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유전자 분석에 의한 국내와 해외유입 삼일열 말라리아 환자 발생 감별 사례 보고
  • 작성일2011-01-07
  • 최종수정일2012-08-25
  • 담당부서감염병감시과
  • 연락처043-719-7173

     

유전자 분석에 의한 국내와 해외유입
삼일열 말라리아 환자 발생 감별 사례 보고
Study of the genetic discrimination between imported and autochthonous cases
of malaria in Korea

질병관리본부 국립보건연구원 면역병리센터 말라리아기생충과
김정연
 


Ⅰ. 들어가는 말
  말라리아는 열원충(genus Plasmodium)에 속하는 원충이 적혈구에 감염되어 발생하는 질환이다. 사람에서 발생하는 말라리아 유형은 주로 열대열원충(P. falciparum), 삼일열원충(P. vivax), 사일열원충(P. malariae), 난형열원충(P. ovale) 등 4종이다. 이 중에서 삼일열 말라리아가 빠르게 전파되고 발생 지역이 가장 넓게 분포하고 있을 뿐만 아니라 최근에는 항말라리아 약제인 클로로퀸 내성의 급속한 증가[1]와 함께 이주나 여행 등으로 비유행 지역까지 말라리아의 확산위험이 증가하고 있다[2].
  우리나라는 1980년대 후반 공식적으로 말라리아 퇴치를 선언한 바 있으나 1993년을 기점으로 말라리아가 재유행하기 시작하여 현재까지 증가와 감소를 반복하며 지속적으로 발생하고 있다. 대부분 환자는 늦봄에서 초가을까지 모기 발생시기에 제한적으로 발생(seasonal prevalence)하는 양상을 보이나 최근에는 국제화 및 기후변화 등의 영향으로 국내에서 발생하는 말라리아 환자 이외에도 해외에서 감염된 후 유입되어 들어오는 말라리아 환자의 비중이 점차 커져 문제시 되고 있다. 우리나라의 경우 1994-2009년까지 총 647명의 해외유입 말라리아 환자가 보고되었다. 그리고 2002-2009년까지 최근 들어서는  신고된 해외유입 말라리아 환자 전체 중 삼일열 말라리아 환자가 36% 정도를 차지하고 있다[3].      2007-2009년 동안 신고된 삼일열 말라리아 환자만을 중심으로 유입된 국가들을 살펴보면 인도, 캄보디아, 필리핀, 인도네시아, 솔로몬, 파푸아뉴기니 등 아시아 지역을 비롯해 아프리역 국가들에서 유입되는 환자가 많은 것으로 분석되었다(Table 1).

  2008년 7월, 역학 및 감별조사의 중요성이 인식되는 흥미로운 사례가 보고되었다. 이는 국내 말라리아 유행지역에서 여름철에 발생한 환자로서 처음에는 국내에서 발생한 말라리아 환자인 것으로 추측되었으나 역학조사 결과, 인도 등 동남아를 여행했던 사실이 확인되었고, 이어 환자의 혈액을 채취하여 유전자  분석을 실시한 결과 해외에서 감염된 후 유입된 환자임이 확인되었다. 이 사례 환자는 해외유입 환자임에도 불구하고 이례적으로 한국의 삼일열 말라리아 환자처럼 6개월의 장기 잠복기를 거쳐서 발병했다. 말라리아기생충과는 이미 선행 연구를 통해 한국 삼일열 말라리아가 1993년 이후 재유행한 후 현재에 이르기까지 말라리아 원충의 유전자형이 매우 빠르게 다양해지고 있음을 확인하고, 이러한 원인들 중에는 해외유입 말라리아가 한 가지 원인이 될 수 있음을 보고한 바 있다[4]. 그러나 보다 과학적인 말라리아 발생감시를 위해서는 국내 발생 말라리아 환자의 유전자형 분석과 더불어 해외유입 말라리아 환자의  유전자형의 차이를 감별해낼 수 있는 방법의 개발이 필요하다.
  본 연구에서는 지금까지 국내 발생 말라리아에 대한 체계적인 유전자형 분석의 축적 결과를 바탕으로 삼일열 말라리아에서 다형성이 매우 높은 유전자인 P.vivax MSP-1(PvMSP-1)과 CSP(PvCSP)의 두 가지 유전자를 중심으로 국내 발생형 말라리아와 해외 유입형 삼일열 말라리아의 명확한 감별과 함께 해외 유입 근원지를 추정해 보기 위해 유전자형을 비교 분석해 보았다.  

Ⅱ. 몸 말

  1) 해외유입 삼일열 말라리아 사례 분석
  본 사례를 조사하기 위하여 2007년부터 2009년까지 유입된 50건의 삼일열 말라리아 중 혈액이 확보된 3건에 대해서 유전자 분석을 실시하였다. 이 중 사례-1과 사례-2는 예방약을 복용하지 않았으며, 사례-1과 사례-3은 말라리아 비유행지역 거주자이며 겨울에 발생하였고, 여행 직후 바로 발생(단기잠복)한 특징을 가지고 있다(Table 2).

  2) 국내형과의 비교 분석
  PvMSP-1 유전자의 ICB5-ICB6 block은 매우 다형성이 높아 지역 마커(geographical marker)로  사용되고 있으며[5], 특히 변이(variation)가 많은 ICB5-ICB6 부위의 유전자형을 크게 3가지 타입(type)인 Sal-1, Belem, Recombinant로 분류[6]하고 있다. 국내에서는 선행연구에서 3가지 타입의  아형(subtype)을 총 6개로 분류하여 분석하였다[4].
  PvCSP 또한 독특한 반복서열(repeat sequence motif)을 가지고 있으며 중요한 지역 마커(geographical marker)로 널리 사용되고 있다[7]. PvCSP는 크게 Vk210, Vk247의 Type으로 분류되며 VK210은 반복서열의 수에 따라 4가지 아형인 GDRA(A/D)GQ(P/A)A, GNGAGGQ(A/P)A, GGNA, ANKKAEDA로 분류된다. 3명의 해외유입 말라리아 환자의 전혈로부터 DNA 추출 후 이 두 가지 유전자를 PCR 증폭하여 염기서열을 분석하고 NCBI에 등재되어 있는 관련 PvMSP-1, CSP 유전자의 염기서열과 비교하였다. 염기서열을 분석한 결과, 사례-1과 사례-3은 Belem type에 속하였으며 사례-2는 Sal-1 type으로 확인 되었다. 한국의 삼일열 말라리아 환자에서는 6개의 아형이 있는데, Sal-1에서   비롯된 3가지 아형(S-a, S-b, S-c)은 5가지 아미노산의 치환(V/A. I/T, A/T, A/V, E/Q)과 아미노산   Q의 삽입에서 비롯되며, Belem type의 아형은 Poly-Q repeat의 수와 3가지 아미노산의 치환(QAMIT-14 Poly Q repeat 또는 ESMIT-19 Poly Q)에 따라 2가지로 구분되며, recombinant는 1가지만이 존재한다[4]. 
  사례-1과 사례-2를 먼저 한국형 삼일열 말라리아와 비교해 보았다. 사례-1은 한국의 SK-B-2와   유사했으나 A가 G로 치환되었으며 아미노산 81번째 Q repeat 부위에서 Q 1개의 수가 결핍된 차이를 보였다(Figure 1).

  사례-3은 SK-B-1 type과 유사하였으나 아미노산 81-13번째에서 보다 많은 Q repeat이 관찰되었으며 SK-B-2 type과 비교했을 때도 아미노산 서열 10번째 부위에(E -> Q) 치환, 11번째는 S대신 A, 14번째는 A 대신 T, 79번째, 80번째의 Q는 ‘Q repeat region’에서 누락된 차이를 보였다(Figure 1). 반면 사례-1과 사례-3은 각각  ESMIT-16 Q, QAMIT-17 Q의 유형으로 확인되었으며 이는 인도유래 MSP-1 유전자(FJ490907)와 방글라데시(AF435619)형과 일치하였다(Figure 1).
  본 연구의 중심인 사례-2를 국내형과 비교해 보았다. 먼저 SK-Sal1-a type과 비교해볼 때는 아미노산 56번째 P가 추가되었고 113번째 T 대신 A로 치환되었다. SK-Sal1-b와 비교했을 때 사례-2는 110번째 I가 결핍되었고 56번째는 Q대신 P로 치환되었음이 관찰되었다(Figure 1). SK-Sal-C와 비교했을 때는 4가지 차이점으로는 ①56번째 Q가 P로 치환, ②62번째 A가 V로 치환, ③110번째 I가 T로 치환, ④127번째 A가 V로 치환됨이 확인되었다. 반면 아미노산 56번째(Q->P) 치환은 인도유래 유전자 (AY229867)와 동일한 양상이었다(Figure 1). 다음으로 PvCSP 유전자와 비교해 보았다. 한국 삼일열 말라리아 환자에서 PvCSP유전자는 반복 서열(repeat motif)의 수 및 패턴에 따라 5개의 아형(SK-CSP-sub K1,K2,K3,K4,K5)으로 분류하고 있다[4]. 사례-2는 인도유래 유전자(AAZ81587)와   같은 패턴인 GDRA(A/D)GQ(P/A)A(17)-GNGAGGQ(A/P)(1)-GGNA(2)-ANKKAEDA(1)을 보였다. 또한 사례-1에서도 상기 인도유래 유전자와 비슷한 패턴(13-1-2-1)이 관찰되었다. 사례-3은 "ANKKAEDA"가 삭제(deletion)되는 새롭고 독특한 패턴(12-1-4-0)으로 이는 필리핀 유래 유전자(17-1-3-0)와 솔로몬제도 유래 유전자(12-1-2-0)와 유사하여 관련성이 있음이 시사되었다(Data not shown).

Ⅲ. 맺는 말


  삼일열 말라리아는 열대열 말라리아에 비해 병원성은 낮지만 발생 지역이 광범위하고 특히 국제화를 통한 말라리아 위험지역 내 새로운 유전자형 확산 위협이 점차 증가되고 있다. 본 연구에서는 국내   환자 유전자 데이터베이스에 기반한 항원유전자분석(genotyping)을 통하여 한국의 말라리아 위험지역에서 여름철에 발생한 삼일열 말라리아 환자가 국내 발생이 아닌 해외에서 유입되어 발생했음을 확인할 수 있었으며 발병 지역도 추정할 수 있었다. PvMSP-1과 CSP 유전자분석을 통하여 해외유입 환자 3건 모두 한국의 아형과 일치하지 않았다. 사례-1과 사례-2는 인도의 아형과 일치했으며 사례-3은 동남아 및 서태평양 지역의 국가들로부터 유래된 유전자형과 일치함을 확인하였다.
  말라리아 전파는 모기 자체뿐만 아니라 환자들을 통하여 국경을 넘나들며 말라리아가 급속히 확산되고 있으며 서식 조건이 조금만 맞는다면 유입 말라리아 원충이 새로운 곳에 정착되기 쉽다고 보고하고   있다[8]. Hanna 등[9]은 2002년 호주의 North Queensland에서 한 사례의 해외유입 말라리아환자를 통해서 지역에서 추가적으로 10명의 신환이 발생했다고 보고한 바 있다. 해외유입 말라리아는 선행연구 결과[4]와 같이 말라리아 유행지역내에서 원충의 유전자 다형성을 초래할 뿐만 아니라 최근 문제시 되고 있는 ‘중증 삼일열 말라리아’를 비롯해 ‘클로로퀸 내성 말라리아’를 전파할 수도 있어 문제의 심각성이 부각되고 있다.
  질병관리본부는 본 연구결과를 통하여 제시된 해외유입 말라리아에 대한 보다 과학적인 감별진단체계 정비의 필요성에 입각하여 국가 말라리아 환자 혈액보고시스템의 구축도 점진적으로 추진해 감시체계를 강화해 나갈 예정이다.

 

Ⅳ. 참고문헌

1. Thakur A, Alam MT, Bora H, et al. Plasmodium vivax: Sequence polymorphism and effect of natural selection at apical membrane antigen 1 (PvAMA1) among Indian population. Gene 2008; 419: 35-42.
2. Stager K, Legros F, Krause G, et al. Imported malaria in children in industrialized countries, 1992-2002. Emerg Infect Dis 2009; 15: 185-191.
3. 질병관리본부, 말라리아 관리지침 2010.
4. Choi YK, Choi KM, Park MH, et al. The rapid dissemination of newly introduced Plasmodium vivax genotypes in South Korea. Am. J. Trop. Med. Hyg 2010; 82: 426-432.
5. Cui L, Escalante AA, Imwong M, Snounou G. The genetic diversity of Plasmodium vivax populations. Trends Parasitol 2003; 19: 220-226.
6. Del portillo HA, Longacre S, Khouri E, David PH. Primary structure of the merosoite surface antigen 1 of Plasmodium vivax reveals sequences conserved between different Plasmodium species. Proc Natl Acad Sci USA 1991; 88: 4030-4034.
7. Bonilla JA, Validum L, Cummings R, Palmer CJ. Genetic diversity of Plasmodium vivax PvCSP and PvMSP1 in Guyana, South America. Am J Trop Med Hyg 2006; 75: 830-835.
8. Year H, Estran C, Delaunay P, et al. Putative Diphyllobothrium nihonkaiense acquired from a Pacific salmon (Oncorhynchus keta) eaten in France: genomic identification and 사례 report. Parasitol Int 2006; 55: 45-49.
9. Hanna JN, Ritchie SA, Eisen DP, et al. An outbreak of Plasmodium vivax malaria in Far North Queensland, 2002. Med J Aust. 2004; 180:24-28.

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