Staphylococcus는 스타필로코커스 [stæ̀filoukɑ́kǝs] 라고 발음하고, 우리말로는 포도알균 (포도상구균)입니다.
Staphylococcus genus (속(屬))에는 S. aureus, S. epidermidis, S. haemolyticus 등의 species (종(種))이 속해 있습니다.
이 글은 Staphylococcus (포도상구균, 포도알균) 전반에 대하여 다루는데, 황색포도상구균 (황색포도알균, S. aureus)이 중요하므로 주로 다룹니다.
※ 요약
Gram positive cocci, catalase 양성
coagulase 양성: S. aureus
coagulase 음성: coagulase negative staphylococci (CNS, CNoS; S. spidermidis 등)
포도알균은 그람 양성 알균 (Gram positive cocci)이고, 현미경으로 관찰 시 여러 방향으로 불규칙하게 분열하여 특징적인 포도송이 모양의 배열을 보입니다.
Staphylococcus (포도알균, 포도상구균)는 일부 드문 경우 빼고는 catalase 양성인데, 이것이 사슬알균 (streptococci), 장알균 (enterococci) 등 다른 그람 양성 알균과의 차이점입니다.
포도알균의 크기는 0.5~1.5 mm입니다.
조건무산소성입니다.
사진과 같이 포도모양으로 뭉쳐서 자라고, 운동성이 없고, 아포를 형성하지 않습니다.
대부분의 배지에서 쉽게 배양되고 blood agar plate (BAP. 혈액배지)에서 용혈을 일으킬 수 있습니다.
집락 (colony)의 크기는 18~24시간 배양 후 1~3 mm정도로 약간 큰 편이고 4~6 mm정도로 크기도 합니다.
색은 옅은 노란색, 미백색입니다.
염분이 높은 환경에서도 자랄 수 있는데, 음식물에서 쉽게 자라서 식중독의 원인이 될 수 있습니다.
이러한 특성을 이용하여 감별하는데에 6.5% NaCl 포함 배지를 사용하기도 합니다.
Staphylococcus aureus (황색포도알균, 황색포도상구균)
S. aureus는 피부연조직감염, 창상감염, 농, 폐렴, 패혈증 등을 일으킵니다.
의료기관 감염에서 중요합니다.
S. aureus의 병독소는 협막다당질 (capsular polysaccharide), 펩티도글리칸 (peptidoglycan), protein A, catalase, coagulase, fibrinolysin, lipase 등의 효소, 용혈소 (hemolysin), enterotoxin A, B, C, D, E, exfoliative toxin 등의 단백질 독소, 독성쇼크증후군독소 (toxic shock syndrome toxin-!; TSST-1) 등이 있습니다.
S. aureus는 병독성이 강하여 각종 감염의 원인균으로 중요하지만, 정상인의 10~35%에서 비강 내에 영구적으로 집락화되어 있으며 피부의 다양한 부위에서 정상균무리로 있을 수 있습니다.
의료인은 50~90%가 S. aureus를 가지고 있다는 보고가 있습니다.
황색포도상구균 (황색포도알균) 감염은 매우 흔하여 임상 검체에서 분리되는 병원균의 25%정도를 차지합니다.
S. aureus 감염은 가벼운 피부감염부터 치명적인 패혈증까지 다양합니다.
종기, 모낭염 등의 피부연조직감염, 화농성 관절염, 골수염, 중이염, 수술 후 창상감염, 균혈증, 심내막염, 폐렴 등을 일으킬 수 있습니다.
* 황색포도상구균과 식중독
황색포도알균이 생성한 독소에 의한 질환은, 이 세균 자체에 의한 감염증과는 달리 독소에 노출되고 몇 시간 이내에 증상이 빨리 나타납니다.
황색포도상구균은 염분이 있는 음식에서도 잘 자라는데, 음식물 1g당 100000개 이상의 세균이 배양되면 식중독을 일으키기에 충분한 장독소 (enterotoxin)이 생성됩니다.
이 장독소는 30분간 끓여도 완전히 파괴되지가 않습니다.
장독소를 먹으면 잠복기 30분~8시간 이후 설사, 구토, 복통 등의 특징적인 식중독 증상을 일으킵니다.
소아에서는 표피용해독소인 exfoliative toxin A/B를 생성하는 S. aureus의 국소감염에 의해 staphylococcal scalded skin syndrome (SSSS)이 나타나기도 합니다.
SSSS는 소아에서 갑자기 발병하여 발진, 수포, 기피형성 3단계를 거쳐서 치유됩니다.
* 독성쇼크증후군 (toxic shock syndrome)
이는 발열, 발진, 저혈압, 1~2주 후 나타나는 피부탈락 등과 함꼐 구토, 설사, 두통, 결막염, 근육통, BUN/Creatinine 증가, 간수치 증가 등을 보입니다.
대부분 toxic shock syndrome toxin-1 (TSST-1)이 원인이고 간혹 장독소 B, C에 의해서도 발생합니다.
독성쇼크증후군은 임상적으로 진단할 수 있습니다.
이는 특정 부위에서 국소적으로 증식한 황색포도알균에서 생성된 독소에 의한 것이므로, 탐폰 사용 젊은 여성, 수술 후 창상 또는 국소 감염 부위를 가진 환자에서 발생할 수 있는데 흔한 것은 아닙니다.
* 메티실린 내성 황색포도상구균 (methicillin-resistant S. aureus, MRSA)
MRSA는 의료기관 감염의 원인균 중 특히 중요합니다.
MRSA는 임상적으로 널리 쓰이는 모든 β-lactam (베타락탐) 항균제 (항생제)에 내서입니다.
MRSA에 의한 폐렴, 균혈증 등의 심각한 감염이 생긴 경우, 항균제로 glycopeptide 계열 (vancomycin, teicoplanin 등)이나 linezolid 등을 사용해야 하므로 항균제 선택이 어려울 수 있습니다.
Panton-Val-entine-Leukocidin (PVL)과 여러 staphylococcal enterotoxin을 생성하며 피부 연부조직 감염을 일으키는 지역사회 MRSA (community-acquired MRSA, CA_MRSA)도 있습니다.
Coagulase-negative staphylococci (CNS, CoNS)
CNS는 응고 효소 (coagulase)에 음성인 포도알균을 묶어서 부르는 말입니다.
CoNS는 다양한 균종으로 이루어져 있는데, 피부정상균무리가 대부분이지만 면역억제환자나 카테터 등 침습적인 기구를 가지고 있는 환자에서는 감염을 일으킬 수 있습니다.
S. epidermidis, S. haemolyticus, S. saprophyticus, S. lugdunensis, S. hominis, S. warneri 등이 CNS에 속합니다.
S. epidermidis (에피더미디스. 표피포도알균)는 카테터 연관 감염증에서 자주 분리되는 세균으로, 균혈증, 심내막염, 창상감염도 일으킵니다.
S. haemolyticus는 균혈증, 복막염, 요로감염을 일으킵니다.
S. saprophyticus는 가임기 여성에서 요로감염을 일으킵니다.
S. lugdunensis는 심내막염, 카테터감염, 연조직감염을 일으킵니다.
Staphylococcus (포도알균, 포도상구균) 검사, 진단
검체 선택
환자의 증상 (감염 양상)에 따라 적절한 검체를 채취해야 합니다.
피부상재균이므로 검체 채취 시 주의해야 합니다.
배양 (culture)에서 자란 경우 검체가 피부상재균에 의해 오염되었을 가능성을 항상 염두에 두어야 합니다.
포도알균이 분리된 것이 환자의 임상 양상과 맞는지 증상에 맞추어 의미를 판단해야 합니다.
동일한 균종의 CNS가 두 개의 혈액배양에서 분리되고 항균제 감수성 결과가 동일하면 병원균일 가능성이 높습니다.
S. aureus (황색포도알균, 황색포도상구균)가 분리되는 경우 감염의 원인균으로 임상적인 의미를 갖는 경우가 많습니다.
포도알균 배양 (culture) 조건
포도상구균은 혈액배지에 접종하는 일반적인 방법으로 배양이 잘 됩니다.
35도씨에서 18~24시간동안 배양합니다.
S. aureus (황색포도알균, 황색포도상구균)는 mannitol을 발효시키고 6.5% NaCl에서도 자라는 특성이 있어서 mannitol salt agar를 S. aureus의 선택배지로 사용하는 경우가 많습니다.
발색반응을 관찰하는 배지를 사용하면 검출 민감도, 특이도가 높습니다.
포도알균 동정 (identification, ID)
그람 염색 (Gram stain)에서 그람양성알균이 포도송이 모양으로 뭉쳐져 있는 특징적인 형태를 관찰합니다.
특징적인 균집락 (colony) 형태와 그람염색 양상을 보이는 집락을 따서 catalase 검사를 시행합니다.
Catalase 검사는 슬라이드에서 3% 과산화수소 (H2O2)와 반응시키켜서 기포가 관찰되는지 (양성) 확인하는 것입니다.
Catalase 양성이면 포도알균이라고 확인할 수 있습니다.
이후 coagulase 검사를 해서 S. aureus인지 CNS인지 감별합니다.
Coaguase 검사
Coagulase 시험의 표준 검사 방법은 tube coagulase 방법입니다.
EDTA 처리된 토끼 혈장에 균주를 접종하고 35도씨 배양기에서 배양하여 응괴가 생기는지 관찰합니다.
일단 4시간 배양하여 응괴가 생기면 양성으로, S. aureus로 생각합니다.
음성이면 18~24시간 후에 다시 관찰합니다.
4시간 당시에 응고된 혈장이 시간이 지나며 용해되는 경우가 있기 때문입니다.
S. aureus의 세포막에는 혈장의 fibrinogen과 반응하여 균의 응집을 유도하는 clumping factor가 있습니다.
유리슬라이드에서 S. aureus와 혈장을 반응시켜서 응집이 있는지 바로 확인하는 slide 방법의 coagulase 시험도 있습니다.
하지만 이 방법으로는 S. lugdunensis, S. schleiferi 등의 일부 CNS도 양성으로 나타납니다.
S. aureus는 catalase 양성, coagulase 양성, mannitol 발효 양성, DNase 양성입니다.
S. saprophyticus는 novobiocin 항균제 내성입니다.
포도알균의 동정은 위와 같이 다양한 생화학적 검사로 확인할 수 있습니다.
Staphylococcus의 항균제 감수성 (susceptibility)
우리나라에서 분리되는 포도알균은 90% 이상에서 penicillin 내성 (resistant)이며 β-lactamase를 생성합니다.
원래는 methicillin, oxacillin 등의 β-lactam (베타락탐) 계열의 항균제는 β-lactamase에도 안정적이라 (불활성화되지 않아) 사용할 수 있어야 하지만, methicillin, oxacillin에 대해서도 내성인 MRSA의 비율이 70%정도로 높습니다.
MRSA는 mecA 유전자를 가지고 있는데 (mecC도 알려짐), 모든 베타락탐 항균제와 거의 결합하지 않으면서 세포벽을 합성할 수 있는 새로운 penicillin 부착단백질인 PBP2a를 생성하여 모든 베타락탐계열 항균제에 대해 내성을 보이게 됩니다.
포도알균 항균제 감수성 검사 (antibiotics susceptibility test)에서 penicillin, oxacillin을 검사하면 다양한 베타락탐 항균제에 대한 감수성을 알 수 있습니다.
MRSA는 의료기관 감염의 주요 원인균이고 3차병원에서 분리되는 전체 S. aureus 중 70%를 차지합니다.
MRSA가 증가하면서 이를 치료하기 위해 glycopeptide 계열의 항균제 (vancomycin, teicoplanin)사용이 늘어나면서 VISA, VRSA가 증가하고 있습니다.
VISA는 vancomycin-intermediate S. aureus의 약자로, vancomycin에 감수성이 MIC 4~8 μg/mL로 저하된 균주입니다.
VRSA는 vancomycin-resistant S. aureus의 약자로, vancomycin resistant enterococci (VRE. 반코마이신 내성 장알균)로부터 고도 내성 유전자를 전달받은 균주입니다.
이러한 내성균이 치료를 어렵게 하고 있습니다.
포도알균 항균제 감수성 검사 방법, 판독
디스크법은 Mueller-Hinton agar에서 시행합니다.
액체배지희석법은 cation-adjusted Mueller-Hinton agar에서 시행합니다.
보통 16~18시간 후에 판정하는데, methicillin 내성은 24시간 후에 판독해야 정확합니다.
MRSA를 확인하기 위해서는 말그대로라면 methicillin을 사용할 것 같지만 쉽게 변질됩니다.
그래서 oxacillin을 많이 사용해 왔습니다.
최근에는 oxacillin보다 민감도, 특이도가 높은 cefoxitin을 사용하여 MRSA를 판정합니다.
유전자 검사로는 mecA 검사를 사용해왔으나 mecC 유전자도 대두되었습니다.
Reference
Laboratory medicine, 5th ed.
* 학명은 기울임꼴 (italic. 이탤릭체)로 써야 합니다.
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