카바페넴 내성 장내세균 실험실감시체계 운영 현황
Laboratory surveillance of carbapenem resistant Enterobacteriaceae in Korea

질병관리본부 국립보건연구원 감염병센터 약제내성과            
유정식           
  

Ⅰ. 들어가는 말
  장내세균속균종(Enterobacteriaceae)의 항생제 내성 문제는 주로 ESBL(extended- spectrum β-lactamase) 등의 β-lactamase 생성균의 증가에 의한 것으로 최근 우리나라의 ESBL 분리율 조사에 따르면 요양병원 분리주의 경우 40%를 넘는 것으로 보고되었다[1]. 카바페넴계 항생제는 이러한 ESBL 생성균의 치료에 매우 효과적이며 내성률도 낮은 수준으로 유지되어 사용이 증가하고 있다. 국내에서는 2009년까지 Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae 모두에서 1% 미만의 카바페넴 내성률이 보고되고 있으며[2], 이 중 carbapenemase를 생성하는 균종이 드물게 보고되었다[3, 4].
  그러나 미국의 경우 2001년 처음 보고된 KPC(Klebsiella pneumoniae carbapenemase) 생성 장내세균의 확산으로 인하여 K. pneumoniae의 carbapenem내성률이 2005년 1.9%에서 2008년 5.3%로 증가된 바 있으며[5] 최근에는 KPC-2를 생성하는 K. pneumoniae ST258의 집단발생이 지속되고 있다.  동 클론에 의한 환자발생은 미국을 비롯하여 그리스, 이스라엘 등에서 집단발생 양상을 보이고 있으며[6, 7] 세계 각국으로 전파되어 발생이 증가하고 있는 추세이다[8]. 우리나라에서도 KPC-2 생성주가 산발적으로 확인되어 2010년 ST11형[9], 2011년 ST258형에 의한 환자 발생사례가 보고되었다[10].
  또한 지난해 인도, 파키스탄 등에서 출현한 NDM-1 생성 카바페넴내성 장내세균(carbaepnem-resistant Enterobac teriaceae; CRE)은 전 세계적으로 확산되었고, 국내에서도 지난해 12월 4건이 분리된 바 있다[11, 12].
  NDM-1, KPC-2 생성 CRE의 전 세계적인 확산과 발생증가는 우리나라에서도 카바페넴분해효소(carbapenemase)를 생산하는 CRE에 대한 국가차원의 대응이 필요한 시점임을 시사하였다. 이에 따라 질병관리본부에서는 2010년 10월 NDM-1 생성 CRE 감염증을 지정감염병으로 긴급 고시하여 표본감시체계를 가동하고 있으며 2011년부터는 대상을 확대한 CRE 감염증을 의료관련감염병에 포함시켜 법정 지정감염병으로 지정하였다. 국립보건연구원 약제내성과에서는 표본감시의료기관으로부터 의뢰받은 CRE에 대해 카바페넴분해효소 생성 확인검사를 수행하고 있으며, 이 글은 2010년 11월부터 2011년 상반기까지 CRE 실험실감시 결과를 정리한 것이다.

Ⅱ. 몸 말
  1. 연구방법
  2010년 11월부터 2011년 6월까지 표본감시기관으로 지정된 44개 상급의료기관을 포함한 전국의  중·소형병원, 임상검사센터로부터 카바페넴 항생제인 메로페넴, 이미페넴 또는 얼타페넴에 내성을 나타내는 장내세균의 확진검사가 의뢰되었다.
  의뢰된 균주는 16S rRNA 유전자를 염기서열 분석하여 재동정하였고 E-test를 이용해 카바페넴 항생제 감수성시험을 수행하여 MIC값을 확인하고 CLSI(Clinical  and Laboratory Standards Institution)기준에 따라 내성을 정의하였다[13]. Modified Hodge test, EDTA-synergy test를 통해 카바페넴분해효소  생성여부를 스크리닝하고 IMP, VIM, KPC, NDM-1, SIM, GIM, SPM, GES 등의 카바페넴분해효소    유전자에 대한 중합효소연쇄반응검사(PCR) 및 염기서열분석을 수행하였다.

  2. 연구결과
  44개 상급종합병원중 20개 병원에서 카바페넴분해효소 생성이 의심되는 균주에 대한 확인검사를   의뢰하였고 상급종합병원 이외의 병원은 임상검사센터 3곳을 포함하여 24개 기관이었으며 종합병원,  병원, 요양병원이 포함되어있다.
  2010년 11월에서 2011년 6월까지 카바페넴분해효소 생성 장내세균을 확인하기 위해 질병관리본부에 의뢰된 검체건수는 174주이었으며, 이 중 6주는 포도당 비발효성그람음성세균, 168주는 장내세균이었다. 이중 E-test를 통해 카바페넴 내성으로 확인된 균은 92주(54.7%)였으며, K. pneumoniae가 58주(63%)로 가장 많았다. 이외에 E. coli 11주, M. morganii 9주, Enterobacter sp. 8주 등이 확인되었다(Figure 1). CRE가 분리된 검체로는 소변(urine)이 34주(36.9%), 담즙(bile acid)이 16주(17.4%), 가래(sputum)가 8주(8.7%), 혈액(blood)이 8주(8.7%)등 이었다. 카바페넴 내성장내세균의 카바페넴계 이외 항생제에  대한 내성률은 amikacin, gentamicin이 각각 42%, 50%로서 가장 낮았으며, ciprofloxacin 68%, cefoxitin 85%, ceftazidime 76%, cefotaxime 79%로 나타났다.
                               

  카바페넴분해효소 생성 장내세균은 카바페넴분해효소의 선별시험인 modified Hodge test에는 총 28주가 양성을 나타냈으나, PCR과 염기서열분석 확인시험을 통해 카바페넴분해효소를 생성하는 것으로 확인된 균주는 10주로서 모두 K. pneumoniae이었다. 이 중 NDM-1이 4주, IMP-1이 1주, KPC-2가 5주에서 검출되었다(Table 1). 카바페넴분해효소를 생성하는 균은 콜리스틴(colistin), 티거사이클린(tigecycline)을 제외한 대부분의 항생제에 내성을 나타내는 다제내성균이었으며, 젠타마이신(gentamicin)에 대해서는 KPC-2 생성주 1주와 IMP-1 1주를 제외하고는 모두 감수성을 나타냈다.   이미페넴(imipenem)에 대한 MIC range는 4->256 μg/ml, MIC50값은 64였고 메로페넴(meropenem)에 대한 MIC range는 4-256 μg/ml, MIC50값은 64였다.
  NDM-1을 생산하는 4주는 2010년 12월 국내에서 처음 확인되었으며, 서울의 한 종합병원에서 분리되었다. 기존 발생지역으로의 해외여행력이 없는 입원환자에서 검출되었고 4주 모두 ST340으로 동일하였으며 PFGE 상에서도 거의 유사한 양상을 나타냈다.
  KPC-2는 1개 요양병원과 2개 종합병원에서 분리되었으며, 최근 전 세계적으로 확산되고 있는 ST258(3-3-1-1-1-1-79)형 이었다. 환자간에 역학적 연관성이 없음에도 불구하고 PFGE 결과, 유전학적 유사도가 높게 나타났다. 또한 KPC-2 유전자를 갖는 동일한 크기의 plasmid(IncFIIAs type)를 공유하고 있었다.  
                                

Ⅲ. 맺는 말

  장내세균속균종(Enterobacteriaceae)에서의 카바페넴 내성은 드문 현상이므로 내성균의 경우, 세포막단백질 소실과 같은 균 자체의 변이에 의해 일어나므로 확산 될 가능성이 낮았지만, 최근에는 카바페넴 분해효소 유전자를 획득함으로서 고도내성을 나타내고 다른 균으로의 전달이 가능한 CRE가 전세계적으로 증가하고 있다. 실험실 감시기간동안 우리나라에서도 외국에서 보고되었던 NDM-1, KPC-2를 생성하는 CRE가 발생하였고, 이러한 발생은 향후 지속적으로 증가할 것으로 예상된다. 히 NDM-1, KPC 등은 플라스미드에 위치하여 쉽게 이동이 가능하고 접합(conjugation)에 의해 동종 또는 타 균종으로 매우 잘 전달되는 것으로 알려져 있어[14,15] 발생이 비교적 적은 초기단계 부터 적절하게 대처하지 않으면 의료환경으로의 빠른 확산이 우려된다.  이에 대비하기 위해서는 환자발생 시 적극적인 감시(active surveillance)를 시행하고 전파를 막기 위한 철저한 감염관리가 필요할 것으로 사료되며 실험실에서는 신속한 진단을 수행하고, 지속적인 실험실감시를 통한 모니터링이 수행되어야 할 것이다.

Ⅳ. 참고문헌

1. Yoo JS, Byeon J, Yang J, Yoo JI, Chung GT, Lee YS. High prevalence of extended-spectrum beta-lactamases and plasmid-mediated ampC beta-lactamases in Enterobacteriaceae isolated from long-term care facilities in Korea. Diag Microbiol Iinfect Dis, 2010, 67: 261~265
2. 질병관리본부 약제내성과. 국내종합병원을 대상으로한 항균제내성모니터링. 주간건강과질병 2010; 제3권 34호, 565-569
3. 이경원, 정윤섭, 용동은, 염종화, 정소영. 제6장 Class A 및 B carbapenemase의 진화와 확산. 항균제 내성진화와 다약제 내성세균의 확산. 서흥출판사. 2007.
4. 김정민, 신경섭. 요검체에서 분리된 Providencia rettgeri에서 VIM-2형 metallo-beta lactamase의 생성. 대한진단검사학회지 2005; 25:399-405
5. Rhomberg PR, Jones RN. Summary trends for the meropenem yearly susceptibility test information collection program: a 10-year experience in the United States(1999-2008). Diag Microbiol Iinfect Dis, 2009; 65: 414-426
6. Giakkoupi P, Papagiannitsis CC, Miriagou V, Pappa O, Polenis M et al. An update of the evolving epidemic of blaKPC-2 carrying K. pneumoniae in Greece(2009-10). J Antimicrob Chemother 2011; 66(7):1510-1513
7. Samra Z, Ofir O, Lishtzinsky Y, Madar-Shapiro L, Bishara J. Outbreak of carbapenem-resistant K. pneumoniae KpC-3 in a tertiary medical center in Israel. Int J Antimicrob Agents 2007; 30(6):525-529
8. Cuzon G, Naas T, Truong H, Villegas MV, Wisell KT, Carmeli Y, Gales AC, Navon-Venezia S, Quinn JP,Nordmann P. Worldwide diversity of Klebsiella pneumonia that produces β-lactamase blaKPC-2 gene. Emerg Infect Dis 2010; 16:1349-1356
9. Rhee JY, Park YK, Lee MY, Peck KR, Ko KS. KPC-producing extreme drug resistant Klebsiella pneumoniae isolate from a patient with diabetes mellitus and chronic renal failure on hemodialysis in South Korea. Antimicrob Agents Chemother 2010;54:2278-2279.
10. Roh KH, Lee CK, Sohn JW, Song W, Yong D, Lee K. Isolation of a Klebsiella pneumoniae isolate of sequence type 258 producing KPC-2 carbapenemase in Korea. Korean J Lab Med 2011;31:298-301.
11. Rolain JM, Parola P and Cornaglia G. New Delhi metallo-beta-lactamase (NDM-1): towards a new pandemia Clin Microbiol Infect 2010; 16(12): 1699-1701
12. 질병관리본부 약제내성과. 국내 최초 NDM-1(New-Delhi Metallo - beta-lactamase)을 생산하는 카바페넴 내성 장내세균 발생. 주간건강과질병 2010; 제3권 50호, 860-861
13. Clinical and Laboratory Standards Institute(CLSI). Performance standards for antimicrobial susceptibility testing. Twentieth informational supplement M100-S21. Wayne, Pennsylvania:CLSI, 2011
14. Walsh TR, Weeks J, Livermore DM, Toleman MA. Dissemination of NDM-1 positive bacteria in the New Delhi environment and its implications for human health: and environmental point prevalence study. Lancet Infect Dis 2011; 11(5):355-362
15. Goren MG, Crameli Y, Schwaber MJ, Chmelnitsky I, Schechner V, Navon-venezia S. Transfer of carbapenem-resistant plasmid from K. pneumoniae ST258 to E. coli in patient. Emerg Infect Dis 2010; 16(6):1014-1017