사용자:Maroonyam/황색 포도상구균(Staphylococcus aureus)

황색포도상구균 (Staphylococcus aureus) (골든 스탭(golden staph)이라고도 불림)은 그람 양성, 원형의 세균으로 후벽균(Firmicutes)에 속한다. 이 세균은 우리 몸에서 정상 세균총(normal flora)으로 코, 호흡기 그리고 피부에서 종종 발견된다. 이 세균은 종종 카탈레이스(catalase)와 질산 환원(nitrate reduction) 반응에 양성이며, 통성 호기성균(facultative anaerobe)으로 산소가 있는 호기성 환경뿐만 아니라 산소가 없는 혐기성 환경에서도 자랄 수 있다. 황색포도상구균이 항상 발병시키는 것은 아니지만(그리고 공생하며 존재하는것으로 자주 발견된다), 이 세균은 농양같은 피부 감염, 부비동염같은 호흡기 감염, 그리고 식중독의 원인이 된다. 병원성 균주는 종종 강력한 단백질 독소같은 병원성 인자(virnlence factors)와 항체를 불활성화 시키는 세포표면 단백질(cell-surface protein)의 발현을 통해서 감염을 촉진한다. MRSA(메치실린저항성 포도상구균, methicillin-resistant S. aureus)같은 항생제 저항성 균주의 출현은 임상의학에서 세계적으로 문제가 되고 있다. 많은 연구개발에도 불구하고, 아직 효과가 명확히 입증된 포도상구균 백신은 없다.

황색 포도상구균은 1880년 처음으로 무릎 관절의 농양의 고름에서 스코틀랜트 애버딘의 외과의사 오그스톤(Sir Alexander Ogston)에 의해 발견됐다. 이 세균의 나중에 황색포도상구균으로 프레드리히 줄리우스 로젠바흐(Friedrich Julius Rosenbach)에 의해 이름이 수정되었는데, 그는 당시에 공식적 학술명칭 체계를 만드는 업적으로 유명한 사람이다. 인구의 20에서 30%를 장기적으로 황색포도상구균의 보균자로 추정한다. 이 세균은 피부, 콧구멍에서 정상 세균총의 일부로 발견될 수 있으며, 여성의 하부생식기에 정상적 보유균으로 존재한다. 황색 포도상구균은 다양한 질병을 일으킬 수 있는데, 사소한 피부감염으로 여드름, 농가진(impetigo), 종기(boils), 봉와직염(cellulitis), 모낭염(folliculitis), 옹(癰, carbuncles), 화상 피부 증후군(scalded skin syndrome), 농양(abscesses)등 부터 시작해서, 생명을 위협하는 질병인 폐렴, 수막염, 골수염, 심장 내막염, 독소 증후군(toxic shock syndrome), 균혈증, 패혈증 등을 일으킬 수 있다. 이 세균은 여전히 병원 원내 감염의 가장 흔한 원인 중 5가지 안에 들어가며, 주로 수술 후에 상처 감염의 원인이 된다. 매년 50만명 이상의 환자가 미국에서 이 세균을 주 원인으로 하는 감염을 이유로 병원을 찾는다. 포도상구균과 연관된 이유로 최대 5만명 정도의 환자가 매년 미국에서 사망한다.

Maroonyam/황색 포도상구균(Staphylococcus aureus)

미생물학

전형적인 포도송이 형태의 포도상구균의 그람 염색 결과: 세포벽은 크리스탈 바이올렛(crystal violet) 염색에 쉽게 염색된다.

혈액배지에서 황색 콜로니를 형성하는 황색포도상구균. 배지의 적혈구를 용혈시켜 콜로니 주위에 투명한 지역을 만든다(베타 용혈)

황색 포도상구균 S. aureus (/ˌstæfɪləˈkɒkəs ˈɔːriəs, -loʊ-/어, 그리스어 σταφυλόκοκκος,"포도송이모양 베리", 라틴어 aureus,"금색의") 은 통성 혐기성, 그람 양성 구균(원형의)인 세균으로 "황금 포도상구균" 으로도 알려져있다. 황색 포도상구균은 비운동성(非運動性, non-motile)이며, 아포(spore)를 형성하지 않는다. 의학문헌에서, 이 세균은 종종 S. aureus, Staph aureus 또는 Staph A.로 표현된다. 황색 포도상구균은 현미경에서 봤을때 포도송이 모양처럼 보이는 크고 둥근 황색 콜로니를 보이며, 혈액배지에서 배양했을 때 용혈이 관찰된다. 이 세균은 이분열을 통해서 무성생식으로 번식한다. 딸세포와의 완전한 분열은 황색포도상구균 자가용해소(autolysin)을 통해 일어나며, 이 효소의 부재나 억제는 딸세포가 서로 붙어있게 하며 덩어리 모양으로 나타난다.

S. aureus는 카탈레이즈(catalase)-양성(이는 곧 catalase 효소를 생성할 수 있음을 의미)이다. 카탈레이즈는 과산화수소(H
2O
2)를 물과 산소로 바꾼다. 카탈레이즈활성 테스트는 종종 장구균(enterococci), 연쇄상구균(streptococci) 등과 구별할 때 쓰인다. 이전에는, 황색 포도상구균을 다른 포도상구균과 구별할때 응소효소(coagulase) 테스트를 통해서 구별했다. 하지만, 모든 황색 포도상구균이 응고효소 양성인 것은 아니고, 이런 잘못된 균동정(identification)은 효과적인 치료와 통제를 저해할 수 있다.

황색포도상구균은 이름이 비슷하며 의학적으로 연관된 연쇄상 구균(Streptococcus)과는 다르다.

자연적인 유전자 형질전환은 한 세균에서 다른 세균으로 매개하는 배지를 통과해 DNA를 전달하는 재생산 과정이다. 기증자(donor) 시퀀스가 수여자(recipient) 게놈으로 상동재조합(homologous recombination)을 통해 통합된다. 황색 포도상구균은 자연적인 유전자 형질전환이 가능함이 알려져 있으나, 이는 실험적인 조건에서 매우 낮은 빈도로 일어난다. 이후의 실험들에서 자연적인 유전자 형질전환을 실질적으로 개선시킬 조건들이 제안되었으나, 아직 완전한 조건이 발견되지는 않았다.

건강에서의 역할

인간에서, 황색 포도상구균은 상부호흡기, 피부, 소화기 점막에 존재하는 정상 미생물총(微生物叢)의 일부이다.

황색 포도상구균은 비슷한 종류와 어울려 정착해서 공생하는것 처럼 있을 수 있으나, 다른 조직들을 넘어가기 시작하면서 질병을 일으킬 수 있다. 이렇게 다른 조직을 넘어가서 서식하는 것들을 잠재적 병원성균(pathobionts)이라 한다.

질병에서의 역할

이 2005 년 스캐닝 전자 현미경 (SEM)사진은 수많은 덩어리의 메티실린내성 S. aureus (MRSA) 세균을 나타낸다.

황색 포도상구균이 평소에는 공생하는 세균처럼, 인구의 30%에 아무런 증상없이 서식하고 있지만, 이것은 때때로 질병을 일으킬 수 있다. 특히, 황색 포도상구균은 균혈증(bacteremia)과 감염성 심내막염(infective endocarditis)의 가장 흔한 원인 중 하나이다. 덧붙여, 이 세균은 다양한 피부와 연조직 감염을 일으킬 수 있으며, 특히 피부나 점막이 손상된 경우에 더욱 그러하다.

황색 포도상구균 감염은 감염된 상처의 고름을 통해서 번질 수 있으며, 감염된 사람과의 피부 접촉이나 감염된사람이 사용한 타월, 침구류, 옷 또는 운동 기구 등을 통해서도 번질 수 있다. 인공관절 치환술을 하는 환자의 경우 특별히 패혈성 관절염, 포도상구균성 심내막염(심장 판막의 감염), 그리고 폐렴의 위험이 있다.

당뇨병 환자, 주사 약물 이용자, 특정 상태의 심장 치료 환자 등은 고위험군 이므로 특별히 황색 포도상구균 접촉을 피할 수 있도록 조심해야한다. 두 가지 중요 예방책으로 비누로 손을 씻는것과 목욕이나 샤워를 매일 하는 것이 있다.

황색 포도상구균은 의학적 이식에서 만성 생물막(biofilm) 감염의 중요한 원인이며, 독소를 억제시키는 것은 감염 경로의 일부이다. 

황색 포도상구균은 신체에서 발견되지 않고 휴면상태로 몇년을 있을 수 있다. 증상이 나타나면, 숙주는 2주간 전염성이 있으며, 전체 질병은 몇 주 간 지속된다. 만약 치료를 하지 않으면, 이 질병은 치명적일 수 있다.

깊이 침투하는 황색 포도상 구균은 심각 할 수 있다.

피부 감염

피부 감염의은 황색 포도상구균 감염의 가장 흔한 형태이다. 이는 다양한 형태로 나타나는데, 작은 양성 종기부터, 모낭염, 농가진, 봉와직염, 그리고 더욱 심한경우로 침습성 연조직 감염 등이 있다.

황색 포도상구균은 특히 아토피성 피부염 환자에 매우 일반적으로 퍼져있다. 특히 세균에게 비옥한 부위이며 활발한 부위인 팔꿈치, 머리카락, 두비 등에서 주로 발견된다. 이런 부위에 있는 큰 여드름 등이 찢어지는 경우 감염을 악화시킨다. 이런 경우에 심각한 경우 포도구균성열상피부증후군 (SSSS, Staphylococcal scalded skin syndrome)등이 생길 수 있으며, 이는 신생아에서 발견된다.

아토피성 피부염 환자가 황색 포도상구균이 있다고 해서 경구 항생제 처치를 바로 줘야 하는 것은 아닌데, 이런 처방이 환자에게 도움이 된다는 증거는 없기 때문이다. 아토피성 피부염과 황색 포도상구균의 관계는 아직 불분명하다.

식중독

황색 포도상구균은 식중독의 원인이 된다. 이 세균은 신체에서 식중독을 일으키는 독소들을 만들어 낼 수 있다. 이것의 배양시간은 한시간에서 6시간 정도 걸리며, 이것의 질병자체는 30분에서 3일까지 지속된다. 이 질병을 예방하는 방법으로 손을 비누로 씻거나 음식을 준비할 때 물로 씻는 방법 등이 있다. 만약 아픈 사람의 경우, 어떤 음식이든 멀리하고 밖으로 드러난 상처가 팔이나 손에 있는 경우 글러브를 끼고 음식을 준비해야 한다. 음식을 만약 2시간 이상 보관하는 경우, 음식을 60도 이상 또는 4도 이하로 보관해야 한다.

뼈와 관절 감염

황색 포도상구균은 모든 종류의 뼈, 관절 감염의 주요 원인이다. 이것은 세 가지 형태 중 하나로 나타난다. 골수염(osteomyelitis), 화농성 관절염(septic arthritis), 그리고 인공관절 수술 부위의 감염 등이다.

균혈증(Bacteremia)

황색 포도상구균은 대부분의 산업화된 나라들에서 혈관 감염의 주요 원인이다. 감염은 보통 피부나 점막의 손상과 연관되는데, 원인으로는 수술, 부상, 카테터 같은 혈관삽입 기구, 혈액투석기, 주사약물 등이 있다. 세균이 혈관을 침입하면, 세균은 여러 장기를 감염시켜, 감염성 심내막염, 패혈성 관절염, 골수염 등을 일으킬 수 있다. 이러한 질병은 매우 어리거나 매우 나이많은 환자에서 더욱 잘 발생하고 심하게 발병한다.

항생제 처치를 하지 않으면, 황색 포도상구균의 치사율은 80%정도가 된다. 항생제 처치를 할 경우, 나이나 환자의 건강 상태, 감염 균주의 항생제 저항성 등에 따라, 치사율은 15%에서 50% 정도이다. 

의학적 이식에 의한 감염

종황색 포도상구균은 신체내나 조직위에 이식된 의료장치에 형성된 바이오필름에서 종종 발견된다. 또한 다양한 종류의 바이오필름을 형성하는 칸디다 (Candida albicans) 균도 함께 종종 발견된다. 이 세균은 황색 포도상구균이 신체 조직을 침투하는 것을 돕는것으로 의심된다. 높은 치사율은 다양한 바이오필름 형성과 연관된다.

황색 포도상구균 바이오필름은 정형외과적 이식술 관련 감염에서 주요원인이다. 또한, 심장 이식, 판막 이식술, 다양한 카테터, 그리고 수술적 이식 등의 경우에도 이 세균의 바이오필름이 감염의 주요원인이 된다. 이식 이후에, 이 장치의 표면이 숙주 단백질로 코팅되면, 이것은 세균의 부착에 비옥한 표면을 제공하는것이고, 바이오필름 형성에 좋은 환경을 제공한다. 기구가 감염되면, 이것은 완전히 제거되어야 하는데, 바이오필름은 항생제 처치로는 제거될 수 없기 때문이다.

현재 황색 포도상구균 바이오필름 매개 감염을 위한 치료로 감염기구의 수술적 제거와 그 이후 항생제 처치가 있다. 전통적인 항생제 처치만으로는 이러한 감염에 효과적이지 않기 때문이다. 수술이후 항생제 처치에 대한 대안으로 항생제가 들어간, 녹는 형태의 칼슘 황산염 비드가 있는데, 이것을 수술적 장치와 함께 이식하는 것이다. 이 비드는 초기 감염을 막기 위해 원하는 위치에서 고농도로 항생제를 방출한다.

황색 포도상 구균 바이오필름에 대한 새로운 처치로 나노 실버 입자, 박테리오파지, 식물유래 항생 물질 등이 연구되고 있다. 이러한 물질들은 바이오필름안에 있는 황색 포도상구균에 대해 억제 효과가 있는것을 보였다. 어떠한 종류의 효소들은 바이오필름을 분해하는 능력을 보였으며, 이런 것들은 항생제와 함께 바이오필름 분해에 이용될 수 있을 것이다.

동물 감염

황색 포도상구균은 개, 고양이, 말, 그리고 닭의 발혹(bumblefoot)에서 살아남을 수 있다. 몇몇은 보건 관련 종사자의 개는 질병 발병 시기에 항생제 저항성 황색 포도상구균의 발생에 중요한 원인으로 고려되어야 한다고 본다.

황색 포도상구균은 젖소의 유방염의 원인 중 하나이다. 이 세균의 큰 다당류 캡슐은 소의 면역 방어기작에 의한 세균 인식으로부터 보호해준다.

== 독성 요소 ===== 효황색 포도상구균은 응고효소(coagulase)같은 다양한 효소를 생산하는데, 이는 혈장을 응고시켜 세균 세포를 코팅시켜 식균작용(phagocytosis)을 막는 것으로 보인다. 히알루로니다제(hyaluronidase)는 히알루론산(hyaluronic acid)을 분해하며, 이것이 퍼지는 것을 돕는다. 황색 포도상구균은 DNA분해효소(deoxyribonuclease)를 또한 생산하는데, 이것은 DNA를 분해하고, 지방분해효소(lipase)는 지질을 분해하며, 스타필로키나아제(staphylokinase)는 피브린(fibrin)을 분해하고 이것이 퍼지는 것을 도우며, 베타 락타마아제(beta-lactamase)는 약물 저항성과 연관된다.

독소

균주에 따라, 황색 포도상구균은 여러가지 외독소를 분비 할 수 있는데, 이는 세 그룹으로 구분된다. 많은 독소들은 특정 질병과 연관된다.

초항원(Superantigens)

초항원(superantigen)으로 알려진 항원들은 독성쇼크증후군(toxic shock syndrome(TSS))을 일으킬 수 있다. 이 그룹의 독소로 TSST-1, 엔테로 톡신 타입 B(enterotoxin type B)등이 있는데 이것들은 탐폰 사용과 연관되어 독성쇼크증후군을 일으킨다. 독성 쇼크 증후군(TSS)의 특징으로는 발열, 홍반성 발진, 저혈압, 쇼크, 다발성 장기부전, 피부 벗겨짐 등이 있다. TSST-1에 대한 항체가 없는것은 TSS 발병에 한 역할을 한다. 다른 포도상구균 균주는 엔테로톡신(enterotoxin)을 만드는데, 이것은 위장계 염증을 일으키는 물질이다. 이런 종류의 위장염은 자기 제한적이며, 섭취 이후 1~6시간 이후 구토와 설사를 하고 8~24시간 이내에 회복을 특징으로 한다. 증상으로는 메스꺼움, 구토, 설사, 그리고 주요 복부의 통증 등이 있다.

탈락 독소(exfoliative toxins)

탈락 독소설명

다른 독소

포도상구균의 독소중에 세포막에 작용하는 것으로 알파독소, 베타독소, 델타독소, 그리고 몇몇 이성분 독소(bicomponent toxins) 등이 있다. 황색 포도상구균 균주는 박테리오파지(phage)를 가지고 있을 수 있으며, 예로 병원성을 증가시키는 팬톤-발렌타인 류코시딘(PVL)을 생산하는 프로파지(prophage) Φ-PVL이 있다. 이 이성분 PVL은 소아에서 심각한 괴사성 폐렴과 관련된다. PVL의 구성성분들을 부호화하는 유전자는 박테리오바지에 부호화되며 이는 공동체-연관(community-associated) MRSA 균주에서 발견된다.