등록일2014-11-06
Clostridium difficile 에 대한 저항성을
증가시키는 장내 미생물
: Clostridium scindens
포유동물의 위장관에는 건강에 기여하는 많은 미생물들이 존재한다.
그러나, 항생물질의 투여로 인해 이러한 미생물 군락이 파괴되고,
장관 병원균에 대한 감수성이 증가하게 된다.
이러한 병원균 중에서도 C.difficile 은
항생제 사용 중 또는 사용 후 나타나는
설사 및 위막성 장염의 주된 원인균이다.
이러한 C.difficile 을 물리치기 위하여
어떤 미생물이 C.difficile 에 저항성을 가지고 있는지 명확하지 않았으나,
Clostridium scindens 라는 미생물이
C.difficile 에 대한 저항성을 가지고 있으며,
C.scindens 에 의해 만들어지는 2차 담즙산이
C.difficile 에 대한 저항성을 갖는 다는 내용이 Nature 지에 발표되었다.
C.difficile 은 포자를 형성하는 그람 양성 혐기성 세균으로서,
흔한 세균 중 하나이며, 사람의 장관에서 생존할 수 있다.
건강한 사람은 이 세균이 아무 증상을 일으키지 않지만,
일부 환자들에게는 항생제 투여 시의
설사, 대장염 및 위막성 대장염의 원인으로서,
사망까지 초래하기도 한다.
최근 항생제 투여에 의한 C.difficile 에 의한 감염증 (CDI)이
전세계적으로 문제가 되고 있는데,
북미와 유럽을 포함하여 국내에도 그 발생률이 증가하고 있다.
대변 세균총 이식
C.difficile 감염증에 일반적으로
metronidazole과 vancomycin을 투여하지만
중증이거나 다발성 재발일 경우에는 치료 성공률이 낮아진다.
난치성 또는 다발성 CDI의 경우
다른 사람의 변을 이식하는 대변 세균총 이식법이
효과가 있다는 것은 이미 알려져 있다.
그러나, 대변 세균총 이식을 통한 C.difficile 증식 억제에 대하여
구체적인 메커니즘은 명확하지 않기 때문에,
과학적으로 입증해야 할 사항이 많다.
쥐에서 항생물질 투여 시
C.difficile 에 저항성인 미생물
C.difficile 에 저항성인 미생물을 확인하기 위하여
쥐에게 항생물질인 clindamycin, ampicillin, enrofloxacin을
각각 3일간 투여한 후 중단하고,
이후 1일, 6일, 10일, 14일 및 21일에 C.difficile 로 감염시킨 후,
24시간 후에 장내 미생물을 조사하였다.
[그림 1] 쥐에서 C.difficile 감수성을 확인하기 위한 시험 모델
C.difficile 에 대한 저항성을 갖는 미생물을 확인하기 위하여
분변을 채취하여 OTU(operational taxonomic units)를 분석하였으며,
11가지 미생물의 OTU가 C.difficile 의 감염 저항성과 관련이 있었다.
[그림 2] C.difficile 에 대한 감수성과 미생물 OTU와의 관계
(상위 11개의 OTU가 C.difficile 의 감염 저항성을 가짐)
쥐와 사람에서 공통적인
C.difficile 저항성 미생물 : C.scindens
사람에서도 골수이식환자를 대상으로
C.difficile 저항성을 갖는 미생물에 대해 평가하였다.
골수이식환자들은 metronidazole 투여와 함께
항암화학요법 또는 방사선 치료를 하는 환자 24명을 대상으로 하였다.
24명의 환자 중 12명은 C.difficile 감염증을 나타내었으며,
나머지 12명은 C.difficile 을 보유하고는 있지만,
감염증을 나타내지는 않았다.
사람과 쥐에서의 분석을 통하여,
공통적으로 C.difficile 에 대한 저항성을 갖는 OTU는
C.scindens 와 C.populeti 이었으며,
그 중 가장 강력한 것은 C.scindens 이었다.
[그림 3] 사람과 쥐의 장내 미생물 중 C.difficile 과 강력한 상호작용을 갖는 미생물 종들
(C.scindens 와 C.populeti 가 사람과 쥐에서 공통적으로 저항성을 가짐)
쥐에서 C.difficile 저항성 미생물 주입을
통한 저항성 평가
사람과 쥐에서의 분석을 통하여 C.difficile 저항성과 관련된 미생물을
쥐에 주입하여 C.difficile 에 대한 저항성을 재확인 하였다.
쥐에는 사전에 항생제를 처리하였다.
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시험군 |
주입 미생물 |
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Vehicle 군 |
Phosphate buffered saline |
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4종의 미생물 투입군 (1,000,000 cfu) |
Clostridium scindens Barnesiella intestihominis Pseudoflavonifractor capillosus Blautia hansenii |
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C.scindens 투입군 (1,000,000 cfu) |
Clostridium scindens |
시험 결과, vehicle 투여군 대비
4종의 미생물 투입군과 C.scindens 단독 투입군에서
C.difficile 감염과 사망률이 유의적으로 감소되었다.
[그림 4] (상) 각각의 시험군 투입에 따른 C.difficile 의 colony forming unit
(하) 각각의 시험군 투입에 따른 시험 동물의 사망률 (%)
그러나, 4종의 미생물 투입군 중에서 C.scindens 를 제외하고
미생물 각각을 투여한 군에서는 C.difficile 에 대하여
유의적인 저항성을 보이지 못하였다.
[그림 5] C.scindens 를 제외한 개별 미생물 투입에 따른 C.difficle 의 colony forming unit
C.scindens 가 C.difficile 억제 효과를
나타내는 기전 : 2차 담즙산의 합성
C.scindens 는 장내 미생물 중에서 특이하게 2차 담즙산을 생성하는데,
C.difficile 억제 효과도 이러한 생합성 능력에 의한 것으로 예상되었다.
생산량이 유의적으로 높은 결과를 보였다.
[그림 6] (상) 각각의 시험군 투입에 따른 상대적인 lithocholic acid의 양
(하) 각각의 시험군 투입에 따른 상대적인 deoxycholic acid의 양
LCA 및 DCA와 같은 2차 담즙산은
C.difficile 을 농도 의존적으로 억제하였으나,
1차 담즙산은 C.difficile 을 유의적으로 억제하지 못하였다.
[그림 7] (좌) Deoxycholic acid의 농도에 따른 C.difficile 의 성장 억제
(우) Lithocholic acid의 농도에 따른 C.difficile 의 성장 억제
결론 : C.scindens 는 2차 담즙산을
생성함으로써 C.difficile 을 감소시킴
C.scindens 가 host의 담즙산으로부터
C.difficile 을 억제하는 2차 담즙산을 합성함으로써
C.difficile 에 대한 저항성을 갖는 것으로 보였다.
C.scindens 와 같이 C.difficile 을 억제하는 미생물들과
그 작용기전이 밝혀지면
꺼림직한 대변 세균총 이식 없이
C.difficile 감염증을 효과적으로 치료할 수 있을 것이다.
다만, 2차 담즙산이 위장관의 암 발생과 관련이 있기 때문에,
앞으로도 주의 깊은 연구가 필요하다.
참고문헌)
Charlie G. Buffie, Vannie Bucci, Richard R. Stein et al. Precision microbiome reconstitution restores bile acid mediated resistance to Clostridium difficile. Doi:10.1038/nature13828