이나 동물의 배설물에 존재
2) 독소
‧ botulinum 독소보다 약간 약한 치사 독소
: plasmid에 의해 만들어지며, 약 150 KDa정도의 단백질
‧ 신경세포의 ganglioside에 결합하여, inhibitory neurotransmitter의 방출을 방해
: glycine과 γ-amino butyric acid
: spinal motor neuron의 정상적인 억제가 불가능하여 근육의 경련성 마비
3) Pathogenesis
‧ C. tetani spore에 오몀된 small puncture wound에 의하여 감염
: 대개의 경우 염증반응 정도로 진행되나, 상처부위의 국소적인 산소분압이 낮아지면,
: Clostridium tetani가 성장하여, 독소를 생산
‧ 독소가 신경을 따라 중추신경계로 침투하면, 전신성 파상풍이 발생
‧ 수의근의 통증성 경련과 경직이 유도
4) Disease
‧ 전신성 파상풍 (generalized tetanus)
: 개구불능 (lockjaw), 연하불능 등등
: 호흡곤란으로 사망까지 가능
‧ 국소 파상풍 (localized tetanus)
: 감염된 부위의 국소적인 spasm
5) Diagnosis
‧ 임상적 관찰
6) treatment, prevention
‧ 조속한 antitoxin treatment
: equine antitoxin
: human tetanus immunoglobulin (TIG)
‧ antitoxin 처치 후, 상처부위를 수술하여 제거
‧ 근육의 spasm을 경감하기 위하여 근이완제도 투여
‧ toxoid vaccine에 의한 예방법
: DPT
: 생 후 2, 4, 6 개월, 1년, 취학시 한번씩 접종
: 그 후 매 10년에 한번씩 DT를 접종